3.10.2. Виды зарядов и расчет их величины

Зарядом называют определенное количество ВВ, подготовленных к взрыву. Массу ВВ, составляющих заряд, называют величиной заряда.

По форме различают заряды сосредоточенные, имеющие вид куба, шара, цилиндра и др., если их высота не превышает утроенной величины их диагонали в плане; удлиненные (колонковые), длина которых в 5 раз и более превышает их поперечный размер.

По способу размещения на взрываемом объекте заряды бывают наружные (накладные) и внутренние. Преимущественно применяются внутренние заряды.

Пространство для размещения заряда называют зарядной камерой. В качестве ее используют шпуры и скважины, а также штольни и шурфы при массовых взрывах.

Различают методы шпуровых, скважинных, камерных, котловых и линейно-протяженных зарядов. Шпуровые, скважинные и линейно-протяженные заряды относятся к удлиненным, а камерные и котло-вые – к сосредоточенным. Применительно к одиночным сосредоточенным зарядам сферической формы различают две основные схемы действия взрыва на окружающую среду: взрыв в неограниченной среде и взрыв заряда вблизи свободной поверхности.

В первом случае эффект взрыва ограничивается образованием вокруг зарядной камеры камуфлетной полости, окруженной слоем разрушенной и спрессованной породы и зоной радиальных и сферических трещин, за пределами которых энергия взрыва затухает настолько, что не вызывает нарушения сплошности среды (рис. 3.16).

а б в

Рис. 3.16. Схемы действия взорвавшегося заряда ВВ на грунт:

а – камуфлетная камера при большой глубине размещения заряда; б – камера

выпирающего горна без видимого выброса грунта; в – воронка выброса грунта;

1 – заряд ВВ; 2 – камера сжатия; 3 – граница сферы выброса;

4 – граница сферы разрушения

В ближайшей к заряду зоне бризантного действия 2 происходит измельчение скальных пород и уплотнение пластичных.

Во втором случае характер разрушения иной. Общим является лишь схема развития деформаций сред в начале взрыва, пока волна сжатия, распространяющаяся радиально от центра заряда, не достигнет свободной поверхности. С выходом ее на свободную поверхность начинается интенсивное расширение среды в направлении этой поверхности, а внутрь среды распространяется отраженная от границы двух сред (грунт – воздух) волна разрежения, вызывающая растягивающие напряжения.

Напряжения в волне разрежения меньше напряжений в волне сжатия. Но предел прочности пород на растяжение меньше предела прочности на сжатие, и волны разрежения производят большие разрушения среды, чем волны сжатия; в сторону свободной поверхности разрушения начнутся раньше и будут интенсивнее развиваться.

При взрыве заряда, приближенного к поверхности, в среде образуется воронка действия взрыва. Кратчайшее расстояние от центра заряда до свободной поверхности W принимается за глубину воронки и называется линией наименьшего сопротивления (ЛНС). Важнейшей величиной для расчета является показатель действия взрыва, представляющий собой отношение радиуса воронки к ЛНС, т. е.

При устройстве каналов

где В – ширина канала по верху.

При n < 1 имеем заряд уменьшенного действия, при n = 1 – нормального и при n > 1 – усиленного действия. При рыхлении скальных грунтов используют преимущественно заряды уменьшенного и реже нормального действия. Заряды усиленного действия используют при массовых взрывах на выброс (перекрытие русла рек, возведение плотин и перемычек и т. д.). Действие взрыва уменьшенного заряда аналогично рассмотренному.

Заряды ВВ размещают в полостях, образуемых в грунте и называемых подготовительными выработками. В качестве подготовительных выработок для сосредоточенных зарядов применяют в основном скважины и шпуры, а для линейно-распределенных – щели и траншеи.

Метод скважинных зарядов является основным при рыхлении скальных пород в карьерах, при устройстве профильных выемок и т. д. Скважины имеют диаметр 75–320 мм и могут располагаться вертикально, наклонно и горизонтально. При разработке каналов и котлованов предпочтительнее вертикальные скважинные заряды.

Глубина скважины принимается равной глубине канала с увеличением на 20 % для легких грунтов (супеси) и уменьшением на 5 % для тяжелых. Длина заряда принимается равной 75 % глубины, остальные 25 % оставляют для забойки.

Масса заряда

Q = l_зар Р,

где Р – вместимость скважины, определяемая в зависимости от ее диаметра.

Расстояние между зарядами

а = d_зар С_п,

где d_зар – диаметр заряда, принимаемый в пределах 50–160 мм (меньшие значения для связных грунтов, большие – для несвязных);

С_п – коэффициент, зависящий от простреливаемости грунтов:

где Δ – плотность ВВ в заряде, кг/дм³;

П_пр – коэффициент простреливаемости, принимаемый для тяжелых грунтов 9–10, для легких – 14–16.

Зарядка скважины: на дно скважины помещают патрон-боевик из более мощного ВВ, обвязанный двумя нитками ДШ, конец которого выводится к устью скважины и впоследствии присоединяется к магистральной линии ДШ. На патрон-боевик помещают заряд из рассыпного ВВ. Верхнюю часть скважины заполняют песчаной забойкой.

Метод шпуровых зарядов применяется для дробления валунов и негабаритов, зачистки оснований под бетонные сооружения, рыхления мерзлых грунтов при глубине промерзания 1,5 м. Шпуры имеют диаметр 36–52 мм.

При рыхлении мерзлых грунтов величина ЛНС принимается равной 0,80–0,95 глубины промерзания, расстояние между шпуровыми зарядами принимается

а = (0,8…1,4) W.

Меньшие значения принимаются при мгновенном взрывании, большие – при короткозамедленном.

Расстояние между рядами шпуров рекомендуется принимать в =

= 0,87а.

Массу заряда определяют по формуле

Q = q W,

где q – удельный расход ВВ (0,40–0,55 – для растительного и песчаного грунтов, 0,6–0,7 – для суглинков и 0,7–0,9 – для глин);

W – ЛНС, равная толщине мерзлого слоя.

Метод линейно-распределенных зарядов (ЛРЗ) применяется для устройства каналов (пионерных траншей). При этом заряд ВВ помещается в полиэтиленовые трубы диаметром 100–125 мм, в которые предварительно протягивается нитка ДШ. Трубы с зарядом укладывают в траншею, устраиваемую одноковшовым экскаватором или в зимнее время – баровой машиной.

Во ВНИИЗеммаше разработан комплект машин (КМ-503, КМ-504, КМ-505) для нарезания щелей, изготовления и укладки шланговых зарядов, в Главдальводстрое – баровая машина БНБ-1Б для проходки наклонных щелей, МЗМ-02 для зарядки щелей, ДМ-10 для доставки ВВ, РМ-10 для растаривания ВВ, УПМ-10А для приготовления жидкого компонента. Можно применять дешевые простейшие ВВ (на основе игданита).

Масса заряда погонной длиной 1 м для каналов сечением до 25 м² может быть определена по формуле:

где q – удельный расход ВВ;

W – величина ЛНС.

Для каналов сечением более 25 м² величина заряда определяется по формулам:

Q = q W³ (n² + 0,4 (n – 1)),

или

Основные преимущества траншейных зарядов (ЛРЗ) – высокая механизация подготовительных работ, повышение качества образующихся выемок.

Недостатками ЛРЗ являются резко увеличивающаяся площадь контакта заряда с материалом забойки, физико-механические свойства которого хуже, чем у ненарушенного массива. Так как в начальной стадии выброс происходит строго по ЛНС, продукты детонации легко прорывают материал забойки и КПД взрыва снижается.

Повышения эффективности можно добиться образованием «купола» над заряженной и закрытой траншеей при помощи взрыва двух вспомогательных зарядов (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Повышение эффективности линейно-распределенного заряда

образованием «купола»

Строительство крупных каналов полным проектным сечением с помощью взрывов возможно в супесчаных и суглинистых грунтах. На впервые осушаемых торфяных грунтах образованный взрывом канал не сохраняет своего первоначального сечения. В результате интенсивной осадки после взрыва происходят значительные деформации откосов. В таких условиях, особенно на труднопроходимых для техники участках, целесообразно устройство пионерных траншей в зимнее время с последующей доработкой их экскаваторами и земснарядами. Строительство осушительных каналов взрывным способом удлиненными зарядами выполняется в 5–10 раз быстрее и обходится на 30–50 % дешевле, чем механическим способом. По другим источникам стоимость их относительно больше из-за необходимости бурить шпуры или прокладывать траншеи, к тому же имеет место повышенная опасность и трудность использования вблизи сооружений и подземных коммуникаций.