Охрана инженерных сооружений от воздействия взрывов в условиях промышленных предприятий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

между центром активации и детектором за время передвижения равное времен жизни нуклида. Оптимальное время передвижения изменяется в широких пределах и зависит от уровня постоянного фонового излучения и мешающего излучения побочных нуклидов, образующихся при активации горно-геологического объекта одновременно с индикаторным нуклидом. При активационном контроле в режиме заданного времени минимальное время передвижения составляет половину средней жизни индикаторного нуклида, а при активационном контроле в режиме заданного линейного или объемного размера горно-геологического объекта минимальное время передвижения в два раза больше. Оптимальные по критерию погрешности интервалы времени ста-

ционарной активации и регистрации наведенного излучения должны быть не меньше 1,25 среднего времени жизни индицируемого нуклида. Эти параметры одинаковы при низком постоянном фоне. При увеличении фона время активации становится больше времени регистрации излучения. Оптимальные по критерию экспрессности интервалы времени активации при низком постоянном фоне равны или больше интервалов времени регистрации наведенного излучения. В случае высокого постоянного фона время регистрации наведенного излучения не превышает 1,25 среднего времени жизни индицируемого нуклида.

Г еоинформационная система позволяет выбрать для решения конкретной технологической задачи активационного контроля

минерального сырья информационный индикаторный нуклид и определить оптимальные значения таких параметров как размеры минерального сырья и технологического оборудования, , предельно допустимое содержание в объекте мешающих химических элементов, чувствительность определения рудных компонентов, скорость передвижения объекта, размеры зондового устройства или активационной установки, минимальные при заданных условиях погрешность и время активационного контроля. В гео-информационной системе при разных исходных и искомых данных предусмотрено 38 алгоритмов расчетов в случае стационарного контроля и 13 алгоритмов с условиями движения, которые реализуются компьютерными технологиями.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антонов В.А. Оптимизация активационных измерений. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1996, - 170 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Антонов В.А. - ИГД УрО РАН.

© Л.С. Воробьева, 2003

YAK 622.81

Л.С. Воробьева

ОХРАНА ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВОВ В УСЛОВИЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕЛПРИЯТИЙ

Увеличение мощностей промышленных предприятий, обусловленное ускоренным внедрением передовых методов, вызывает необходимость реконструкции старых и строительство новых зданий и сооружений, а это предполагает проведение взрывных работ. Однако при этом увеличивается интенсивность воздействия взрывов на охраняемые объекты. На здания и сооружения могут действовать несколько или некоторые из опасных воздей-

ствий взрывов, в результате чего объекты могут подвергаться опасному деформированию, повреждению или нарушению функциональной деятельности при превышении допустимых уровней воздействия. Для разных охраняемых объектов различен допустимый уровень нагружения опасными сейсмическими и ударно-волновыми воздействиями. Действующие Единые правила безопасности при взрывных работах не могут учитывать всего разнообразия условий. В связи с этим вполне понятен тот широкий интерес, который всегда был, а в последние годы во все большей степени проявляется к изучению сейсмического и ударно-волнового действия взрывов и поискам научно-обоснованных инженерных методов управления ими. Практическое внедрение этих методов и правильное выполнение, подкрепленное надлежа-

щим ведомственным контролем и государственным надзором, обеспечивает эффективное и безопасное выполнение взрывов, не оказывающее вредного влияния на здоровье человека и на антропогенную среду.

В настоящее время специалисты, занимающиеся проектированием и ведением взрывных работ испытывают серьезные затруднения в связи с недостатком необходимых данных в технической литературе для зданий и сооружений, которые подвергаются особым воздействиям ударно-воздушного и сейсмического эффекта. Особую актуальность, в связи с этим, приобретает проведение научно-исследовательских работ с целью разработки руководства, позволяющего получить сейсмобезопасные параметры воздействия взрывных работ на антропогенную среду.

Вопросами обеспечения сейсмобезопасности зданий и сооружений, размещаемых непосредственно вблизи места производства взрывных работ уже давно занимаются сотрудники ИГД УрО РАН. Изучение работ по данной проблеме и исследования показывают, что основные причины нарушений в зданиях и сооружениях, подверженных влиянию взрыва, обусловлены как неправильным выбором параметров и способов взрывания, так и несоответствием прочностных характеристик защищаемых объектов и их элементов уровню вредных воздействий взрыва. Неправильное использование взрывов может наносить значительный ущерб зданиям и сооружениям, здоровью людей и окружающей среде.

В 60-90 гг. XX в. под руководством М.И. Картузо-ва были проведены научно-исследовательские работы по разработке безопасной технологии ведения взрывных работ по действию сейсмических и ударно-воздушных волн для конкретных предприятий. Рассмотрим результаты некоторых исследований с целью выделения наиболее ярких особенностей, характеризующих специфику рассматриваемой проблемы (по материалам отчетов М.И. Картузова).

1. Сейсмобезопасное производство взрывных работ на газокомпрессорной станции «Ямбург-Елец 1»

Буровзрывным способом предусматривалось рыхление скальных грунтов в объеме 56 000 м3. Грунты представлены диабазовыми порфиритами, а также дресвой и щебнем с наличием глыб.

Вблизи от места производства взрывных работ расположены следующие сооружения:

а) На расстоянии 15 м производственный водопровод из чугунных труб диаметром 200 мм. Глубина заложения - 3,2 м на песчаной подушке - 100 мм.

б) На расстоянии 18 м теплосеть из стальных труб, выполненная частично в надземном и частично в подземном исполнении. Глубина заложения подземного участка теплосети 2,2 м.

в) На расстоянии 14 м канализационная сеть, выполненная из керамических труб 0 200 мм на глубине 2,5 м от поверхности земли.

г) На расстоянии 37 м существующие газопроводы диаметром 1020, 720, 325, 159 и 57 мм. Давление газа в газопроводах 70 атм.

д) На расстоянии 37 м компрессорный цех с восьмью агрегатами ГТК-10-4. Фундамент под агрегат монолитный железобетонный с заложением основания 1,5 м. Здание цеха - стальной каркас на массиве плитного основания с обшивкой стен и кровли 3-х слойными металлическими панелями типа «Сэндвич» с плитным утеплителем.

е) На расстоянии 37 м установка очистки газа.

Других важных объектов в непосредственной

близости от места ведения взрывных работ не имеется.

Наиболее чувствительными к сейсмовзрывным колебаниям являются газовые турбины. Для исключения их возможных повреждений при работе скорость колебания грунта в их основании не должна превышать 1 см/с.

Допустимая масса заряда ступени взрывания определялась по формуле М.А. Садовского [1]:

д =

^■-ст

(V И)2

(1)

где г - расстояние, м; к - коэффициент грунтовых условий, для данного случая равный 200; [у] - допустимая скорость смещения принятая 1 см/с.

Так как расстояние от места ведения взрывных работ до действующей газовой турбины и компрессора меняется от 40 до 200 м и более, то целесообразно допустимую массу заряда на ступень взрывания определить по зонам.

- для зоны от 40 до 50 м - Ост = 1,6 кг;

- для зоны от 50 до 70 м - Ост =3,1 кг;

- для зоны от 70 до 90 м - Ост = 8,6 кг;

- для зоны от 90 м и далее - Ост =18 кг.

Для расстояний свыше 90 м масса заряда ступени взрывания не должна превышать 18 кг ВВ. Интервал замедления между ступенями был рекомендован не менее 20 мс.

Соблюдение рекомендуемых сейсмобезопасных зарядов обеспечивает сохранность и остальных объектов.

2. Сейсмобезопасное ведение взрывных ра-

бот при строительстве котлована под объект № 1 рельсобалочного цеха НТМК.

В районе строительства объекта № 1 залегают: насыпной грунт (щебень, кирпич, суглинок, шлак) 0-

0,7 м, щебнистый грунт 0,7-1,2 м, скальный грунт-порфирит 1,2-5,0 м. Глубина котлована 5,6 м. Общий объем подлежащих рыхлению пород 7400 м3.

Вблизи места ведения взрывных работ располагаются:

а) на расстоянии 30 м питьевой водопровод 0=200 мм из чугунных труб. Глубина заложения 2,58 м. Давление 2 атм. Год постройки 1958.

б) на расстоянии 35 м ливневая канализация из асбоцементных труб диаметром 0=1000 мм. Глубина заложения 4,0 м.

в) на расстоянии 10 м промышленный водопровод из стальных труб диаметром 108 мм. Глубина заложения 1,5 м. Давление 3 атм.

Из указанных объектов наибольшему воздействию взрыва подвергнется промышленный водопровод.

3

кг

Обеспечение сохранности труб водопровода требует недопущения появления остаточных деформаций во вмещающих породах. Дно котлована залегает на 1,6 м ниже уровня труб водопровода. В соответствии с экспериментальными данными сейсмобезопасное расстояние в зависимости от массы заряда ступени взрывания связываются соотношением:

г = 4,3 • 3/й , м

’ \ ^ст

(2)

Решая относительно заряда имеем расчетную формулу:

Ост = (г / 4,3)3, кг

(3)

На расстояниях 10 м и более масса заряда ступени взрывания не должна превышать:

Ост = (10 / 4,3)3 = 12,6 кг

Оценим сейсмическое воздействие на питьевой водопровод из чугунных труб при взрыве заряда массой 12,6 кг на расстоянии 30 м.

Скорость смещения при этом составит: у = 250-(12,6 / 30)1,5 = 5,4 см/с

(4)

Соблюдая условия, что масса заряда ступени взрывания 12,6 кг и интервал замедления между ступенями должен быть не менее 20 мс и учитывая, кратковременность нагрузок высокочастотных взрывных волн такое воздействие будет допустимым. Сохранность других объектов также обеспечивается.

3. Сейсмобезопасное взрывание фундамен-

тов цеха 565 УВЗ.

Во 11-ом пролете цеха № 565 УВЗ подлежат разбивке фундаменты. Фундаменты размером в плане 9,5 х 6 м и высотой до 6 м. Предусматривалась разбивка фундамента взрывным способом с массой заряда на замедление до 4 кг ВВ. В зоне сейсмического действия взрыва находятся несущие железобетонные колонны здания цеха на расстоянии 5 и более метров. На колоннах подвешены трубопроводы углекислоты, сжатого воздуха, газопровод низкого давления. На расстоянии более 12 метров ки-слородопровод.

Трубопроводы не имеют прямого контакта с взрываемым фундаментом. Сейсмические колебания на них будут передаваться через железобетонные колонны. Стальные трубопроводы допускают значительные деформации и повреждения их возможно непосредственно в зоне разрушения от взрыва. При обеспечении сохранности колонн и фундаментов заведомо будет обеспечена сохранность трубопроводов. Железобетонные фундаменты и колонны не получат повреждений при условии, если они будут вне зоны остаточных деформаций, оцениваемой по формуле:

г = 3,2 • з/й , м

’ \ ^ст

(5)

где Ост - масса заряда на замедление, кг.

На расстоянии 5 метров из формулы (5) получили допустимую массу заряда ВВ на ступень взрывания: Ост = (г/ 3,2)3 = 3,8 кг

Сейсмическое действие взрыва будет снижено, если взрывание производить рядами, расположенными флангом к линии колонн. Для создания первоначального обнажения взрывание следует начинать с дальнего от ближайшей колонны угла фундамента. Кроме того , на ближайш ей к колонне границе разбиваемого фундамента необходимо пробурить на всю глубину дополнительно по одной промежуточной свободной от заряда ВВ скважине, что будет способствовать созданию более гладкой поверхности отрыва и снижению сейсмического действия взрыва. Интервал замедления между степенями рекомендован не менее 20 мс. На время взрывных работ следует снять давление в газопроводе и кисло-родопроводе.

По результатам научно-исследовательских работ определено, что сейсмический эффект короткозамедленного взрывания зарядов, размещенных в скважинах или шпурах и интервалах замедления 2050 мс обуславливается массой заряда ступени взрывания. При этом общая масса заряда ВВ не ограничивается. Также установлено, что в ближней зоне взрыва на интенсивность сейсмических колебаний влияют диаметр взрывных скважин, заглубление заряда, обводненность взрываемого массива, условия зажима, направление взрываемого в ступени ряда скважин. Максимальный сейсмический эффект наблюдается при взрывании с одной обнаженной поверхностью, т.е. при полном зажиме. Для исключения возможных повреждений фундаментов зданий, газопроводов и коммуникаций они не должны попадать в зону остаточных формаций. И в заключение, для конкретных предприятий (газокомпрессорная станция «Ямбург-Елец 1», НТМК, УВЗ) определены величины допустимых масс зарядов на ступень взрывания, что позволило значительно ускорить и удешевить их реконструкцию и строительство.

На основании полученных данных, приведенных выше, базирующихся на анализе проведенных сейсмометрических исследований, разработаны основы сейсмобезопасной технологии взрывных работ и рекомендованы мероприятия снижения сейсмоэффекта. Установленные количественные зависимости величин сейсмического действия при взрывах позволяют не только более правильно прогнозировать величину сейсмического воздействия, но и управлять сейсмикой взрыва в конкретных условиях. В результате научно-исследовательские работы позволили более обосновано выбирать такие режимы взрывных работ, при которых обеспечивается безопасность сооружений. В ряде случаев это дает значительный экономический эффект, т.к. открывает возможность повышения производительности труда и обеспечения сохранности зданий и сооружений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Садовский М.А. Механическое действие воздушных ударных волн по данным по данным экспериментальных исследований. - В кн.: Физика взрыва. - М.: Изд. АН СССР, 1952, - с. 20-110.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ---------------------------------------------------------------------------------

Воробьева Л.С. - ИГД УрО РАН.