CC BY
24
УДК 358.238
С. С. Раднер
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ВЗРЫВНОГО СПОСОБА РАЗРУШЕНИЯ ЛЕДЯНОГО ПОКРОВА ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАТОРООБРАЗОВАНИЯ
В статье указаны дальнейшие пути инженерных исследований по разрушению ледяного покрова энергией взрыва.
Ключевые слова: энергия взрыва, контактные заряды, затороопасные участки, предупреждение.
S. Radner
WAYS OF IMPROVEMENT EXPLOSIVE METHOD OF DESTRUCTION ICE COVER FOR PREVENTION ICE JAMING
The article suggests the further ways of engineering researches concerning with the ice cover destruction by the explosive energy.
Keywords: the power of explosion, contact charge , congestion hazardous areas, warning.
Ежегодные наводнения, вызываемые ледяными заторами, наносят значительный материальный ущерб государству. Ситуация усугубляется резко выраженной стихийностью заторов, их большой динамичностью и кратковременностью процесса заторообразования, непостоянством из года в год, как мест формирования, так и величины подпорного уровня воды, а также тем обстоятельством, что они происходят в холодное время года [1]. Наибольший ущерб от паводковых наводнений, вызванных ледяными заторами, в период с 2001 по 2010 годы по федеральным округам представлен на рис. 1 [2].
Рис. 1. Наибольший ущерб от паводковых наводнений, вызванных ледяными заторами, в период с 2001 по 2010 годы по федеральным округам, млрд руб.
Территориальное распространение заторов льда характеризуется повышенной заторностью рек севера европейской и азиатской частей России. Большая повторяемость заторов льда (70 -100 %), высокие заторные уровни (10 - 25 м) и заторные подъёмы (4 - 6 м) наблюдаются на больших реках Сибири вследствие повышенной прочности ледяного покрова, значительной интенсивности и больших расходов воды весеннего половодья (рис. 2).
■ГУ"
_, пУУУёд . <Цв
' 1 ош: ¿»тын
Рис. 2. Процентное распределение генетических разновидностей наводнений: гистограммы - наводнения по доминирующему процессу, диаграммы - наводнения смешанного генезиса
На подавляющей площади нашей страны лёд и ледовые явления непосредственно влияют почти на все среды деятельности человека. Исторически сложилось так, что они чаще становились серьёзной помехой в освоении малозаселённых, но обширных пространств Сибири. Соответственно основные взаимодействия человека с ледовой стихией до недавнего времени ориентировались главным образом на борьбу с ней (на разработку приёмов разрушения льда) и на приспособление к этой стихии транспорта, техники и технологий различных производств [3, 4].
Борьба с ледяными заторами на реках проводится с помощью предупредительных и активных мероприятий. Предупредительные мероприятия осуществляются до начала ледохода и предназначаются для предупреждения формирования мощных заторов льда вблизи населённых пунктов. Основная цель этих мероприятий состоит в том, чтобы к началу ледохода ослабить прочность и нарушить целостность ледового покрова на участках возможного заторообразования [5].
Для условий районов северных рек все известные мероприятия по разрушению ледяного покрова, за исключением взрывных работ, не представляют практического интереса, как по причинам удалённости мест образования заторов, масштабности предварительных работ и их затратности. Только взрывчатое вещество несёт огромный запас энергии при малой массе и объёме, что удобно для доставки на машине, вертолёте, снегоходе к месту проведения взрывных работ.
Взрывной способ предупреждения образования ледяных заторов подразумевает использование контактных и неконтактных зарядов взрывчатых веществ на затороопасных участках, вторые из которых нашли более широкое внедрение. Однако использование неконтактных сосредоточенных зарядов конденсированных взрывчатых веществ, при использовании существующих методик расчёта подлёдных зарядов, хоть и достаточно эффективно, но не всегда представляется возможным в связи с промерзанием воды в реке до основания русла (по краям русла) реки, образованием ледяных пятр и т. д. Возникает необходимость в использовании контактных зарядов в таких местах [6].
Для дробления льда используют наружные и внутренние контактные заряды. Наружные взрывают на поверхности, когда нет времени, сил и средств для подготовки внутренних. С точки зрения удельного расхода наружные заряды самые неэкономичные. Внутренние заряды устанав-
ливают в толще льда или выемках, которые устраивают заблаговременно вручную, механическими средствами и с использованием зарядов взрывчатых веществ. В разной справочной литературе приводятся различные значения удельного расхода взрывчатых веществ, необходимого для разрушения льда, не учитывающего типы роста кристаллов и классификацию льда, что говорит об отсутствии единого подхода к определению массы сосредоточенных контактных зарядов [7]. Многолетней практикой взрывного дела установлено, что оптимальное значение показателя действия взрыва лежит вблизи п « 2, при этом функция Дп) /п3 в окрестности минимума изменяется плавно, так, что её значение в диапазоне 1,6<п<2,6 остаётся практически постоянным, из практики известно также, что масса минимального заряда, взрываемого на оптимальной глубине, для получения такой же воронки должна составлять примерно 65 % от массы так называемого «нормального» заряда, то есть рассчитанного при показателе действия взрыва п=1 [8]. Из анализа состояния вопроса видны значительные расхождения теории и практики, а также отсутствие на сегодняшний день научно обоснованной методики расчёта контактных зарядов взрывчатых веществ для борьбы с за-торообразованием.
Массу подлёдных и наружных зарядов обычно определяют по таблицам или рассчитывают по математическим зависимостям, применяемым для взрывных работ в грунтах.
Во всех существующих зависимостях подразумевается, что удельный расход ВВ для среды является постоянной характеристикой, не зависящей от способа производства взрыва и глубины заложения заряда. При таком подходе удельный расход взрывчатого вещества должен зависеть только от прочностных свойств взрываемой среды.
Из практики взрывного дела известно, что применительно к расчётам по существующим зависимостям разрушение среды при показателе действия взрыва меньше единицы происходит с меньшими удельными расходами взрывчатого вещества, а при показателе действия взрыва больше единицы - с большими по сравнению со стандартными удельными расходами взрывчатого вещества [9].
Отсюда следует, что корректировка этих зависимостей может быть осуществлена по двум направлениям: путём корректировки функции Д(п) или путём введения переменного значения удельного расхода ВВ, зависящего от относительной глубины заложения заряда и свойств разрушаемой среды.
На наш взгляд, второй путь предпочтительнее, так как, во-первых, функция показателя действия взрыва должна быть универсальной, то есть не зависеть от свойств среды и применяемого взрывчатого вещества; во-вторых, до настоящего времени, в практике взрывного дела расчётные формулы не учитывают различий в механизме образования воронок выброса в разных средах, поэтому можно предположить, что изменение удельного расхода взрывчатого вещества будет зависеть от физико-механических свойств льда [10, 11].
Исходя из вышесказанного, дальнейшие исследования по разрушению ледяного покрова энергией взрыва необходимо направить на изучение действия контактных сосредоточенных зарядов конденсированных взрывчатых веществ на ледяной покров на затороопасных участках и обоснование разрушения ледяного покрова на реках такими зарядами с учётом физико-механических свойств типа льда, преобладающего в составе покрова.
Для определения значения удельного расхода ВВ необходимо провести экспериментальные исследования по определению прочностных характеристик льда при приложении к нему динамических нагрузок взрывного характера, уточнению формул расчёта взрыва сосредоточенных зарядов взрывчатых веществ на различных глубинах их заложения в ледяной покров.
Результатами работы станут: теоретическое и экспериментальное обоснование применения контактных сосредоточенных зарядов конденсированных взрывчатых веществ для разрушения льда на затороопасных участках; методика расчёта контактных сосредоточенных зарядов конденсированных взрывчатых веществ для разрушения ледяного покрова на затороопасных участках рек, учитывающая физико-механические характеристики льда; рекомендации организациям, проводящим ледокольные взрывные работы, по применению методики расчёта контактных сосредоточенных зарядов конденсированных взрывчатых веществ при разрушении ледяного покрова на затороопасных участках рек для предупреждения образования заторов льда.
Дальнейшие исследования в данной области позволят улучшить ледокольные взрывные работы, проводимые с целью предотвращения заторообразования на реках, а также защите гидротехнических сооружений ото льда.
Вывод. На основании анализа состояния вопроса основные задачи дальнейших исследований можно сформулировать следующим образом:
1. Разработать методику расчёта контактных сосредоточенных зарядов конденсированных взрывчатых веществ для разрушения ледяного покрова на затороопасных участках рек.
2. Провести теоретические исследования и определить оптимальную глубину заложения зарядов в лёд, а также удельный расход конденсированных взрывчатых веществ в зависимости от физико-механических свойств льда.
3. Провести экспериментальные исследования для проверки значения параметров, определённых в ходе теоретических расчётов.
4. Обобщить результаты исследований и разработать практические рекомендации органам управления российской системы гражданской защиты по разрушению ледяного покрова на зато-роопасных участках рек контактными сосредоточенными зарядами конденсированных взрывчатых веществ.
Литература
1. Акимов В.А., Дурнев Р.А., Соколов Ю.И. Опасные гидрометеорологические явления на территории России. - М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2009. - 316 с.
2. Ботвинков В.М., Дегтярев В.В. Гидроэкология на внутренних водных путях. - Новосибирск: Сибирское соглашение, 2001. - 453 с.
3. Воробьев Ю.Л. Катастрофы и человек. Российский опыт противодействия чрезвычайным ситуациям. Книга 1. - М.: АСТ-ЛТД, 1997. - 256 с.
4. Голицын Г.С., Васильев А.А., Куличков С.Н. и др. Природные опасности России. Том 5. Гидрометеорологические опасности. - М.: КРУК, 2001. - 296 с.
5. Производство взрывных работ по предупреждению и ликвидации ледовых заторов. Методическое пособие. - М.: ВНИИ ГОЧС, 1999. - 120 с.
6. Мероприятия по регулированию ледовых условий и снижению максимальных заторных уровней воды на реках Лена, Алдан, Амга, Колыма, Яна, Индигирка. Научно-методическое пособие. - Якутск: СО РАН, 1999. - 450 с.
7. Методика расчёта зарядов взрывчатых веществ для разрушения ледяного покрова на реках для предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. / Под общей редакцией В.В. Степанова. - М.: Издательство «Спорт и Культура - 2000», 2006. - 64 с.
8. Тавризов В.М. Ледокольные взрывные работы. - М.: Недра, 1967. - 144 с.
9. Тавризов В.М. Взрывание льда - М.: Недра, 1986. - 135 с.
10. Тарабаев Ю.Н., Зотов Ю.М., Чагаев В.П., Шульгин В.Н. Инженерное обеспечение предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций при наводнениях. - Новогорск: АГЗ МЧС России, 2000. - 207 с.
11. Шахраманьян М.А., Векслер А.Б., Пчелкин В.И. и др. Методические рекомендации по предотвращению образования ледовых заторов на реках Российской Федерации и борьбе с ними. - М.: ФЦ ВНИИ ГОЧС, 2004. - 234 с.
