CC BY
292
СЕЙСМОБЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИНАРНЫХ ЖИДКИХ ВЗРЫВЧАТЫХ СМЕСЕЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СРЕДСТВА ИХ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
~П настоящее время как у нас в стране, так и за рубежом,
-Я-М возрастает объем взрывных работ, выполняемых с помощью взрывчатых веществ (ВВ), изготавливаемых на месте их применения.
Одним из видов таких ВВ являются жидкие взрывчатые смеси (ЖВС) на основе четырехокиси азота и углеводородных горючих, например, керосина.
Первые упоминания об аналогичных смесях относятся к концу позапрошлого века, а в 50-х годах прошлого столетия их глубоко и всесторонне исследовали А.И. Гольбиндер, А.С. Ловля и ряд других авторов [1].
В результате исследований был разработан принципиально новый способ возбуждения детонации таких ЖВС с помощью эвтектического сплава калия с натрием, что позволило создать лабораторный стенд, осуществляющий в течение короткого промежутка времени непрерывный автоматический взрывной процесс с чрезвычайно большой частотой взрывов. Однако тогда новый способ не нашел практического применения, так как процесс был неуправляем.
Только в семидесятых годах в институте ЦНИИПодземмаш рядом ученых и конструкторов (Л.Ф. Бендерский, В.Б. Волов, М.А. Щеголевский и другие) была создана установка, осуществляющая управляемый взрывной процесс, названная взрывогенератором [2,
3].
Принцип его действия заключается в том, что два взрывобезопасных жидких компонента - четырехокись азота и керосин (или дизельное топливо) вытекают под давлением через струйный аппарат отдельными, соединяющимися за его пределами струями, в результате чего образуется струя жидкой Таблица 1
Основные взрывчато-технические характеристики ЖВС на основе четырехокиси азота и керосина при нулевом кислородном балансе
Название Значение
Плотность, г/см3 1,28-1,29
Скорость детонации, м/с 6500-6700
Теплота взрыва, МДж/кг 5,9-6,3
Тротиловый эквивалент ~1,4
Давление на фронте детонационной волны, МПа 1310-3-1510-3
Критический диаметр, мм ~0,3
Объем газообразных продуктов, л/кг 750
взрывчатой смеси. С помощью манипулятора, на котором установлен струйный аппарат, ЖВС подают на поверхность разрушаемого объекта, в шпур, в оболочку и т.п., туда, где формируется заряд.
Для его подрыва в струю впрыскивают порцию инициа-тора.
Управляемость процесса обеспечивается тем, что все три компонента проходят через электромагнитные клапаны, при этом заданную частоту открытия клапана инициатора, а, следовательно, и частоту взрывов в автоматическом режиме поддерживает электронный аппарат управления в интервале от 1 до 20 с-1. Расход окислителя и горючего также можно изменять в достаточно широких пределах, что позволяет регулировать как кислородный баланс ЖВС, так и массу подрываемого заряда от 0,01 до 2 кг.
Наряду с разработкой и совершенствованием конструкции взрывогенераторной установки (ВГУ) и ее струйного аппарата [4] в ЦНИИПодземмаш, а затем в его правопреемнике - ООО НПП "ВОТУС"* - были продолжены исследования ЖВС и определение взрывчато-технических характеристик. Работы выполнялись совместно с ИХФ АН СССР, МХТИ им. Д.И. Менделеева, ЦНИИХМ и рядом других организаций.
Основные характеристики ЖВС приведены в табл. 1.
В зависимости от условий применения ВГУ могут быть как самоходными, на базе автомобиля и т.п., так и стационарными.
Многолетний опыт промышленных испытаний и практической работы в производственных условиях показал высокую эффективность взрывогенераторной технологии при дроблении железобето-
*Научно-производственное предприятие по взрывогенераторному оборудованию, технологиям и услугам в строительстве.
на, скальных и мерзлых грунтов, общий объем которых составил на сегодняшний день более 20000 м3.
Наиболее значительными из этих работ являются:
• разрушение стартовых ракетных железобетонных сооружений в рамках договора ОСВ-1;
• разборка железобетонных мостов и мостовых конструкций через реки Упа, Ока, Москва (г.г. Тула, Серпухов, Москва) [5];
• разборка завалов и утилизация железобетонных конструкций при ликвидации последствий Спитакского землетрясения в Армении;
• дробление штрабного бетона при замене камер рабочего колеса гидроагрегатов на ГЭС Волжского Каскада (г.г. Волжский, Жигулевск, Рыбинск) [6, 7];
• дробление скальных грунтов при вскрытии и ремонте действующих магистральных нефтепроводов.
На основании выполненных испытаний Госгортехнадзор России допустил ВГУ и образуемые ими жидкие взрывчатые смеси (ЖВС) к постоянному промышленному применению.
Следует особо подчеркнуть, что взрывогенераторная технология исключает перевозку и хранение ВВ и средств взрывания, а также позволяет, при необходимости, свести к минимуму сейсмические нагрузки на соседние объекты за счет управляемости взрывного процесса.
Именно эти обстоятельства в сочетании с высокой эффективностью ВГУ при сравнительно низкой стоимости работ позволили ООО НПП "ВОТУС" стать основным подрядчиком, осуществляющим дробление штроббетона и железобетона при ремонтах ГЭС Волжского Каскада. Причем такой выбор стал результатом нескольких тендеров, в которых участвовали установки фирмы Ха-мельман с водяными струями высокого давления (2500 атм.), а также итальянская и американская фирмы с канатно-алмазной пилой и мощными гидроклиньями.
До начала работ были выполнены теоретические расчеты и опытные взрывы, в результате чего был определен оптимальный заряд, обеспечивающий отсутствие локальных трещин в железобетоне и выполнение экологических требований.
Для выполнения работ был использован специальный комплекс: на опорном кольце турбины устанавливается перекрытие, на котором монтируются лебедки ЛПЭ-10 грузоподъемностью 10 т. К
лебедкам по полиспастной схеме на канатах подвешивается подвижной рабочий полок (леса) со стационарно установленным на нем взрывогенератором.
Рабочий полок (леса) полностью перекрывает камеру, его можно быстро установить на необходимой для работы высоте.
Взорванный бетон удаляется из камеры бадьями или сбрасывается в отсасывающую трубу и удаляется после окончания взрывных работ (ВР).
Комплекс имеет системы вентиляции, сигнализации, освещения, связи.
В период освоения комплекса институтом "Г идропроект" были выполнены сейсмоакустические исследования, которые показали отсутствие трещин в основном бетоне после проведения ВР.
Выполнены замеры виброускорений и вибросмещений в различных точках машзала и соседних агрегатов, которые показали, что воздействие взрывов не превышает показателей, возникающих при обычной эксплуатации. Санэпидслужбами произведены необходимые экологические замеры (пыль, газы), показатели которых не превышают допустимых значений.
С помощью таких комплексов произведено дробление бетона в 12 камерах: 7 - на Волжской ГЭС (г. Волжский, Волгоградской области) и 5 - на Волжской ГЭС им. В.И.Ленина (г. Жигулевск).
Благодаря использованию взрывогенераторной технологии срок удаления бетона и металла камеры сократился с 4-6 до 1-1,5 мес., а стоимость работ, по сравнению с зарубежными передовыми технологиями (в частности, с алмазной резкой), снижена в 5-6 раз.
Наряду с разработкой взрывогенераторного оборудования и технологий в институте ЦНИИПодземмаш и ООО НПП "ВОТУС" проводились исследования по самостоятельному (без ВГУ) применению ЖВС на основе четырехокиси азота и углеводородных горючих. Совместно с СКТБ с ОП ИЭС им. Е.О. Патона АН УССР и ИХФ АН СССР была показана принципиальная возможность использования ЖВС для наполнения оболочек удлиненных кумулятивных зарядов как металлических, так и пластиковых. Показано, например, что удлиненный кумулятивный заряд ЖВС в пластиковой оболочке при удельной массе 260 гм разделяет стальную мишень такой же толщины (11-12 мм), как и промышленный заряд ШКЗ-3 на основе гексогена с близкой удельной массой [8].
В дальнейшем отпочковавшаяся от ЦНИИПодземмаш структура — ООО НПЦ "КВАЗАР" продолжила разработку данной тематики и довела ее до промышленного внедрения.
Применение ЖВС без взрывогенераторной установки практически исключает использование в качестве инициатора эвтектического сплава калия с натрием, поэтому был предпринят поиск иного способа инициирования взрыва зарядов ЖВС. Совместно с НПЦ "Промышленная безопасность" и рядом независимых исследователей такой способ был найден [9]. Он основан на возбуждении высоковольтного полупроводящего разряда на границе раздела резистивного элемента и ЖВС. При этом одним из основных условий для возбуждения взрыва является наличие металлической оболочки, окружающей резистивный элемент. Оболочка должна иметь отверстия для того, чтобы при погружении ее в заряд ЖВС проникала внутрь к резистивному элементу. Необходимо подчеркнуть, что никаких воспламенительных составов, инициирующих и вторичных ВВ данное средство взрывания не содержит и поэтому совершенно безопасно.
В заключение отметим, что применение взрывогенераторной технологии и жидких взрывчатых смесей (веществ) существенно повышает безопасность взрывных работ, снижает их стоимость, при том, что параметры взрыва ЖВС существенно превосходят аналогичные показатели большинства ВВ промышленного назначения.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Теория взрывчатых веществ / Сб. статей под редакцией проф. Андреева. -М.: Высшая школа, 1967.
2 Щеголевский М.А., Бендерский Л.Ф., Волов В.Б. Взрывогенераторные установки на основе управляемого процесса микровзрывов жидких взрывчатых веществ / В сб.: Механизация горнопроходческих работ.
3 Щеголевский М.А., Бендерский Л.Ф., Подвидз Л.Т., ВащенкоВ.И. Взрывогенераторные установки — новая технология / Вестник машиностроения", №8, 1983.
4 Ващенко В.И., Подвидз Л.Т., Волов В.Б., Вельш В.В. Влияние некоторых характеристик струйного взрывного аппарата на эффективность работы взрывоге-нератора / В сб.: Новые машины и оборудование для проведения горных выработок. - М.: ЦНИИПодземмаш, 1981.
5 Клусов Л.П., Лясковский В.П., Зеликов И.А., Сергеев В.М. "Разборка пролетных строений моста / Транспортное строительство, №1, 1984.
6 Бендерский Л.Ф., Евликов А.А., Ступель Р.О. и др. "Взрыв помогает реконструкции гидроэлектростанции". Гидротехническое строительство, №7, 1994.
7 Бендерский Л.Ф., Ващенко В.И., Каганер Ю.А., Клименко А.В., Жаров И.А. Новая технология дробления бетона облицовки при реконструкции камер гидроагрегатов / Гидротехническое строительство, №2, 2003.
8 Бендерский Л.Ф., Ващенко В.И., Каганер Ю.А., Волов В.Б., Гордиенко Б.И. Технология разделки крупногабаритных металлических объектов на металлолом удлиненными кумулятивными зарядами жидких взрывчатых веществ УКЗ-ЖВС. Техническое предложение, - М., ООО НПП "ВОТУС", 1991.
9 Карабанов Ю.Р., Ващенко В.И., Мушников В.А. Безопасный способ электрического инициирования зарядов жидких взрывчатых веществ / Безопасность труда в промышленности, №2, 1996.
Коротко об авторах
Бендерский Л.Ф., Ващенко В.И. - - ЦНИИПодземмаш.
А__________
------------------------------ © М.В. Саяпин, О.А. Косоруков,
М.В. Саяпин, О.А. Косоруков
ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕМОНТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВА
