Определяне на безопасните разстояния за остъклението на сгради при взривяване на самоделни взривни устройства

          РЕЗЮМЕ. В статията са представени извършените теоритични изследвания и проведените научни експерименти за определяне на безопасните за остъклението на сградите разстояния по действието на ударната въздушна вълна (УВВ). Определени са действително безопасните за остъкляването разстояния, което позволява по-висока степен на безопасност, както при извършване на пломишлени взривни работи, така и при охрана на сградите от не санкционирани , терористични действия.

ВЪВЕДЕНИЕ
     
Ударната вълна e мигновеното свиване на околната среда, при което параметрите на състояние на веществото се изменят скокообразно, а скоростта на неговото разпространение превишава скоростта на звука в дадената среда. Разпространението на ударната вълна е свързано с големи загуби на енергия и физически е възможно до тогава, докато налягането на фронта на ударната вълна превишава модула на обемното свиване на средата, която преминава в подвижно състояние.
        
Практически областта на разпространение на ударната вълна е ограничена в зона от 3÷7 радиуса на заряда.

фиг. 1. Зони за разпространение на ударните вълни (1); вълните на свиване(2); и сеизмичните сълни (3).

 

       В продължение на времето в средата се наблюдава превръщане на ударната вълна във вълна на свиване – фигурата по – горе.
     Вълната на свиване представлява нееластичното свиване на средата, при което параметрите се изменят достатъчно плавно, скоростта на разпространяване на свиването е равна на скоростта на звука в дадената среда, а времето за извеждане на веществото от състояние на покой е винаги по-малко от времето за връщането му в това състояние.
     
В областта на разпространение на вълните на свиване околната среда е нееластична, като в нея възникват остатъчни деформации, които водят до нарушаване на средата. Зоната на разпространение на тези деформации обхваща обем до 120÷150 радиуса на заряда на взривната вълна. При по-нататъшното разпространяване на вълната на свиване в околната среда тя постепенно се превръща в сеизмична вълна. Сеизмична вълна е еластичното свиване на средата, като нейната скорост е равна на скоростта на звука в дадената среда, а времето на еластично свиване е равно на времето на връщане на средата в състояние на покой.
      
Областта на разпространение на еластичните колебания обикновено се определя от общата маса на заряда и еластично-пластичните свойства на средата и превишава 150 радиуса на заряда.

ТЕОРИТИЧНА ПОСТАНОВКА
  
Максималната величина на свръхналягането на фронта на УВВ ΔPa (Pа) при взрив във въздуха може да се определи по формулата на М.А. Садовски, получена на базата на опитни наблюдения:
    
При взрив на заряд от експлозив (тротил) на повърхността на земята, може да се използва същата формула ако величината на Q (масата на експлозива) се увеличчава два пъти. Тогава за взрив на тротилови заряди на повърхността на земята имаме:

 

Където – свръхналягане на фронта на УВВ, s.

S -импулс на фазата свиване , Pа.s

τ+ -време на действие на положителната фаза на УВВ, s.

Q  – маса на заряда експлозив, кг

r – разстояние от епицентъра до обекта, m.
    
Тези формули, обаче,са вярни единствено при >104 Pа. На голями разстояния от мястото на взрива, налягането във фронта на УВВ пада значително. В този случай имат място слаби ударни въздушни вълни. Към тях се отнасят такива вълни, налягането на които на фронта на УВВ <104Pа.
  
На параметрите и условията на разпространяване на слабите УВВ оказват влияние ралични фактори , най-важни от които са:атмосферните условия в момента на взрива (температурните градиенти по височина, скоростта и посоката на вяръра), физико-механичните свойства на земната повърхност, наличие на различни прегради на пътя на УВВ, положението на заряда от ВВ относно обекта и т.н. Различните фактори оказват различно влияние на параметрите на УВВ и е практически невъзможно да се определи степента на влияние на всеки от тях, основен метод за установяване на количествените зависимости на параметрите на УВВ си остават преките експерименти.
    В резултат на статистическата обработка на данните за атмосферните условия при летните месеци са получени следните значения на коефициента := 3 при разстояние равно или по-голямо от 2000 m.= 3(r/2000)1/2  в диапазона на разстояние от 1000 до 2000 m. в диапазона от 200 до 1000m. при разстояние по-малко от 200m.
    
През зимата значението на коефициента следва да се увеличи до 1,7 пъти, ако разстоянието между мястото на взрива и преградата е по-голямо от 200 m.
       През зимата значението на коефициента следва да се увеличи до 1,7 пъти, ако разстоянието между мястото на взрива и преградата е по-голямо от 200 m.

Класификация на почвите в зависимост от физико-механичните св-ва и значения на коефициентите

             Повреждането (счупването) на остъклението се получава като правило под въздействие на слаби УВВ. Разчета на основните параметри на слабите УВВ се извършва по формулите (5),(6) и (7). Според съществуващите в момента теории, счупването на остъкляването на зданията и съоръженията под въздействие на УВВ се наблюдава след достигане на фронта на вълната критични нива на налягането при импулса на фазата на свиване. При определяне на критерия на опасност, параметрите на ударната вълна и характера на натоварване зависят от съотношението на времето на действие на положителната фаза на УВВ.
       τ+ е собственият период на колебания на конструкциятя Т. При τ+≤0,25 Т реакцията на натоварване е пропорционална на импулса на фазата на свиване S. В този случай критерии за опасност се явява импулса. При τ+>10.Т механическото свръхналягане ΔР на фронта на УВВ, а повреждането на остъклението се наблюдава при превишаване на критичното значение на свръхналягането ΔР.
     
Периода на собствени колебания на остъклението е в границите на 20÷40 s. Следователно за остъклението импулсен характер на натоварването ще има при r+≤(5÷10) s.
    
Времето за дейстивие на положителната фаза на УВВ е много малко ( в рамките на няколко милисекунди).
      Следователно, повреждане на остъклението на обектите в близката зона на взрива се наблюдава при превишаването на статистическото значение на импулса на фазата на свиване S.
       На разстояние 200 m и повече (средната и далечна зона на взрива), критерии за опасност на остъклението е свръхналягането на УВВ – експериментално е установено, че в близката зона на взрива повреждането на остъклението се наблюдава при въздействие на импулса на фазата на свиване на УВВ повече от 4,5 kPa.s. Като пределно допустимо се приема значението наисмпулса S= 2,5 Ра.s. В средната (разстояние по-големи от 200 m) и далечната зона на взрива разрушаването на остъклението се наблюдава при налягане на фронта на УВВ – 1500 Ра.
     Като пределно допустимо за остъклението (при обикновени стъкла) е прието значението на свръх налягането:

                                                      ΔР=500 Ра.

     Пределно допустимото значение на свръхналягането и импулса се определя изхождайки от приетата степен на безопасност (първа, втора или трета).
      Пределно допустимото значение на свръхналягането и импулса в зависимост от степента на безопасност са дадени в таблицата по – долу.


Пределно допустимо значение за свръхналягането
        
Както вече беше споменато по-горе, в средната и далечна зона на взрив, критерий за опасност на взрива (на разстояние до 200 m) е импулсът на фазата на свиване на УВВ.
        При извеждане на формулите за разчет на радиуса на опасната зона трябва задължително да се отчита зависимостта на коефициента за метеоусловия Км от озона и от разстоянията.
       
Тогава от формули (5 и 6) при ΔРдоп=500 Ра и S=2,5 Pa.s за летния сезон, получаваме следните формули за определяне на радиуса на опасната зона (за летния период) по действието на УВВ на остъклението за първа степен на безопасност (отсъствие на повреди).

               r=200.KT2/3.Q1/3         при Q>1000 kg.< 10000 kg.

               r=65. KT. Q1/2.               при 125< Q <1000 kg.

               r=63. KT. Q1/3                при 2< Q <125 kg.

               r=63. KT. Q2/3.              при Q< 2 kg.

 

  За втора степен на безопасност (случайни повреди на остъклението), при:   ΔР= 1500 Ра и S=4,5 Pa.s, се предлагат следните формули:
            
r=100.KT2/3.Q1/3            при Q>1000 kg.< 10 000 kg.
            
r=30. KT. Q1/2.                 при 125< Q <1000 kg.
            
r=35. KT. Q1/3.                 при 2< Q <125 kg.
            
r=35. KT. Q2/3.                 при Q< 2 kg.

    За трета степен на безопасност (пълно разрушаване на остъклението), при:
                            ΔР= 5000 Ра и S=20.0 Pa.s, се предлагат следните формули:
                    
r=40.KT2/3.Q1/3        при Q>1000 kg.< 10 000 kg.
                     
r=8. KT. Q1/2.              при 125< Q <1000 kg.
                    
r=8. KT. Q1/3.              при 2< Q <125 kg.
                    
r=8. KT. Q2/3.             при Q< 2 kg.
    
През зимния сезон, при наличието на отрицателни температури, получените разстояния трябва да се увеличат 1,5 пъти ако Q>2 kg.
       Радиусите на опасната зона се изчисляват , съгласно формулите:
                          R=KM ,m (8)
                         
R=KПm (9)
където:        R –минимално допустимо разстояние от епицентъра на взрива до обекта (m)
                   
Q –маса на заряда (тротилов еквивалент), kg.
                   
KM и KП – коефициенти зависещи от масата на заряда и от характера на повредите. Стойностите на тези коефициенти за открит заряд се определят съгласно таблица 3.
                       *
За открити заради по-голeми от 10 тона при 1,2 и 3-та степен на безопаснот се приема коефициент KП и   се използва формула : 
  .
                    * За всички останали степени на безопасност се използва коефициент KM и формула :

.

      В таблицата по – долу са предложени нови формули и коефициенти за определяне на безопасни зони за остъкление на въздействието на УВВ за количества в експлозиви до 1000kg.

Коефициенти за определяне на безопасните зони за остъкление от въздействието на УВВ за количества в експлозиви до 1000Kg 

   Съгласно разработената разработения от авторите формулен апарат, радиусът на опасната зона за същото количество експлозив – тротил, за 1,2 и 3та степен на безопасност, при Кт  = 1 са дадени в таблицата по – долу:

 

 

       ЕКСПЕРИМЕНТАЛНА ЧАСТ
       С цел практическа проверка на получените резултати за радиуси на опасните зони за остъкляване при 1-ва и 3-та степени на безопасност беше проведен практически експеримент. Експериментът бе проведен на полигона на завод „Миджур” с. Горни Лом, собственост на фирма ВИДЕКС АД и полигона Нови хан. Целта на експериментите бе да се потвърдят резултатите за радиусите на опасната зона, получени по теоритичен път. Бяха взривени тротилови заряди с маси: 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 и 50 kg. За всяко количество експлозив бяха проведени три опита. Като мишена беше използван стандартен прозорец с размери 4х3 m и дебелина на стъклото 3 mm.
       Изпитанието беше проведено на равна земна повърхност без налични прегради между заряда от експлозив и мишената. В резулт от проведените експерименти бяха полученини следните резултати,  дадени в таблиците по – долу:

Получени резултати от проведението изпитания с тротилови заряди при първа степен на безопасност

    Получените резултати от проведените изпитания с тротилови заряди при трета степен на безопасност.

   Въз основа на експериментално проведените теоритични зависимости бе определен раиуса на опасната зона за 1, 2 и 3та степени на безопасност за коли бомби, които са дадени в по-долните раблици.

    Основни изводи и заключения
     
От извършените теоритични изследвания и тяхната експериментална проверка могат да се направят следните основни изводи:
      1. Съгласно действащата нормативна уредба за определяне на безопасните разстояния за остъклениетона сградите, тези разстояния не могат да бъдат прецизно определени и гаранциите им са в много широк диапазон. Това води до затруднения  както при извършването на промишлени взривни работи, така и при определяне на безопасните от терористични нападения разстояния.
     2. Сформулирани са достатъчно точни математически зависимости, които експериментално бяха доказани. Същите с голяма точност определят безопасните разстояния за остъклението на сградите.
    3. Направените експериментални изследвания позволиха определянето на минималното разстояние за евакуация на хора при различните степени на безопасност в зависимост от масата на експлозива, които би могъл да се помести в различни автомобили (коли  бомби) .
    4. Извършеите изследвания могат да бъдат използвани при разработването на методики за охграна на потенциално опасни обекти от националната инфраструктура.

ЛИТЕРАТУРА

          Правилник по безопасноста на труда при взривните работи.1997.С.,Техника.
         Азаркович А.Е., Шуйфер М.И., Тихомиров А.П. Взрывные работы вблизи охраняемых объектов. — М.: Недра, 1984.
        
Безопасность взрывных работ в промышленности / Под ред. Б.Н. Кутузова – М.: Недра, 1992.
      
Богацкий В.Ф., Фридман А.Г. Охрана инженерных сооружений и окружающей среды от вредного воздействия промышленных взрывов. — М.: Недра, 1982.
       
Галкин В.В., Гильманов Р.А., Дроговейко И.З, Взрывные работы под водой. — М.: Недра, 1987.
      
Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом (взрывные технологии в промышленности). Ч. II. — М.: Изд-во МГГУ, 1994.
      
Матвейчук В.В., Чурсалов В.П. Взрывные работы. — М.: Академический Проект, 2002
      
Проектирование взрывных работ в промышленности / Э.Б. Башкуев, А.М. Бейсебаев, В.Ф. Богацкий и др. — М.: Недра, 1983.
     
Цейтлин Я.И., Смолий Н.И. Сейсмические и ударные воздушные волны промышленных взрывов. — М.: Недра, 1981.
     
Эткин М.Б., Азаркович А.Е. Взрывные работы в энергетическом и промышленном строительстве. — М.: Изд-во МГГУ, 2004.
   
Препоръчана за публикуване от Катедра „Подземно строителство”МТФ

Leave a Reply