explosion_04

Методически подходи при определяне на безопасни разстояния в зависимост от  действието на въздушната ударна вълна

РЕЗЮМЕ. В статията е представена разработената методика за определяне на безопасни разстояния по действие на въздушната ударна вълна  в подземни изработки. Дадени са коефициентите, отчитащи  часта от енергията на взрива, която  преминава в  удърна вълна, отразяващи грапавостта на изработката   и  на намаляване на налягането на вълната в следствие от преминаването и през локалнни съпротивления . Предсавени са примери за определяне на размерите на опасните по въздушна ударна вълна зони.

Въведение

При  взрив на заряди от експлозиви се образуват въздушни ударни вълни (ВУВ), които представляват реална опасност за хората, различни подземни съоръжения и комуникации, а също така нарушават вентилацията. Най-често, в следствие действието на ВУВ се разрушават вентилационните съоръжения с ниска устойчивост ( свързващи елементи, врати тип хармоника, тръби и т.н. ). В района на взривяване, въздушната ударна вълна може да причини пълното разрушаване на преградни стени в подземни мини, тръби, кабели, транспортни комуникации и др. Ударните вълни имат изключително важна роля в механизма на разпространение на детонационните вълни и представляват голям интерес при изучаване на механичното действие на взрива в различни среди.
Теорията на ударните вълни е била създадена още през втората половина на ХІХ век от Риман, Ренкин и Гюгоний. Първите изследвания на ударните вълни с отчитане на топлопроводността са направени от Ренкин, който е извел основните диференциални уравнения за тяхното действие.

Последователност за определяне на безопасните разстояния
За оценка на поразяващото действие на въздушната ударна вълна върху хора и подземни съоръжения, е необходимо да се определи скокът на налягане във фронта на вълната като неговата предлно допустимата стойност за хора е 0,2 kg/cm2 (20 кPа).
Налягането във фронта на въздушната ударна вълна се определя с помощта на номограма (фиг. 1), като за нейното разчитане се определят допълнителни коефициенти  k и i.


където q се явява теглото на взривявания заряд  със специфична топлина на експлозива QE =1000 kcal/kg, като на тези стойности съответства АМОНИТ 6 ЖВ. При употребата на други експлозиви е необходимо теглото на заряда q  да се умножи  по:QE/1000.
Пределната топлина на експлозивите, най-често използвани в подземното строителство и рудниците е показана в таблица1, където n  е коефициентът, отчитащ тази част от енергията на взрива, която  преминава в удърна вълна. Стойностите на n са дадени в таблица 2;
R е разстоянието от епицентъра на взрива до разчетната точка, m;
 общата площ на напречното сечение на изработката, в която се разполагат взривните заряди, m2
      b  – коефициент, отразяващ грапавоста на повърхността на изработката. Стойностите на коефициента b при различните видове повърхности и крепижи са дадени в таблица 3;
d  –  приведен диаметър на изработката, m,

Специфична топлина на взрива на някои експлозиви за граждански цели

След пресмятането на стойностите на  k и i на номограмата (фиг.1) по вертикалната ос k се прекарва хризонтална права до пересичането и  с линията, съответстваща на значението i. Проекцията на  точката на  пресичане, намираща се на оста «налягане на  УВВ» дава търсеното значение на налягането във фронта на вълната. В случай, че по пътя на движение на вълната има наличие на локално съпротивление, то стойността на налягането трябва да се раздели на коефициента на отслабване, съответстващ на всяко локално съпротивление. Стойностите на коефициента на отслабване на налягането във фронта на ВУВ, в зависимост от локалните съпротивления, са дадени в таблица 4.
Коефициентите на отслабване на въздушната ударна вълна при успоредни и двустранни завои са верни, както при отворени, така и при тупикови изработки, единаствено ако тяхната дължина е над 1/4  от разстоянието, през което е преминала вълната. Ако обаче, дължината на глухи (запушени) изработки е по-малка от ¼ от пътя изминат от вълната, то отслабването на ВУВ е незначително и подобно локално съпротивление не се взима под внимание. Малки, плавни неравности  на повърхността на изработката също не се взимат под внимание, тъй като те малко способстват за отслабването на вълната .
Изчисления за определяне радиуса на опасната зона се правят за всяка конкретна ситуация.
При определяне на опасната зона, от действието  на ВУВ се приема:
– При зареждане – максималното тегло на експлозивите, което би могло да се вмести в бункера на зарядната машина и максималното тегло на един сондажен или камерен заряд;
–  При зареждане на боевиците – максималното тегло на един сондажен или камерен заряд, в който се поставя боевика.
–  При монтаж на взривната мрежа – максималния заряд на експлозив, който може да бъде взривен от съединяваната или участкова електрическа мрежа;
–    При свързване към главната електрическа мрежа – теглото на целия взривяван заряд.
Примерни разчети са дадени по долу.

Коефициент на намаляване на налягането на ВУВ в следствие от преминаването й през локалните съпротивления

 

 

 

 

 

 

 

Примери за определяне на размерите на опасните по ВУВ зони

Примерно определяне на опасната по ВУВ зона при взрив на експлозива в бункера на зареждащата машина тип ЗП.

Целта на изчисленията е определяне на налягането във фронта на взривната ударна вълна при взривяване на експлозива в бункера на зареждаща машина от типа ЗП, намираща се в изработка със сечение 3,7 m2, като се вземе под внимание възможното разделяне и преминаване на вълната от двете страни.

Използван експлозив ГДА ЛМ.

QГДА  ЛМ = 1248 kcal/kg;

Тегло на взривния заряд q  = 42 kg.

Съгласно таблица 2 определяме n = 1,0 (за открит заряд).

Обща площ на напречното сечение на изработките контактиращи със заряда

SS=  S=3,7 m2.

По таблица 3 определяме b = 0,02
= 2,1544 m.


Изчисленията на стойностите на налягането на фронта на взривната ударна вълна при наличието на локално съпротивление се извършват с помощта на коефициенти, които се определят по по-горната таблица.
Пример за определяне на опасната по ВУВ зона при взрив на експлозива в бункера на зареждащата машина .«ULBA-400».
Целта на изчисленията е определяне на налягането във фронта на взривната ударна вълна при взривяване на експлозива  в бункера на зареждаща машина от типа «ULBA-400», , намираща се в изработка със сечение 7,2 m2, като се вземе под внимание възможното разделяне и преминаване на вълната от двете страни.
Експлозив – ГДА ЛМ.
QГДА ЛМ = 1248 kcal/kg;
Тегло на взривния заряд q  = 320 kg.
Съгласно таблица 2 определяме n = 1,0 (за открит заряд).
Обща площ на напречното сечение на изработките , контактиращи със заряда
SS=  S=7,2 m2.
По таблица 3 определяме b = 0,035

     Изчисленията на стойностите на налягането във фронта на взривната ударна вълна при наличието на локално съпротивление се извършват с помощта на коефициенти, които се определят по таблица 4.
Пример за определяне на опасната по ВУВ зона при взривяване  на сондажен заряд.
Целта на изчисленията е определяне на налягането във фронта на взривната ударна вълна при взривяване на зареден в сондаж грубодисперсен експлозив без забивка в затворен изработка със сечение 3,7 m2          Използван експлозив ГДА ЛМ.
QГДА ЛМ = 1248 kcal/kg;
При диаметър на сондажа 60 mm.
зареждане – 12 m
Тегло на взривния заряд q  = 3,5 * 12 = 42  kg.
Съгласно таблица 2 определяме n = 0,1  (сондажен заряд без забивка).
Обща площ на напречното сечение на изработките контактиращи със заряда   SS= S=3,7 m2. По таблица 3 определяме b = 0,02 2,1544 m.
Изчисленията на стойностите на налягането във фронта на взривната ударна вълна при наличието на локално съпротивление се извършват с помощта на коефициенти, които се определят по таблица 4.\n        При диаметър на сондажа 110 mm.
Тегло на заряда в 1 линеен метър сондаж – 9,5 kg, максимална дължина на зареждане – 22 m.
Тегло на взривния заряд q  = 9,5 * 22 = 209  kg.
Съгласно таблица 2 определяме n = 0,1  (сондажен заряд без забивка).
Обща площ на напречното сечение на изработките контактиращи със заряда  SS= S=3,7 m2.
По таблица 3 определяме b = 0,022 = 2,1544 m.
Резултатите от изчисленията на налягането във фронта на ВУВ за прави съоръжения без изменения на сечението са дадени в таблицата по-долу:

Изчисленията на стойностите на налягането във фронта на взривната ударна вълна при наличието на локално съпротивление се извършват с помощта на коефициенти, които се определят по таблица 4.
Пример за  определяне на опасната по ВУВ зона при подготовка на сондажни заряди (в зависимост от конкретните условия).
Изходни данни: Провежда се подготовка на взривяването на заряда с цел разрушаване на скален масив .
Общ разход на експлозив – 22 тона.
Вид на експлозива – ГДА БМ.
Метод на взривяване- електрическо, с първоначално взривяване на взривните дупки, след това –  сондажните заряди.
Последователноста на взривяването на зарядите и интервалите на закъснение са показани в таблицата по-долу.

          Площта на напречното сечение на възходящите изработки е 2,5 m2,  на подетажните – 7,0 m2, а на наклонените – 9,0 m2. Хоризонталните изработки са  закрепени с помощта на арковидни подпори, останалите не се крепят.
Определяне на опасната зона при зареждане на сондажите.
Зарядна машина с капацитет на бункера 360 кg.,е разположена например в орт 28 на хоризонт 550 m. В сондажите експлозива се транспортира по маркуч през възходящ №10 на хор. 540 m и след това по сондажен възходящ в сондажите.
Първата граница на опасната зона за зарядната машина с радиус 50 m по изработките включва участъка на орт 28 на хор.550 m и част от изработките на хор.540 m. За сондажа с експлозив граница на опасната зона с радиус 50 m по изработките включва изработките до блокове 35 и 29 на хор.540 m. Охранителни постове е целесъобразно да се поставят в орти 29 и 35 на хор.550 m.
Втората граница на опасната зона по действие ва ВУВ включва изработките на блокове 21,23 и 35. Затова достъпа на хора в тези места трябва да бъде ограничен.
Ще пресметнем и определим по нанограмата (фиг.1) налягането на фронта на ВУВ в следните точки:
а) по първия полеви щрек на хор.550 по ос 21 (Пример 1) и по ос 35 (Пример 2);
b) при съединяването на квершлага на ос 29 с втория полеви щрек (Пример 3);
c) при отбиването на висящия блок на орти 17 – 23 (Пример 4)
Определяне на числените значения на спомагателните коефициенти k и i.

         По номограмата, показана на фиг. 1, виждаме, че налягането на фронта на ВУВ показано на оста 21, е равно на 0,25 kg, /cm2. Вземайки под внимание свързването на изработките под ъгъл 1350 (точката на пресичане на векторните линии 29 и 23) налягането във фронта на вълната по оста 21 ще бъде равно на:\n\n \n\n \n\n \n\n \n\n \n\nПример 4\n\n \n\n(Разчета се прави по съкратен вариант)

По номограмата определяме ΔРм = 0,12 kg/cm2.
Определяме и стойностите на локалните съпротивления, съгласно таблица 4.
 което е по-малко от допустимото налягане на ВУВ, при въздействие над хора.
Всички условни знаци се намират извън предела на опасната зона по въздействие на ВУВ.
Границата на опасната зона при сондажните заряди (при тегло на един заряд 20 kg) не се определя при зареждането на дупките с взривни патрони, тъй като тя ще бъде значително по малка,отколкото при взривяването на 160 кg експлозив.
Заключение
Предложената методика за определяне на безопасните разстояния по действие на ВУВ може да се използва както в падземните рудници, така и при прокарване на други подземни изработки по взривен способ.
Литература
Исмаилов Т.Т.,2008, Организация взривных работ при выемке мощных рудных залежей комбинированным способом.М.,МГГУ, 169с.
Орленко Л.Н.,2002, Физика взрыва.М.,Физматлит,832с.
Эткин М.Б.,Азаркович А.Е.,2004, Взрывные работы в энергетическом и промишленном строительстве.М., МГГУ, 317 с.

Leave a Reply