Расчет зарядов ВВ

Взрывы с перемещением породы на свободной поверхности условно классифицируются на «выброс» и «сброс». Общим для этих двух типов взрывов является то, что кроме дробления породы энергия взрыва перемещает разрыхленную породу за пределы воронки взрыва.

Различие между этими двумя типами взрывов сводятся к тому, что взрывы на «выброс» осуществляются на участках, когда свободная поверхность взрываемой породы горизонтальна или слабо наклонна. Когда свободная поверхность имеет наклон к горизонту более 30°, то взрыв относится к взрывам на «сброс». Расчетные зависимости зарядов ВВ на выброс и сброс также различаются между собой, но часто для расчетов взрывов на сброс используются зависимости взрыва на выброс, что приводит к несколько большему расходу ВВ. К примеру на Байпазинском гидроузле планировался навал  млн. м³, а было взорвано 1,5 млн. м³.

Направленность взрыва на выброс и сброс достигается соответствующим расположением заряда, его величиной и порядком взрывания.

При взрыве на сброс сила тяжести в значительно меньшей степени противодействует раскрытию свободной поверхности верхней части воронки, чем при взрыве на выброс. Энергия взрыва не затрачивается вообще или затрачивается в малой степени на подъем выбрасываемой породы, и поднятая взрывом порода не возвращается обратно в верхнюю часть воронки сброса.

Величина зарядов на выброс и сброс пропорциональна третьей степени линии наименьшего сопротивления (ЛНС):

                                     ,                                        (15.14)

где  - коэффициент;  - длина линий наименьшего сопротивления, м;  - величина заряда, кг.
Длина линии наименьшего сопротивления - наименьшее расстояние от заряда до свободной поверхности.

По формуле М. М. Борескова (для взрыва на выброс) , где  - расчетный удельный расход ВВ в кг/м³, который чаще всего устанавливается опытными взрывами;  - показатель действия взрыва, равный отношению полураствора воронки выброса пород к величине W (рис. 15.42) и принимается обычно от 1 до 2, но могут быть отклонения в ту или другую стороны.

Рис. 15.42 Виды взрывания и схемы навалов:
а - взрыв на выброс; б - взрыв на сброс; в - схема навала при взрыве одиночного заряда; г - схема навала при взрыве трех зарядов (направления действия взрывов совпадают); д - схема взрыва на сброс с веерными зарядами для дополнительного дробления породы; 1 - заряд; 2 - свободный откос навала; 3 -веерные заряды

Формула Μ. Μ. Борескова дает хорошие результаты при малых глубинах заложения зарядов. При больших глубинах заложения зарядов (взрыв на выброс) пригодна формула Г. И. Покровского

                            .                           (15.15)

Как мы видим из формулы (15.15), величина заряда стала пропорциональна четвертой степени длины ЛНС, т. е. эффективность ВВ снижается. Проверка предложенной формулы была проведена на основе взрыва ядерных ВВ и показала ее применимость. Необходимо отметить, что структура формул (15.18) и (15.19) не учитывает угол наклона свободной поверхности. Имеются предложения М. Ф. Бурштейна по расчету зарядов с учетом наклона свободной поверхности. Взрыв зарядов сброса в условиях косогора заметно отличается от взрыва на выброс при горизонтальной свободной поверхности. Главное различие - различие центров тяжести секторов сброса и выброса. Сопоставление воронок сброса и выброса показывает, что параметры воронок сброса выше, а удельные расходы ВВ ниже более чем в два раза, чем при выбросе. При взрыве на сброс предложена формула

                                     ,                                 (15.16)

 
где  - удельный расход ВВ для рыхления породы, кг/м3, и равен  ( включает в себя условия выброса)  - коэффициент глубины;  - угол наклона свободной поверхности, град.

Зависимость (15.16) справедлива для одиночного заряда. Обычно взрыв осуществляется целым рядом зарядов, которые взаимодействуют между собой. С учетом взаимодействия

.       (15.17)

По данным автора этих зависимостей Μ. Φ. Бурштейна сходимость с производственными данными хорошая. Значение коэффициента взаимодействия в зависимости от  до  меняется от 0,75 до 1,17. Расстояние а между сосредоточенными зарядами можно определить по формуле

                                     .                              (15.18)

Направленный взрыв предусматривает максимальную укладку горной массы в проектный профиль сооружения. Построение профиля навала может осуществляться различными приближенными приемами. Наиболее простой из них сводится к выделению контура отрыва породы в сечениях, проходящих через центр заряда и включающих ЛΗС. Контур отрыва определяется на основе определения радиуса отрыва в подгорную сторону (рис. 15.47)

                                     ,                                (15.19)

в нагорную сторону    -

                                               ,                                (15.20)

где  в зависимости от геологии и топографии рассматриваемого участка и расчетных параметров взрыва. Площадь навала определяют по формуле

                                               ,                               (15.21)

где  - площадь отрыва. Для скальных пород коэффициент  для центральных зарядов и 1,1 для боковых. При взрыве полускальных пород  снижается на 0,1. Дальность полета грунта определяют по формуле

                                     ,                                       (15.22)

причем форма навала принимается треугольной. Максимальная высота навала

                                     .                                       (15.23)

Контур навала строится по типовой схеме (рис. 15.42, в).

Схема построения навала при взрыве нескольких зарядов дана также на рис. 15.42, г. Если направления ЛНС не параллельны между собой, то для каждого из зарядов строится сечение самостоятельно как для одиночного, а в точках пересечения высота навала суммируется.

Контур навала после графического построения корректируется таким образом, чтобы заложение откосов не было больше угла естественного откоса взрываемого материала.

Все скальные породы трещиноваты. В зависимости от их трещиноватости и крепости меняется значение удельного эталонного расхода ВВ (). При этом значение  аммонита 6ЖВ меняется от 3 кН/м³ для слабых и очень трещиноватых пород до 14 кН/м³ (1,4 кг/м³) для прочных и чрезвычайно мало трещиноватых пород. Если учесть дробимость породы, то удельный расход ВВ

 
                                     ,                              (15.24)

где  - размер допустимой фракции, мм. Если принять, что в навал допускаются фракции и 500 мм, то .

При массовых взрывах величина  может определяться приблизительно по формуле ,- где  - объемный вес грунта, кН/м³.

Заряды обычно располагают в два ряда. Первый ряд зарядов (вспомогательный) взрывается раньше основного ряда, создавая поверхность заданной формы, что обеспечивает лучшую направленность действия основного ряда.

При установлении высоты заложения заряда следует учитывать воздействие взрыва на массив за пределами действия взрыва. Глубину заложения заряда рекомендуется принимать к высоте массива обрушения равной 0,7-0,9, что обеспечивает равномерное дробление породы.

Массовый взрыв ВВ может вызвать значительную сейсмическую волну.

Степень повреждения зданий и сооружений сейсмической волной по данным М. А. Садовского зависит от максимальной скорости колебаний грунта. Скорость при колебаниях в зависимости от расстояния до центра заряда может быть определена согласно формуле

                                     .                                  (15.25)

где R - расстояние до центра заряда;  - опытный коэффициент, который в Медео был 420, а в Байпазе- 315;  - показатель степени, который в Медео был 1,73, а в Байпазе- 1,8. Продолжительность колебаний меняется в зависимости от заряда и R от 6 с при R= 1000 м до 22 с при R = 13 000 м.

По данным С. В. Медведева имеется соответствие между выражениями в баллах сейсмических колебаний и скоростями движения при колебаниях.

Для зданий опасно уже 6-7 баллов. Для тоннелей по опыту Медео возможно допустить значительные скорости при колебаниях так как при скорости 80 см/с существенных повреждений в обделке обнаружено не было. При скорости 200-250 см/с наблюдались нарушения в обделке, которые потребовали ремонта. Полученные данные говорят о том, что проведение крупных взрывов вблизи подземных сооружений, видимо, возможно.

Рис. 15.43 Зерновые составы породы взрывных плотин:
1 – Бурлыкская; 2 – Курпсайская; 3 – Медео; 4 – Байпазинская; 5 – Папанская

О зерновом составе плотности, коэффициенте фильтрации. Как уже отмечалось выше, основная трудность возведения плотины с помощью взрыва – создание противофильтрационного устройства. Необходимость и возможность создания того или иного противофильтрационного устройства во многом определяется зерновым составом навала, образованного взрывом. Зерновой состав навала зависит от трещиноватости породы. Рыхление скалы при взрыве происходит по трещинам, имеющим место в скале. Если известна трещиноватость, то можно прогнозировать зерновой состав. На рис. 15.43 приведены зерновые составы навалов, полученные при возведении различных плотин взрывным способом.

Как видно из рис. 15.43, полученные зерновые составы сравнительно близки. Исключение составляет лишь Байпазинская плотина, в зерновом составе которой мало мелких фракций. По их составу эта плотина исключения не составляет. В плотине в урочище Медео имеем значительное количество мелких фракций ( мм - 23·%). Видимо, в этом случае вследствие мощности взрыва и при падении происходило значительное дополнительное дробление материала: гранит - значительно более хрупкая порода, чем осадочные породы. Если имеется необходимость увеличить в

Рис. 15.44 Фрагмент центрального участка однородной плотины на реке Бурлыкия с линиями равных плотностей

зерновом составе навала содержание мелких фракций, то создают дополнительно веерные заряды для дробления породы (рис. 15.42, д), что приводит к увеличению количества ВВ и увеличению объема буровых работ. Необходимость измельчения породы в центральной части плотины, к примеру, возникает, когда противофильтрационное устройство хотят выполнить в виде инъекционной диафрагмы.

Измельчение породы со стороны верхового откоса может потребоваться для облегчения его планировки, подбора и укладки фильтра при возведении плотины, с грунтовым экраном, возводимым после взрыва отсыпкой или только для планировки и укладки слоя подготовки при устройстве негрунтового экрана.

Рис. 15.45 Зависимость коэффициента фильтрации каменной отсыпки от содержания фракций более 5 мм

Увеличение дробимости породы также достигается применением уменьшенных интервалов замедления взрывания для лучшего взаимодействия зарядов.

Плотность навала обычно достаточно высокая. На плотине в урочище Медео она достигала на глубине 20 м от гребня 21,7 кН/м³ (2,17 г/см³) (и дальше по глубине не менялась) и уменьшалась на глубине 6 м от гребня до 19,5 кН/м³ (1,95 г/см³).

На Байпазинской плотине была достигнута большая плотность навала (более равномерный зерновой состав) 22,2 кН/м³.

Интересные исследования провел «Саогидропроект» по созданию взрывонабросных плотин, возведя опытную плотину на р. Бурлыкия. Распределение плотностей в этой плотине приведено на рис. 15.44. Из рис. 15.44 видно, что плотность равномерно нарастает от гребня к основанию, достигая сравнительно больших величин (20,5 и даже 21 кН/м³).

Исследования этой плотины показали, что проницаемость сооружения высока, и если пользоваться законом Дарси при ламинарной, фильтрации, то  достигает значений от 500 до 2000 м/сут. Видимо, в теле навала следует пользоваться уравнением турбулентной фильтрации.

Оценки коэффициента фильтрации для материала навала в зависимости от количества частиц d<5 мм приведена на рис. 15.45. Эти исследования были проведены «Саогидропроектом». На их основании можно заключить, что при содержании d<5 мм в количестве, меньшем 24,5%,  резко начинает возрастать.