Взрывные работы

Взрывные работы, работы в народном хозяйстве, выполняемые воздействием взрыва на естественные (горные породы, древесина, лёд) или искусственные (бетон, каменная и кирпичная кладка, металлы и др.) материалы с целью контролируемого их разрушения и перемещения или изменения структуры и формы. В. р. осуществляются с помощью взрывчатых веществ (ВВ) и средств взрывания, создающих начальный импульс для возбуждения взрыва ВВ (капсюли-детонаторы с огнепроводным шнуром, электродетонаторы), а также передающих начальный импульс на требуемое расстояние (например, детонирующий шнур). Для размещения ВВ внутри разрушаемого объекта (заряжания) предварительно создаётся полость (шпур, скважина, камера), как правило, бурением, поэтому совокупность процессов для выполнения взрывов часто называют буро-взрывными работами. Дозированное количество ВВ, помещённое в полость или на поверхность разрушаемого объекта и снабженное средством взрывания, называется зарядом.

  Область применения В. р. обширна, наибольшего объёма они достигают в горном деле: для сейсмической разведки полезных ископаемых; при вскрытии месторождений (например, направленные взрывы на выброс и сброс); при добыче твёрдых полезных ископаемых взрывная отбойка отделяет породу от горного массива, попутно дробя и перемещая её. В строительстве В. р. производят для планировки строительных площадок, рыхления мёрзлых и скальных грунтов, удаления валунов и пней, для образования выемок, котлованов, насыпных и камненабросных плотин, для сооружения дорожных и гидротехнических тоннелей, разрушения временных перемычек и др. В. р. используются при реконструкции для обрушения подлежащих сносу зданий и сооружений, разрушения фундаментов оборудования внутри действующих цехов. В водном хозяйстве В. р. выполняются для углубления дна водоёмов и фарватеров рек, спрямления и очистки русла рек, уничтожения порогов и перекатов, ликвидации заторов льда в период осеннего ледостава, пропуска льда под мостами, охраны от льда сооружений и ликвидации ледяных заторов в период весеннего ледохода и т.п. В полярных условиях В. р. используются для разрушения ледяных полей и торосов, освобождения вмёрзшего в лёд судна и др. В металлургической промышленности В. р. проводят для упрочнения металла, штамповки сложных деталей из листа, резки и сварки металла (см. Взрывное упрочнение металла, Взрывное штампование, Взрывная сварка), установки заклёпок в труднодоступных местах, очистки литья от окалины и ржавчины, разрушения «козлов» — глыб застывшего металла, дробления шлаков и разделки крупного металлолома. В химической промышленности В. р. служат для корчёвки пней — сырья канифольно-скипидарных заводов. В сельском и лесном хозяйствах применяют валку деревьев взрывом для образования защитных полос, предотвращающих распространение лесных пожаров; В. р. используют: для подготовки пахотных площадей расчисткой их от камней, пней и кустарников; глубокой вспашки; рытья ям под посадку плодовых деревьев; осушения заболоченных мест взрыванием водонепроницаемого слоя; образования канав при оросительных и осушительных работах. В нефте- и газодобывающей промышленности В. р. ликвидируют аварии бурового инструмента; повышают дебит нефти из пласта путём взрывания торпед в скважинах; воздвигают искусственные дамбы и острова в местах подводной добычи; создают подземные хранилища нефти методом уплотнения глинистых грунтов взрывом. Взрывы применяются для ликвидации пожаров нефтяных и газовых скважин.

  Впервые в мирных целях ВВ были применены в 1448—72, когда взрывом пороховых зарядов было расчищено от камней и порогов русло р. Неман. В. р. с применением пороха для добывания руд, по свидетельству президента Берг-коллегии И. Шлаттера (современник М. В. Ломоносова), впервые были проведены в России (1617) и получили распространение в Европе: в Силезии (1627), Чехии (1629), Гарце (1632), Саксонии (1645), Англии (1670), Франции (1679). Более широкому развитию В. р. способствовали: изобретение русским учёным П. Л. Шиллингом (1812) электрического способа взрывания, создание передвижных бурильных машин (1861) и буровых станков, изобретение динамита (1860), открытие тротила (1863) и взрывчатых свойств смеси аммиачной селитры с углеродистыми веществами, выпуск капсюлей-детонаторов (1867). Замена в динамитах всё большей части нитроглицерина аммиачной селитрой, снижая стоимость ВВ и уменьшая опасность обращения с ними, оказала влияние на увеличение объёмов В. р. и улучшение технологии их выполнения. С середины 19 в. получают широкое распространение В. р. для ликвидации ледяных заторов (р. Нева, 1841), углубления фарватеров (р. Буг, Днепровский лиман, 1858, и р. Нева, 1860), корчёвки пней (под Петербургом, 1873), разрушения подводных рифов (Нью-Йоркская гавань, 1885), расчистки лесных участков под пахотные площади (Иркутская губерния, 1913). Возрастание масштабов горного производства в начале 20 в., особенно с развитием открытого способа разработки, потребовало увеличения глубины заложения и величины зарядов ВВ; для этого донную часть глубоких (5—6 м) шпуров взрывами небольших зарядов расширяли до придания ей формы котла вместимостью несколько десятков кг (так называемые котловые заряды, примененные в 1913 при добывании железных руд в Криворожье). С 1926 на карьерах СССР применяется метод камерных зарядов (массой до нескольких тысяч т ВВ), размещаемых в подземной горной выработке (камере), которую проходят из шурфов, штолен и т.д. Благодаря увеличению количества ВВ на единицу объёма взрываемой горной породы (при котловых и камерных зарядах) стало возможным не только дробление пород, но и выброс их с образованием готовых выемок — траншей, каналов, котлованов. Приоритет в развитии метода взрывания камерных зарядов на выброс принадлежит СССР. Масштаб таких взрывов непрестанно возрастал: 257 т ВВ для образования железнодорожной выемки на Бархатном перевале в 1933; 1808 т ВВ для строительства разрезной траншеи объёмом 800 тыс. м³ при вскрытии Коркинского месторождения угля в 1936; 3100 т ВВ с образованием канала длиной 1150 м для отвода р. Колонга за пределы шахтного поля Покровского рудника (март1958); 5300 т ВВ для первой очереди камненабросной селезащитной плотины объёмом 1670 тыс. м³ вблизи г. Алма-Ата (октябрь 1966) и др.

  Камерные заряды получили широкое распространение и при подземной разработке мощных залежей крепких руд системами с минной отбойкой в Криворожье (заряды от 100 до 5000 кг размещаются по возможности равномерно в плоскости отбойки); помимо этого, камерные заряды применяют при разработке целиков и при ликвидации подземных пустот обрушением потолочины. Разнообразному применению метода камерных зарядов и его совершенствованию способствовали методы расчёта величины таких зарядов, разработанные М. М. Фроловым и М. М. Боресковым на основе опыта минной войны при защите Севастополя (Крымская кампания 1853—1856) и позднее развитые в работах Г. И. Покровского (50-е гг. 20 в.). Для экспериментальной проверки влияния положения центра тяжести перемещаемого массива на эффективность взрывов на выброс АН(Академия наук) СССР в 1957 выполнены опытные взрывы зарядов от 0,1 до 1000 т ВВ. Эти эксперименты были положены в основу расчёта зарядов выброса учётом силы тяжести и определения предельной глубины их заложения.

  Совершенствование буровых станков позволило увеличить диаметр и глубину скважин на карьерах, появилась целесообразность отказа от сосредоточенных камерных зарядов и перехода к скважинным зарядам. В СССР этот метод впервые применен в 1927 при разработке крепких гранитов на строительстве Днепровской ГЭС(гидроэлектростанция) и получил быстрое распространение на карьерах; с 1935 метод скважинных зарядов применяется при подземной разработке мощных рудных месторождений. Первоначально на карьерах применяли вертикальные скважины, располагаемые в один ряд, в этом случае равномерность дробления породы взрывом была недостаточной, и негабаритные куски, превышающие размеры ковша экскаватора, требовали вторичного взрывания. Совершенствование вторичного взрывания осуществлено резким уменьшением величины заряда и заполнением свободного пространства шпура водой (так называемый гидровзрывной способ), покрытием наружного заряда пластикатовым пакетом с водой или применением наружных зарядов с торцевой кумулятивной выемкой. Во всех случаях достигается значительное уменьшение радиуса опасного разлёта осколков. Вода в качестве среды, передающей энергию взрыва деформируемому объекту, и кумулятивные заряды нашли применение также при В. р. по металлу. Начиная с 1923 в СССР В. р. применяли для дробления крупных металлических деталей, в частности для резки листового металла; в дальнейшем эффективность резки была повышена применением ВВ в патронах с продольной кумулятивной выемкой.

  Внедрение отбойки горных пород скважинными зарядами послужило первым шагом к интенсификации взрывного дробления за счёт уменьшения количества негабаритных кусков во взорванной горной массе. Развитие горной техники выдвинуло задачу получения равномерной кусковатости, позволяющей перейти на поточную технологию добычных работ. В СССР теоретические вопросы взрывного дробления впервые разрабатывались М. В. Мачинским (1933), Н. В. Мельниковым (1940) и О. Е. Власовым (1962); влияние свойств ВВ на различные формы работы взрыва исследовали М. А. Садовский и А. Ф. Беляев (1952), установившие зависимость дробления от полного импульса взрыва. Интенсификация взрывного дробления достигается: освоением повышающего длительность импульса короткозамедленного взрывания; переходом к многорядному короткозамедленному взрыванию с масштабом взрыва, достигающим несколько млн. т; совершенствованием схем короткозамедленного взрывания (использование кинетической энергии движения кусков взорванной породы на дополнительное дроблении при их соударении); рассредоточение скважинных зарядов осевыми воздушными промежутками, снижающими пиковое давление взрыва и увеличивающими длительность взрывного импульса; применением способа взрывания на частично неубранную от предыдущего взрыва горную массу, а также на высоту 2—3 уступов; расчленением заряда скважины на части, взрываемые с внутрискважинным замедлением; наклонными зарядами, параллельными боковой поверхности уступа; попарным расположением сближенных скважинных зарядов, снижающих потери энергии на фронте взрывной волны; совершенствованием параметров расположения скважинных зарядов на уступе.

  Из геометрических параметров при В. р. выявлено наибольшее значение соотношения между удалением заряда от свободной поверхности (так называемой линией наименьшего сопротивления) и расстоянием между одновременно взрываемыми зарядами; увеличение этого отношения, повышая градиент напряжений по фронту взрыва, способствует интенсификации дробления, уменьшение — отрыву породы взрывом по линии расположения одновременно взрываемых зарядов; сочетание последнего приёма с уменьшением максимального давления взрыва воздушными промежутками привело к разработке сначала в Швеции (1953), а затем в США, Канаде и СССР метода контурного взрывания, обеспечивающего достижение ровной поверхности отрыва породы по заданному профилю. Этот метод успешно применен при проведении подземных выработок (гидротехнические тоннели) и на открытых работах (гидротехнические каналы, дорожные выемки и др.). Особое место при подземной разработке угольных месторождений заняли вопросы так называемого беспламенного взрывания, обеспечивающего безопасное ведение В. р. в шахтах, опасных по газу и пыли.

  Уменьшение опасности в обращении с ВВ было достигнуто разработкой в 1934 простейших ВВ в виде смесей аммиачной селитры (АС) с горючими добавками (динамоны в СССР) или с парафином (нитрамон в США). В 1941 твёрдую горючую добавку стали частично заменять жидкой (керосинит в СССР). В дальнейшем переход на гранулированные АС и жидкую горючую добавку повышенной вязкости (дизельное топливо — ДТ) привёл к созданию нового класса наименее опасных, хорошо сыпучих, пригодных для механизированного заряжания гранулированных простейших ВВ (игданит в СССР, АС — ДТ в зарубежных странах). За 10 лет объём потребления таких ВВ резко возрос и, в частности, в США к 1965 достиг 60% от всего количества промышленных ВВ; они облегчили решение задачи механизации заряжания ВВ как на открытых, так и на подземных работах, в частности за счёт использования сжатого воздуха; разработаны пневмоустройства для смешения АС и ДТ, их транспортирования и заряжания (см. Зарядное устройство). Липучесть гранул АС — ДТ, увеличение плотности их упаковки за счёт скорости вдувания в зарядную полость обеспечили возможность механизированного заряжания даже восстающих скважин (расположенных под углом 90°) с заполнением ВВ всего сечения скважины. Вслед за игданитом (АС — ДТ) созданы разнообразные сыпучие гранулированные ВВ заводского изготовления, пригодные для механизированного заряжания. Повышение плотности заряжания и концентрации энергии ВВ в единице объёма достигается применением водонаполненных взрывчатых веществ, первоначально примененных Н. М. Сытым на строительстве гидростанции в г. Фрунзе в 1943 (на 15 лет раньше, чем в США).

  Метод образования подземных полостей при помощи В. р. обладает высокой перспективностью для разработки мощных залежей руд, расположенных на больших глубинах, путём применения ядерных взрывов; объёмная концентрация энергии в них достигает порядка 4000 Тдж/м³ (10⁹ ккал/л), при которой для заложения ядерного заряда на глубину несколько сот м достаточно пробурить скважину. В результате взрыва происходит испарение окружающей породы с образованием полости, стенки которой нарушены трещинами значительной протяжённости; по мере снижения давления внутри полости стенки и свод её обрушаются, создаётся конус обрушения и полость заполняется взорванной породой. Последующее извлечение полезных компонентов руды может быть осуществлено методом подземного выщелачивания. При меньшей глубине заложения ядерного заряда процесс, подобно воронкообразующему действию взрыва химических ВВ, сопровождается вспучиванием поверхности, её разрывом, снопом выброса и образованием выемки; стоимость энергии, выделяемой ядерным устройством при его тротиловом эквиваленте свыше 50 тысяч т, примерно в 3 раза меньше по сравнению с ВВ на основе АС, потребный объём бурения в связи с исключительно высокой объёмной концентрацией энергии соответственно меньше, а потому при условии надёжной защиты от радиоактивных осадков метод перспективен при строительстве крупных каналов, акваторий, вскрытии глубокозалегающих рудных залежей.

  Лит.: Кубалов Б. Г., Пути развития взрывного дела в СССР, М., 1948; Дашков А. Н., Взрывной способ образования котлованов под опоры контактной сети при электрификации железных дорог, М., 1959; Прострелочные и взрывные работы в скважинах, М., 1959; Акутин Г. К., Проведение выработок в мягких сжимаемых грунтах уплотнением их энергией взрыва, К., 1960; Ассонов В. А., Докучаев М. М., Кукунов И. М., Буровзрывные работы, М., 1960; Власов О. Е., Смирнов С. А., Основы расчета дробления горных пород взрывом, М., 1962; Докучаев М. М., Родионов В. Н., Ромашов А. Н., Взрыв на выброс, М., 1963; Мельников Н. В., Марченко Л. Н., Энергия взрыва и конструкция заряда, М., 1964; Подземные ядерные взрывы, М., 1965; Буровзрывные работы на транспортном строительстве, М., 1966; Друкованый М. Ф., Гейман Л. М., Комир В. М., Новые методы и перспективы развития взрывных работ на карьерах, М., 1966; Тавризов В. М., Ледокольные взрывные работы, М., 1967; Покровский Г. И., Взрыв, М., 1967; Взрывное дело. Сборники, в. 1—67, М., 1930—69.

  Г. П. Демидюк.