Для обрушения строений и сооружений, основой которых является каркас из металлоконструкций, взрывной способ использовался сравнительно редко. Для подбоя несущих металлоконструкций обычно применяли накладные заряды из промышленного ВВ (например, тротиловые шашки). При этом требовалась разработка специальных мероприятий по предотвращению разлета осколков металла и снижения интенсивности ударных воздушных волн взрыва (мощные укрытия, засыпка песком и др.). Внедрение в практику взрывных работ специальных кумулятивных зарядов заводского изготовления, предназначенных для резки металла (ШКЗ, УКЗ, ЗКЛБ и др.), позволил расширить область применения взрыва при разборке сооружений с металлическим каркасом и других металлоконструкций различного назначения [1,2].
Кумулятивные заряды представляют собой удлиненные заряды на основе пластичного ВВ с кумулятивной выемкой, облицованной металлизированной лентой (ШКЗ, ЗКЛБ), или выполненные из профилированного металла (медь, алюминий, латунь у зарядов УКЗ-П). Шнуровые кумулятивные заряды (ШКЗ) в зависимости от типоразмера обеспечивают разрезание преграды (сталь 3) от 4 мм (ШКЗ-1) до 25 мм (ШКЗ-6). Заряды кумулятивные линейные баллиститные (ЗКЛБ) перерезают металл (сталь 20) толщиной от 6 мм (ЗКЛБ-10) до 71 мм (ЗКЛБ-100). Удлиненные кумулятивные заряды (УКЗ-П), в зависимости от материала облицовки, обеспечивают разрезание преграды толщиной от 5 мм (УКЗ-П-5А и УКЗ-П-5Л) до 30 мм (УКЗ-П-30А и УКЗ-П-30-Л) или до 50 мм (заряды УКЗ-П-50М). При соосном расположении зарядов на преграде с двух сторон обеспечивается разрезании преграды двойной толщины. Рез в металле, образованный взрывом кумулятивных зарядов, похож на рез при использовании газорезки или электрорезки металла (образуется узкая щель шириной несколько миллиметров).
При обрушении сооружений с металлическим каркасом успешно используют многократно апробированный способ взрывания, в соответствии с которым кумулятивные заряды реза, как показано на рисунке, размещают на двух уровнях (на границе вруба при направленном обрушении сооружения). Для предотвращения заклинивания вырезаемого участка металла несущих конструкций на них между зарядами реза устанавливают выталкивающий заряд.
Рисунок 1. Схема установки зарядов на металлической стойке:
1 – кумулятивные заряды; 2 – перебиваемая стойка; 3 – ослабляющее отверстие в стойке; 4 – выталкивающий заряд; 5 – крепление зарядов
Расход кумулятивных зарядов и их марка определяется профилем перерезаемого металла (длиной линии реза и толщиной металла).
Выталкивающий заряд формируют из обычного патронированного ВВ (например, из одного или нескольких патронов аммонита 6ЖВ). Необходимую массу выталкивающего заряда определяют по формуле [1]
Q — 35FH,
где Q — масса выталкивающего заряда, кг; F — площадь поперечного сечения металлоконструкции по линии реза, м2; H — высота вруба, м.
Для уменьшения разрушительного воздействия выталкивающего заряда на преграду (исключение пробивания металла) между ним и металлической конструкцией размещают подкладку из инертного материала (например, доску толщиной 20-25 мм). Выталкивающий заряд взрывают короткозамедленно с замедлением 20-25 мс относительно кумулятивных зарядов резов.
Согласно ФНиП «Правила безопасности при взрывных работах» [3], при взрывных работах по металлу безопасные расстояния для людей, в т.ч. при взрывных работах по валке зданий и сооружений с металлическим каркасом с использованием кумулятивных зарядов, определяются по проекту. При этом в проект должен включаться раздел, в котором излагаются особые меры по обеспечению безопасности людей
При взрыве кумулятивного заряда разлет осколков происходит только в одну сторону по направлению движения кумулятивной струи. Поэтому при взрывании кумулятивных зарядов дальность разлета осколков металла значительно меньше, чем в случае взрыва накладных зарядов из обычных промышленных ВВ. Так, по опытным данным при взрывании зарядов ШКЗ-4 (обеспечивает разрезание металла преграды толщиной до 15 мм) дальность разлета осколков (при взрывании без укрытия) составляет до 200 м, а при взрывании зарядов ЗКЛБ-60 (толщина разрезаемой преграды — до 40 мм) расчетная дальность разлета отдельных осколков металла может достигать 500-600 м. При взрывных работах с УКЗ опасная зона должна быть не менее 300 м.
Как показывает практика, для локализации разлета осколков металла при взрывании кумулятивных зарядов заводского изготовления достаточно использовать простейшее укрытие из деревянных щитов толщиной 50 мм. Использование кумулятивных зарядов и их взрывание с укрытием позволяют значительно уменьшить радиус опасной зоны при производстве взрывных работ (для зарядов ШКЗ и УКЗ — до 100-200 м и менее, для зарядов ЗКЛБ — до 300 м).
Заряды ШКЗ отлично показали себя при обрушении строений и сооружений самых различных конструкций и назначения: надшахтных сооружений шахт «Прогресс» и «Соколовская» в Тульской области, технологических эстакад и портального крана на ОАО «Воскресенские минеральные удобрения», металлической радиомачты высотой более 70 м на стройплощадке в г.Москве, производственного здания в г.Коломна Московской области, козлового крана-перегружателя на Алексинской ТЭЦ и на ряде других объектов (толщина разрезаемого металла при выполнении указанных работ достигала 40 мм). Заряды ЗКЛБ с успехом были использованы при разборке металлического пролетных конструкций автодорожного моста длиной более 100 м через канал им.Москвы (здесь максимальная толщина металла составляла 60 мм) и при образовании резов в железобетонных конструкциях мостового полотна (с разрезанием арматуры) автодорожного моста на Киевском шоссе [1]. Заряды УКЗ использовали при обрушении мостового крана-перегружателя на станции «Сортировочная» в г.Москве и на других объектах.
Кумулятивные заряды, в первую очередь шнуровые кумулятивные заряды и удлиненные кумулятивные заряды, оказались настолько эффективными при обрушении различных сооружений с металлическим каркасом и при резке металлоконструкций по сравнению с накладными зарядами из обычного ВВ, что практически сразу вытеснили последние из этой технологической ниши.
Наибольшее применение при производстве взрывных работ имеют заряды ШКЗ. Это связано с их дешевизной относительно других кумулятивных зарядов промышленного изготовления, а также технологичностью установки на металлоконструкциях различного профиля. Имеющийся опыт использования зарядов ШКЗ при производстве работ по обрушению строений и сооружений, позволяет отметить некоторые важные технологические особенности, связанные с креплением зарядов и их инициированием, которые следует учитывать при проектировании, подготовке и проведении взрывов.
Эластичность ШКЗ позволяет применять их на фигурных и криволинейных поверхностях. При монтаже изгиб заряда должен быть плавным, по возможности сохраняющим его первоначальную форму в сечении. В случае изменения формы поперечного сечения при огибании зарядом поверхности преграды изменяется его фокусное расстояние, а глубина реза уменьшается. По этой причине резко снижается эффективность работы ШКЗ в углах металлоконструкций. Для обрушения сооружений с металлическим каркасом для надежного разрезания профилированных стоек в их поперечном сечении целесообразно (при возможности) предварительно вырезать отверстия с тем, чтобы заряд ШКЗ не имел перегибов под углом 900. Для уменьшения числа перегибов заряд иногда разрезают на несколько отдельных кусков, однако это существенно усложняет его монтаж и инициирование.
При монтаже заряда при низких температурах необходимо следить за тем, чтобы он не трескался. Для восстановления эластичности его можно нагревать в потоке теплого воздуха с температурой не более 700.
Крепление ШКЗ может производиться любым способом, обеспечивающим его надежную фиксацию на преграде. Чаще всего применяется крепление с помощью проволоки, пропущенной через сквозные отверстия или прорези в металле (см. рис. 1). Применяют также деревянные или пенопластовые распорки, различные клеящие составы, липкую ленту и др. При этом необходимо следить, чтобы прижим заряда не вызывал его чрезмерную деформацию с уменьшением высоты заряда, т.к. это снижает глубину реза. По этой же причине желательно использование деревянных распорок с вырезами, повторяющими поперечный контур заряда.
Несмотря на то, что плотное прилегание заряда к преграде является штатным положением, при наличии зазора, не превышающем половины сечения заряда, глубина реза оказывается больше, чем при взрывании в аналогичных условиях без зазора. Эксперименты и практика взрывных работ показали, что при расположении ШКЗ вплотную к преграде (материал сталь 3) глубина реза в металле составляет 0,85 от нормативной. При этом остальная часть металла разрушается по откольному типу благодаря близкому размещению заряда к преграде. При увеличении зазора глубина реза растет и при достижении оптимальной величины зазора достигает нормативных значений. Дальнейшее увеличение зазора (более половины сечения заряда) приводит к уменьшению глубины реза.
При резке круглых стержней линейными ШКЗ глубина реза меньше и составляет 0,5-0,6 от фактической глубины реза, полученной на прямолинейной поверхности. При резке круглых объектов кольцевыми зарядами, установленными вплотную к преграде, глубина реза составляет 0,5-0,8 от фактической. Чем больше кривизна поверхности (т.е. чем меньше диаметр образца), тем меньше глубина реза. При установке кольцевых зарядов на оптимальном фокусном расстоянии для данной марки ШКЗ глубина реза достигает нормативных значений, а в некоторых случаях даже превышает ее.
При взрывании конструкций из других материалов (чугун, алюминий и т.п.) фактическую толщину реза следует определять на основании опытных взрывов. Так, например, по опытным данным взрыв заряда ШКЗ-6 обеспечивает разрезание конструкции из чугуна толщиной до 45-50 мм (т.е. практически две паспортные толщины). При этом в металле конструкции на толщину до 25 мм образуется рез, а в остальной части — разлом и откол металла.
При взрывании железобетонных конструкций разрезание арматуры в теле конструкции происходит также до глубины 25 мм. При большем расстоянии реза арматуры не происходит, хотя в массиве бетона образуются трещины.
Заряды ШКЗ изготавливаются из эластичного ВВ, а для их инициирование предусматривается использование электродетонаторов (ЭД) или капсюлей-детонаторов (КД), которые крепят по нормали к заряду с помощью пластилина (из него или иного пластичного материала формируют гнездо инициирования, в котором закрепляют детонатор). Однако на практике при обрушении сооружений в большинстве случаев использование ЭД или КД для этих целей является неприемлемым: крепление узлов инициирования с детонатором и последующее укрытие зарядов, монтаж электровзрывной сети требуют много времени. Оцепление опасной зоны с момента установки детонатора на первом же заряде сопряжено с остановкой действующего производства, выводом людей и механизмов за пределы опасной зоны, а в ряде случаев — и с перекрытием движения автотранспорта и пешеходов по прилегающим улицам [5].
Наиболее технологичным средством инициирования зарядов ШКЗ можно считать использование детонирующей ленты ДЛ-3-20. Однако при этом существенно возрастает масса взрываемых зарядов и, соответственно, интенсивность ударных воздушных волн взрыва.
Для инициирования ШКЗ, как показывает практика, может успешно применяться детонирующий шнур типа ДШ-12. В этом случае обычно пять связанных в пучок отрезков ДШ размещают в гнезде инициирования по нормали к заряду. Длина четырех отрезков составляет 50-70 мм, а длина пятого отрезка принимается с таким расчетом, чтобы его можно было вывести за пределы защитного укрытия, где к нему подсоединяется ЭД. Это позволяет повысить безопасность работ и значительно сократить время оцепления опасной зоны.
При использовании ДШ для инициирования зарядов необходимо учитывать срок производства ШКЗ. Так, ШКЗ с не истекшим сроком хранения могут детонировать даже от трех нитей ДШ. По истечении гарантийного срока хранения (3 года) чувствительность ШКЗ значительно снижается: для инициирования зарядов с 7-ми летним сроком хранения требовалось уже не менее 7 нитей ДШ, а с 9-ти летним — 10 нитей ДШ длиной по 10 см (между тем заряды с указанным сроком хранения при испытаниях взрывались от ЭД-8).
Опыт производства взрывных работ показывает, что для обеспечения безотказного инициирования и качественного реза металла на прямолинейных отрезках зарядов ШКЗ следует устанавливать два узла инициирования, размещая их с противоположных концов заряда. Длину заряда следует принимать больше длины реза на величину «участка разгона детонации», которая составляет 1,0-1,5 величины сечения заряда данного типоразмера (т.е. в среднем на 5 см больше). Узлы инициирования следует располагать в этом случае за пределом «участка разгона».
При испытании зарядов ШКЗ после окончания срока гарантийного хранения на восприимчивость к инициирующему импульсу от ЭД параллельно следует проводить соответствующие испытания на восприимчивость от боевика из ДШ той конструкции, которая намечена к применению при производстве взрывных работ. Оценка качества и полноты детонации должны производиться по конечному результату, который требуется от кумулятивных зарядов — по фактической толщине разрезаемого металла (сталь 3) или по фактической глубине реза в материале, аналогичному материалу разрезаемой конструкции или металлического каркаса обрушаемого сооружения.
Марку ШКЗ при разрезании преграды постоянной толщины обычно выбирают в соответствии с нормативной для нее толщиной разрезаемой преграды. Это справедливо в случае, если используемая партия ШКЗ испытана и для нее определена фактическая глубина реза. В противном случае выбирают заряды, обеспечивающие рез металла преграды толщиной в 1,5-2 раза больше.
Потребность в ШКЗ следует определять исходя из профиля и толщины металла перерезаемых конструкций с учетом образования обрезков, остающихся при отрезании заряда от бухты, а также возможной выбраковки зарядов в процессе монтажа, т.е. с запасом 15-20% от проектной потребности.
Работы по монтажу зарядов ШКЗ на металлоконструкциях по линиям резов и их укрытию являются весьма трудоемкой операцией. Нормы затрат труда на выполнение этих работ отсутствуют, однако их необходимо знать для определения продолжительности работ и их трудоемкости.
По данным хронометрических наблюдений, проведенных при выполнении работ по обрушению сооружений с металлическим каркасом и резке различных металлоконструкций специалистами ОАО «Союзвзрывпром», средние затраты труда на крепление зарядов ШКЗ с обводом металлоконструкций (без установки узла инициирования и укрытия заряда) составляют 16,0 чел.часа на 100 м зарядов.
Обычно производительность заряжания (монтаж зарядов на металлоконструкции и установка узлов инициирования из отрезков ДШ) не превышает 2-3 заряда/чел.час в зависимости от длины заряда и сложности монтажа. При необходимости укрытия зарядов эта величина снижается до 0,8-1,5 зарядов/чел.час. Таким образом, средняя расчетная продолжительность заряжания, укрытия и взрывания зарядов ШКЗ при производстве работ по обрушению строений с металлическим каркасом и резке различных металлических сооружений может быть принята равной 1,0 заряда/чел.час.
Учет имеющегося опыта производства взрывных работ по обрушению сооружений и строений с металлическим каркасом с использованием кумулятивных зарядов заводского изготовления позволит повысить надежность и безопасность производства работ и расширить область их применения.
Список литературы:
- Ганопольский М.И., Барон В.Л., Белин В.А., Пупков В.В., Сивенков В.И. Методы ведения взрывных работ. Специальные взрывные работы: учебное пособие. М.: Из-во МГГУ, 2007. — 563 с.
- Козлов В.С., Федосеев В.С., Колганов Е.В., Захаров В.М., Калашников В.В. Энергия взрыва в ломопереработке. М.: ЗАО «Металлургиздат», 2007. — 240 с.
- Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. Правила безопасности при взрывных работах. Сборник документов. Сер. 13. Вып. 14. М. : ЗАО «Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности», 2014. — 332 с.[schema type=»book» name=»ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ШНУРОВЫХ КУМУЛЯТИВНЫХ ЗАРЯДОВ НА ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ ПО ОБРУШЕНИЮ СООРУЖЕНИЙ» description=»В статье рассмотрен опыт применения кумулятивных зарядов для резки металлоконструкций при взрывном обрушении зданий и сооружении. Приведены сведения о способах крепления зарядов, их инициировании, дальности разлета осколков металла и размерах опасной зон.» author=»Ненахов Иван Андреевич, Фоменкова Вера Евгеньевна, Кириллов Сергей Сергеевич, Ганопольский Михаил Исаакович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-07″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.15_08(17)» ebook=»yes» ]