способ проведения взрывных работ и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ проведения взрывных работ, включающий подачу в герметизирующую оболочку, размещенную в ограниченном объеме пространства, горючего газа и газа-окислителя, в качестве которого используют кислород или воздух, с образованием взрывчатой газовоздушной смеси стехиометрического состава, инициирование взрыва газовоздушной смеси, отличающийся тем, что герметизирующую оболочку выполняют эластичной в виде полиэтиленового пленочного изделия, а в качестве горючего газа используют пропан, бутан, метан или смесь этих горючих газов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инициирование взрыва газовоздушной смеси производят посредством подрыва инициирующего заряда взрывчатого вещества в виде тротиловой шашки массой не менее 200 г.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что инициирование подрыва тротиловой шашки производят зажигательной трубкой промышленного изготовления или электродетонатором.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при образовании взрывчатой газовоздушной смеси контролируют ее состав газовым детектором.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что контроль состава взрывчатой газовоздушной смеси осуществляют газосигнализатором.

6. Устройство для проведения взрывных работ, включающее размещенную в ограниченном объеме пространства герметизирующую оболочку для взрывчатой газовоздушной смеси и связанные с ней подающие трубопроводы горючего газа и газа-окислителя, в качестве которого использован кислород или воздух, инициатор взрыва газовоздушной смеси, отличающееся тем, что герметизирующая оболочка для взрывчатой газовоздушной смеси выполнена эластичной и представляет собой полиэтиленовое пленочное изделие, а в качестве горючего газа применяются пропан, бутан, метан или смесь этих горючих газов.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что в качестве инициатора взрыва газовоздушной смеси использован инициирующий заряд взрывчатого вещества в виде тротиловой шашки массой не менее 200 г.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что для инициирования подрыва тротиловой шашки устройство снабжено зажигательной трубкой промышленного изготовления или электродетонатором.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что для контроля состава взрывчатой газовоздушной смеси при ее образовании устройство снабжено газовым детектором.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в качестве газового детектора использован газосигнализатор.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области взрывной техники, в частности, к специальным работам инженерного обеспечения аварийно-спасательных работ (АСР), проводимых в районах чрезвычайных ситуаций (ЧС), и может быть использовано, например, для сноса ветхих зданий, сооружений, расчистки завалов, применяются для дробления льда при устранении ледяных заторов на реках, для раскорчевки пней, сейсморазведки полезных ископаемых, в том числе и под водой, для локализации и тушения лесных, нефтяных пожаров, в металлоштамповочных технологиях, в иных технологических процессах в машиностроении, для возведения запруд и плотин, прокладки каналов, в прочих технологиях и устройствах, использующих эффекты взрыва.

Недостатки известных способов состоят в следующем: по существу при механизированном способе требуется привлечение тяжелой инженерной техники (экскаваторов, автокранов, бульдозеров), что в свою очередь требует выполнения трудоемких работ по подготовке рабочих площадок для ее размещения. В условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС) при наличии сплошных завалов становится проблематичным размещение техники, а выполнение работ требует значительного расхода моторесурсов, горюче-смазочных материалов.

При взрывном способе для обрушения зданий, получивших полную и сильную степени разрушения, применяют внутренние контактные, накладные и неконтактные заряды.

Внутренние шпуровые заряды (заряды в бороздах, рукавах) применяют для разрушения прочных сооружений.

Во всех случаях требуется наличие достаточного времени и условий безопасного выполнения работ по бурению шпуров (устройству борозд и т.п.) в элементах конструкций.

Шпур подбоя представляет цилиндрическое углубление диаметром до 75 мм и длиной до 5 м. Для образования подбоя шпуровые заряды располагают в два - три ряда в шахматном порядке. Здания и сооружения обрушивают на свое основание или в заданном направлении. Трудозатраты на бурение одного шпура могут составлять 0,2 маш.часа. Таким образом, известные способы являются трудоемкими, требуют значительных материальных, финансовых средств и времени на их подготовку и производство. Например, известно решение по патенту №2144401 от 2000.01.20, МПК А 62 С 3/02 “СПОСОБ ТУШЕНИЯ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ”.

В способе в качестве взрывчатого вещества используют газовую взрывчатую смесь, состоящую из взрывобезопасных компонентов, которые доставляются в зону пожара в твердом виде (генераторах) и заполняют ими перед пожаром гибкий замкнутый объем (шланг). Шланг располагают эквидистантно фронту пожара, к шлангу пристыковывают генераторы с твердыми носителями взрывобезопасных компонентов, инициируют составы генераторов, заполняя шланг газовыми компонентами газовой взрывчатой смеси, после чего подрывают газовую взрывчатую смесь.

Однако данное решение имеет относительно сложное конструктивное и технологическое обеспечение взрывных работ, недостаточную безопасность, экономический эффект, повышенную трудоемкость, материалоемкость, временные и финансовые затраты.

Известно решение по заявке №95117362 от 1997.10.27, МПК B 28 D 1/00, Е 21 В 7/18, “СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ И ОБРАБОТКИ МИНЕРАЛЬНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ”, включающий воздействие на структуру материала термодинамической энергией газовых струй, формируемых при сжигании топливных компонентов, отличающийся тем, что разрушение минеральной среды ведут направленными импульсными концентрированными ударными струями, которые вырабатывают различными по длине от точки формирования струи до контакта с преградой, при этом струи формируют из бинарной смеси, составленной из жидких компонентов, скорость и силу ударного воздействия струй регулируют путем подбора массы и соотношения компонентов бинарной смеси.

Однако данное решение имеет относительно сложное и дорогое конструктивное и технологическое обеспечение взрывных работ, длительные сроки проведения, повышенную трудоемкостъ, материалоемкость, временные и финансовые затраты, недостаточную экологичность и качество проводимых работ.

Также известно решение по заявке №98116235/02,от 2000.06.20, МПК F 42 D 3/02, E 04 G 23/08, “КВАЗАР-СПОСОБ ДЕМОНТАЖА ЗДАНИЙ, СООРУЖЕНИЙ И СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ”, состоящий в размещении зарядов взрывчатого вещества (ВВ) на объекте, организации электровзрывной цепи и подрыве зарядов, отличающийся тем, что в качестве зарядов ВВ используют удлиненные заряды направленного (кумулятивного) действия, масса ВВ которых (как твердого, так и жидкого агрегатного состояния) распределена по длине заряда, например, удлиненные кумулятивные заряды (УКЗ) или их

аналоги, которые размещают по контуру обрушаемого объекта в одну или несколько непрерывных или прерываемых в отдельных мостах нитей зарядов внутри и/или снаружи объекта в нижней его части на высоте в пределах линии окон первого этажа, причем при использовании зарядов внутри объекта их размещают либо в помещениях первого этажа на высоте существующих в межкомнатных (межквартирных) перегородках (стенах, панелях) отверстий (каналов, проходов) для наружной системы отопления (батарей отопления.

Однако данное решение имеет относительно сложное и дорогое конструктивное и технологическое обеспечение взрывных работ, недостаточную безопасность, экономический эффект, длительные сроки подготовки и проведения, повышенную трудоемкость, материалоемкость, временные и финансовые затраты, недостаточную экологичность и качество проводимых работ.

Известно также решение по патенту №2107889, 1998.03.27, МПК F 42 D 3/02, “СПОСОБ ОБРУШЕНИЯ СООРУЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ”, включающий разрушающее воздействие на элементы сооружения детонационной волной и расширяющимися продуктами взрыва, образующимися при взрыве заряда взрывчатого вещества, причем в качестве взрывчатого вещества используют горючую газовую смесь, при этом горючую газовую смесь получают путем смешивания во взрывоспособном соотношении горючего газа и газа-окислителя; горючую газовую смесь получают на месте ее применения; горючую газовую смесь получают при стехиометрическом соотношении горючего газа и газа-окислителя.

Устройство для обрушения сооружений, содержащее открытую с одной или нескольких сторон зарядную камеру и инициатор детонации взрывчатого вещества, причем оно снабжено трубопроводной арматурой подачи в зарядную камеру компонентов горючей газовой смеси и одной или более диафрагмами, сочлененными с зарядной камерой и герметично изолирующими ее внутренней объем от окружающей среды, при этом каждая из диафрагм имеет прочность на разрыв много меньше прочности на разрыв зарядной камеры.

По мнению заявителя данное решение может рассматриваться в качестве прототипа к заявленному.

Техническая задача состоит в упрощении и удешевлении конструкции и технологии обеспечения взрывных работ, повышении безопасности, экономического эффекта, в сокращении сроков подготовки и проведения, снижении трудоемкости, материалоемкости, временных и финансовых затрат, в повышении экологичности и качества проводимых работ, за счет повышения эффективности разрушения крупных фрагментов и снижения дальности разбрасывания осколков, путем оптимизации градиента скорости нарастания мощности взрыва.

Указанная техническая задача решается посредством использования совокупности существенных признаков предложенного решения:

Способ проведения взрывных работ, включающий подачу в герметизирующую оболочку, размещенную в ограниченном объеме пространства, горючего газа и газа-окислителя, в качестве которого используют кислород или воздух, с образованием взрывчатой газовоздушной смеси стехиометрического состава, инициирование взрыва газовоздушной смеси, при этом

герметизирующую оболочку выполняют эластичной в виде полиэтиленового пленочного изделия, а в качестве горючего газа используют пропан, бутан, метан или смесь этих горючих газов, причем

- инициирование взрыва газовоздушной смеси производят посредством подрыва инициирующего заряда взрывчатого вещества в виде тротиловой шашки, массой не менее 200 г;

- инициирование подрыва тротиловой шашки производят зажигательной трубкой промышленного изготовления ЗТП-50 или электродетонатором;

- при образовании взрывчатой газовоздушной смеси контролируют ее состав газовым детектором;

- контроль состава взрывчатой газовоздушной смеси осуществляют газосигнализатором, а также

устройство для проведения взрывных работ, включающее размещенную в ограниченном объеме пространства герметизирующую оболочку для взрывчатой газовоздушной смеси и связанные с ней подающие трубопроводы горючего газа и газаокислителя, в качестве которого использован кислород или воздух, инициатор взрыва газовоздушной смеси, причем герметизирующая оболочка для взрывчатой газовоздушной смеси выполнена эластичной и представляет собой полиэтиленовое пленочное изделие, а в качестве горючего газа применяются пропан, бутан, метан или смесь этих горючих газов; при этом

- в качестве инициатора взрыва газовоздушной смеси использован инициирующий заряд взрывчатого вещества в виде тротиловой шашки, массой не менее 200 г;

- для инициирования подрыва тротиловой шашки устройство снабжено зажигательной трубкой промышленного изготовления или электродетонатором;

- для контроля состава взрывчатой газовоздушной смеси при ее образовании устройство снабжено газовым детектором;

- в качестве газового детектора использован газосигнализатор.

Следует отметить, что использование приведенной совокупности признаков обеспечивает повышение эффективности разрушения крупных фрагментов путем оптимизации градиента скорости нарастания мощности взрыва, вследствие использования смеси стехиометрического состава горючих газов: пропан, бутан, метан с газом-окислителем.

А именно, в начальный момент взрыва градиент скорости достигал максимума, затем резко падал и на протяжении 70-80% общего времени взрыва оставался близким к нулю, то есть приращение скорости практически отсутствовало и разрушаемые объекты, получив первоначальный мощный удар, в дальнейшем “как бы раздвигались” постоянной силой.

Эффективность разрушения крупных фрагментов увеличивалась на 20-35%; дальность разбрасывания осколков, соответственно, уменьшалась на 50-60%.

При этом за счет повышения эффективности снижался до 10-15% расход горючих газов.

Использование полиэтиленового пленочного изделия обеспечивает повышение эффективности взрыва, поскольку обладая свойствами эластичности и равномерности перераспределения нагрузок, срабатывает на разрыв практически одновременно и в местах контакта с концентраторами напряжений (выступами обломков) и вне их.

Описание устройства и его работы поясняется чертежом.

Устройство состоит из источника горючего газа, например, баллона с пропаном 1, соединенного через понижающий редуктор 2 и резиновый шланг 3 с эластичной, например, полиэтиленовой, оболочкой 4. Внутри оболочки 4 размещены зажигательная трубка 5, смесь, например, пропана с воздухом 6, заряд ВВ, например, тротиловая шашка 7, газосигнализатор 8, источника газа-окислителя, например воздуха - компрессор 9.

Конструкции ветхих зданий, сооружений, а также оказавшихся в аварийном состоянии в результате различных чрезвычайных ситуаций (ЧС), требуют их обрушения.

Среди существующих способов обрушения основными являются: механизированный и взрывной. На практике они трудоемки и требуют значительных материальных и финансовых средств.

Для предупреждения и ликвидации ледовых заторов, защиты мостов и гидротехнических сооружений также применяют взрывные работы. Указанные работы оказывают отрицательное действие на организмы, населяющие водоемы.

Предлагаемый способ характеризуется тем, что в качестве взрывного устройства используют энергию взрыва газовоздушной смеси (ГВС) - 7, например, пропан - воздух стехиометрического состава, закачанную в эластичную оболочку 4.

Оптимальным решением согласно предложенного изобретения является смесь горючих газов: пропана, бутана, метана с окислителем, однако для наглядности можно рассмотреть применение одного из них, например пропана в смеси с воздухом.

В качестве источника инициирования взрыва применяется заряд взрывчатого вещества 7 (например, тротиловая шашка).

Таким образом, эластичная оболочка с ГВС различной вместимости размещается в предполагаемом для разрушения помещении или подо льдом.

В результате инициирования взрыва ГВС происходит физико-химическая реакция:

С₃Н₈+5(O ₂+3N₂)=3CO₂+4H₂O+188N ₂+q,

а следовательно, нарастание давления как следствие достижения детонации. Давление на строительные конструкции может достигать до 2 МПа, а с учетом отражения до 10 МПа. Механическое действие продуктов детонации - дробление и деформация строительных конструкций или льда.

Нужно учесть, что стоимость пропана (а также бутана и метана) чрезвычайно мала по сравнению со стоимостью эквивалентного (по теплоте взрыва) количества тротила, а подготовительные работы в сравнении с известными способами требуют незначительных трудозатрат, то есть очевидна экономическая эффективность предлагаемого способа. Воздействие на окружающую среду и, в частности, на ихтиофауну взрывов ГВС сводится к минимуму.

Взрывное устройство предполагает использование энергии взрыва ГВС стехиометрического состава (пропан 4%, воздух 96%), закачанную в эластичную оболочку.

Сущность взрыва заключается в дроблении и разрушении, например, строительных конструкций зданий и сооружений путем управления детонацией ГВС.

Давление на фронте детонационной волны в газовых смесях может достигать 2 МПа, а при взаимодействии с конструкциями в помещениях вследствие многократных отражений - доходить до 10 МПа. Подготовка взрывного устройства на основе ГВС может занимать несколько десятков минут.

В качестве горючего компонента предусматривается применять, например, сжиженный пропан (пропан, бутан, метан). Окислителем может быть чистый кислород или воздух. Закачка эластичной оболочки может осуществляться парами сжиженного пропана под давлением из баллона и воздухом с помощью компрессора. Эластичным материалом оболочки может служить полиэтиленовая пленка. В качестве средства инициирования взрыва применяются зажигательная трубка промышленного изготовления ЗТП-50 или электродетонатор, во взаимодействии с тротиловой шашкой, массой не менее 200 г. В качестве газового детектора применяется газосигнализатор типа “Пушок”. Так, при проведении взрывных работ до инициирования подрыва тротиловой шашки зажигательной трубкой промышленного изготовления ЗТП-50 или электродетонатором необходимо обеспечить контроль за вариабельностью подачи каждого из компонентов, как составляющих из горючих газов, так и составляющих из газов-окислителей.

Соответственно, при образовании взрывчатой газовоздушной смеси контролируют ее состав газовым детектором, имеющим настройки по параметрам каждого из используемых газов как в аналоговом, суммирующем режиме, так и в дискретном, с выборкой по каждому из компонентов.

При проведении контроля состава взрывчатой газовоздушной смеси при помощи газосигнализатора, кроме детектируемых показателей состава, имеется возможность задания и отслеживания определенных заданных интервалов с выдачей сигналов об отклонениях в режиме предупреждения и в режиме опасных ситуаций.

Указанные операции контроля проводятся на всех этапах подготовки, проведения и завершения взрыва.

В результате анализа данных и сопоставления причинно-следственных связей от варьируемых исходных параметров до результирующих практических эффектов с учетом конкретики каждой реальной ситуации появляется возможность выбора оптимальных параметров проведения взрывных работ.

Вследствие использования предлагаемого решения, например, аварийные жилые и производственные здания, сооружения разрушаются полностью.

Проведенный анализ существующих способов и экспериментальные модельные исследования показали осуществимость и эффективность способа.

Например: при проведении эксперимента были исследованы две железобетонные трубы диаметром 400 мм и длиной 3000 мм. Толщина стенок 50 мм.

Внутрь одной трубы была помещена тротиловая шашка, а выходные отверстия были закрыты фрагментами железобетонных плит. В результате взрыва конструкция трубы была разрушена, однако фрагменты обломков по размеру оказались крупными, арматура во многих местах не перебита.

В другую трубу была помещена полиэтиленовая оболочка с пропано- бутано-метано-воздушной смесью стехиометрического состава объемом 0,59 м³. Источник инициирования взрыва - тротиловая шашка с ЗТП-50. Концентрация ГВС определялась с помощью газосигнализатора “Пушок”. Входные отверстия трубы были также закрыты. В результате взрыва фрагменты обломков оказались размерами до 5 см, арматура полностью разрушена.