Направленный взрыв

НАПРАВЛЕННЫЙ ВЗРЫВ (а. directional blast; н. gerichtete Explosion; ф. tir dirige; и. explosion dirigida) — взрыв одного или нескольких зарядов взрывчатых веществ, при котором выбрасываемая горная порода перемещается в заранее заданном направлении и на заданное расстояние.

Направленный взрыв основан на том, что при взрыве горная порода перемещается по направлению линии наименьшего сопротивления (ЛНС), т.е. по кратчайшему расстоянию между зарядом и свободной поверхностью разрушаемой горной породы. Это обусловлено тем, что в начале стадии взрыва генерируемая им взрывная волна распространяется симметрично во все стороны, затем, отражаясь от свободной поверхности в виде волны разрежения, приводит примыкающую к свободной поверхности среду в движение в направлении, перпендикулярном этой поверхности. Движущаяся к центру взрыва волна разрежения, встречаясь с расширяющейся навстречу ей газовой полостью, изменяет её симметричное увеличение, и с этого момента газовая полость расширяется в направлении к свободной поверхности, что увеличивает скорость перемещения выброса породы до тех пор, пока продукты взрыва из газовой полости не прорвутся через разрушающийся на отдельные куски массив.

Характер разлёта кусков породы существенно зависит от формы заряда взрывчатых веществ. Для сосредоточенного заряда (например, сферического и цилиндрического) наибольшее значение скорости выброса наблюдается в направлении ЛНС. По мере отклонения от этого направления скорость выброса уменьшается, а на границе образующейся при взрыве воронки она становится равной нулю. Взрыв плоского заряда (параллельного свободной поверхности) выбрасывает расположенные над ним горные породы по направлениям, перпендикулярным к свободной поверхности.

Количественно направленный взрыв характеризуется коэффициентом направленности выброса n, который является отношением объёма породы, перемещённой в заданном направлении, ко всему выброшенному взрывом объёму. Коэффициент n зависит от способа направленного взрыва и при оптимальных условиях может достигать 0,9. При любом способе направленного взрыва дальность перемещения выброшенной породы зависит от удельного расхода взрывчатых веществ, угла наклона свободной поверхности к горизонту и свойств горной породы. Наибольшая дальность перемещения породы при одинаковом удельном расходе взрывчатых веществ достигается при угле наклона свободной поверхности около 45°.

Направленный взрыв осуществляется посредством: использования соответствующей для данных условий формы зарядов взрывчатых веществ; выбора благоприятной ориентации по отношению к заряду свободной поверхности, естественно или искусственно образованной (например, взрывом); применения последовательного взрывания зарядов взрывчатых веществ.

Различают направленные взрывы на выброс (когда центр массы взрываемого объёма горной породы находится ниже центра массы этого же объёма, упавшего на свободную поверхность) и на сброс (при обратном расположении этих центров масс). Схема развития направленного взрыва на выброс показана на рис. 1, а, б, в.

При взрыве клиновидного заряда А, расположенного под углом р к горизонтальной свободной поверхности (рис. 1, а), удаётся достичь выброса в левую сторону практически всей горной породы, расположенной над зарядом А. При последующем взрыве заряда В, образованного сочетанием плоского (в его нижний части) и клиновидного (в его верхней части) зарядов, благодаря искусственно созданной свободной поверхности, возникшей после взрыва клиновидного заряда А, значительная часть горной породы также перемещается в левую сторону, а в пределах образованной взрывом выемки остаётся невыброшенной некоторая часть горной породы. Это объясняется т.н. краевым эффектом, заключающимся в том, что на нижнем торце заряда В направление скорости выброса отклоняется от оптимального направления VB. При применении последовательного (например, слева направо) взрывания системы камерных или цилиндрических зарядов (рис. 1, б) с интервалом времени t, не превосходящим некоторого для данных условий критического значения tкp, газовые полости нескольких соседних зарядов сливаются и горизонтальная свободная поверхность наклоняется на угол р. Величина tкp определяется таким образом, чтобы взрыв последующего заряда в основном завершился до прорыва газов в атмосферу от взрыва предыдущего заряда. В дальнейшем выброс горной породы в основном происходит в правую сторону перпендикулярно новому направлению свободной поверхности, т.е. по направлению вектора скорости VB под углом р к вертикали. Этот угол определяется по формуле

где Vn — средняя скорость инициирования зарядов, равная а/t,

а — расстояние между зарядами,

t — интервал времени между последовательными взрывами.

При той же очерёдности взрывания зарядов (слева направо), но при условии t>tкp, основная часть взорванной породы перемещается в левую сторону (рис. 1, в). Это объясняется тем, что при взрыве первого заряда выброс породы происходит симметрично в правую и левую стороны. При последующем взрыве второго заряда выброс в основном происходит в сторону свободной поверхности, образованной при взрыве первого заряда. Одновременно взрыв второго заряда перемещает и некоторую часть породы, которая при первом взрыве переместилась в правую сторону. Аналогичный механизм выброса происходит при взрыве третьего заряда и т.д.

Направленный взрыв на сброс используется для создания крупных плотин, дамб, перемычек на реках и т.п. В этом случае применяют систему скважинных зарядов (рис. 2, а) либо один или несколько камерных зарядов (рис. 2, б).

Направленный взрыв на сброс в сравнении с направленным взрывом на выброс при одинаковом объёме сброшенной горной породы характеризуется значительно меньшим количеством взорванного взрывчатого вещества и более прост в практическом осуществлении, т.к. горная масса перемещается в сторону наклонной или вертикальной свободной поверхности. Механизм движения горной породы при взрыве на сброс тот же, что и при взрыве на выброс.

В разработку теории и расчёта направленного взрыва внесли вклад советские учёные М. А. Садовский, М. А. Лаврентьев, Н. В. Мельников, Г. И. Покровский, М. М. Докучаев, К. Е. Губкин. Направленный взрыв в CCCP широко применяется при строительстве различных гидроэнергетических сооружений и вскрытии месторождений полезных ископаемых, взрывной отбойке и т.п. При помощи направленного взрыва на сброс осуществлена реконструкция Волго-Исадского рукава реки Ока (1931), созданы плотины на реке Терек (1958) и опорная призма верхнего откоса плотины Нурекского гидроузла на реке Вахш (1966). В 1966 направленным взрыом (масса взрывчатых веществ 5000 т) на сброс впервые в мировой практике воздвигнута грандиозная селезащитная плотина (высота около 100 м) в урочище Медео (близ г. Алма-Ата).