ВИБУХОВА ТЕХНОЛОГІЯ (а. Blasting technology; н. Schie ß technologie; ф. Technique du tir, technique de l'explosion; і. Tecnica de explosion) - цілеспрямоване руйнування, переміщення, зміна структури і форми природних ( гірські породи , Лід, деревина) і штучних (метали, пластмаси, бетон і т.п.) матеріалів, яке здійснюється за рахунок енергії вибуху . Як енергоносіїв використовуються в основному хімічні вибухові речовини , Іноді також стиснене повітря, електричний розряд і ін.

Загальні відомості. Управління процесом при вибуховий технології здійснюється: дозуванням енергії в заряді вибухової речовини; регулюванням амплітуди і тривалості імпульсу вибуху за рахунок зміни агрегатного стану вибухової речовини або використання зарядів з демпфирующим повітряним проміжком; геометрією розміщення системи зарядів в просторі; застосуванням різних способів і послідовності ініціювання окремих зарядів з метою їх раціонального взаємодії. Основні особливості вибуховий технології - з'єднання в заряді вибухової речовини функцій енергоносія і робочого органу, швидкість протікання процесу, високі потужності. Вибухова технологія характеризується підвищеною небезпекою (виникнення повітряної ударної хвилі, сейсмічного впливу, розліт руйнується середовища, утворення шкідливих газоподібних продуктів детонації), що вимагає дотримання спеціальних правил безпеки (див. Вибухові роботи ).

Область застосування. Основні обсяги застосування вибухової технології припадають на гірнича справа і будівництво, де за допомогою вибуху проводиться дроблення матеріалів (головним чином масивів гірських порід), їх ущільнення, напрямок переміщення, вивчення будови земної кори , Гірничо-розвідувальні роботи на родовищах корисних копалин - проходка канав, шурфів , штолень , стовбурів і т.п. Вибухова технологія успішно впроваджена для обробки металів (для зварювання, штампування, зміцнення та ін.) І застосовується в багатьох інших областях техніки (енергія вибухової речовини пускає в хід інструмент, що дозволяє розщеплювати або розрізати кабелі, пробивати отвори, клепати, гравірувати на металах). Вибухом гасять лісові та торф'яні пожежі, розкидають органічні добрива на полях. Під дією ударної хвилі полимеризуются іонні і радикальні мономери, а також мономери, що не піддаються полімеризації іншими методами (наприклад, діфенілацетілен).

Дроблення матеріалів вибухом. При дробленні, як правило, використовують поєднання місцевих і загальних форм роботи вибуху (отбойка гірських порід в кар'єрах і шахтах , проходка гірничих виробок , Руйнування фундаментів і ін.); рідше використовується лише місцева форма (перебивання металевих, залізобетонних конструкцій, валка дерев і т.п.). Форма роботи вибуху регулюється зміною співвідношення між запасом енергії заряду вибухової речовини і його видаленням від вільної поверхні; якщо воно вкрай мало, то за рахунок бризантного дії має місце подрібнення, стиснення, ущільнення речовини з утворенням камуфлетной порожнини. При деякому його збільшення досягається дроблення породи до вільної поверхні без розкиду; при подальшому збільшенні ступінь дроблення зростає, але в ще більшій мірі зростають витрати енергії на переміщення шматків, збільшуються втрати енергії в повітряної ударної хвилі. Основний метод підривання гірських порід при відкритої і підземної розробки - скважинная отбойка, рідше застосовують методи шпурових зарядів , котельної заряд і камерних зарядів .

При проведенні підземних гірничих виробок і для видобутку штучного каменю використовують шпурові заряди. Інтенсифікація дроблення порід досягається застосуванням раціональних схем уповільненого відривання, зарядів з повітряними проміжками і внутрішньосвердловинним вповільнень, залишенням підпірної стінки з раніше висадженої породи. У шахтах, небезпечних за газом та пилом, використовують струсне і безполуменеве підривання . Для підвищення стійкості гірничих виробок, наближення контуру виробки до проектного застосовують контурне підривання . Значні обсяги припадають на розпушування скельних порід при підриванні шпурових, свердловинних і камерних зарядів для утворення профільних виїмок для інженерних споруд і будівель (рис. 1), залізничних і автомобільних магістралей, кабельних ліній і трубопроводів , Каналів гідроелектростанцій та ін.

Особливе місце займають будівництво підводних траншей і днопоглиблювальні роботи, які зазвичай проводяться за допомогою накладних, шпурових і свердловинних зарядів. За допомогою вибуху в скельних породах утворюють виїмки для опор ліній електропередач (рис. 2), опускних колодязів і т.п.

Значні обсяги робіт виконуються з вибухової дроблення негабаритів і валунів. Підриванням руйнують крижаний покрив (рис. 3), великі пливуть крижини, ліквідують затори льоду.

Метал дроблять методом зовнішніх (рис. 4) або шпурових зарядів з використанням високобрізантних вибухових речовин.

Вибухова технологія використовується для дроблення шлаків, вогнетривкої кладки при поточних і капітальних ремонтах доменних печей і ліквідації аварій . Широко застосовують вибуховий обвалення будівель і промислових споруд шляхом одночасного підривання комплекту невеликих шпурових зарядів вибухових речовин, що руйнують нижню частину стін по всьому периметру обвалюються споруди (рис. 5).

У період завершення будівельних робіт на гідротехнічних об'єктах вибухом на розпушування руйнують ґрунтові або скельні перемички. Вибуховою спосіб ефективно застосовують для розпушування моренних ґрунтів (зцементовані піски з включеннями валунів) і мерзлих грунтів (при глибині промерзання понад 0,8-1 м). Мерзлі грунти дроблять шпуровими, свердловинними, котловими, малокамернимі (рис. 6) і щілинними зарядами.

Вибухом рихлять злежалі матеріали - кухонну сіль, мідний купорос, пек та ін. Забороняється розпушування матеріалів (наприклад, селітри), в яких може виникнути детонація. Розпушування проводиться в штабелях, складських приміщеннях, напіввагонах.

Ущільнення стискаються порід вибухом. У пластичних гірських породах (наприклад, глинах ) Динамічна вибухова навантаження призводить до необоротного їх стиску. Це відбувається в основному завдяки перепакування частинок скелета. Практичне застосування вибухового ущільнення нескельних порід дуже різноманітне. За допомогою вибуху, який стискає грунт, споруджують гірничі виробки без вилучення породи. Отримані порожнини в надрах використовують як шурфи для розвідки родовищ, стовбури для вентиляції неглибоких шахт, сховища для нафти , газу , Ємності для захоронення шкідливих промислових відходів і т.п. Для утворення циліндричної вироблення по її осі бурять свердловину, яку заповнюють вибуховими речовинами на всю довжину і підривають. Вироблення еліптичної форми отримують підриванням двох паралельно розташованих подовжених зарядів. Для освіти сферичної порожнини підривають зосереджений заряд. При будівництві доріг через торф'яні болота за допомогою вибуху виробляють посадку насипів на мінеральне дно боліт . У момент вибуху трясовина під піщаної відсипання віджимається в сторони - насип опускається на мінеральне дно.

Ефективним засобом збільшення міцності підстав споруд є вибуховий ущільнення просадних і водонасичених незв'язаних грунтів. Розрідження грунту відбувається через зникнення значної частини контактів між частинками скелета після проходження хвилі стиснення. Через певний час (години, дні) після розрідження вибухом починається консолідація твердих частинок і ущільнення грунту. З формується при цьому осаду витісняється вода, і він набуває стійку структуру. Використовуючи ці властивості ґрунтів, будують земляні споруди в заболочених районах.

При ущільненні вибухом просадних грунтів (супіски, суглинки, галечник і т.п.) застосовують методи глибинних, поверхневих і підводних вибухів (рис. 7).

За допомогою вибуху змінюють фільтраційні властивості ґрунтів, що особливо важливо для іригаційних споруд (наприклад, зменшення в кілька разів швидкості фільтрації в руслах, складених супісками, суглинками, галечниками). За рахунок розпушування грунтів вибухом збільшується їх проникність, що використовується для відновлення водовіддачі водоносних горизонтів через свердловини, плантажа грунтового шару. Для відновлення водовіддачі безнапірних водоносних горизонтів і підвищення продуктивності нізкодебітних свердловин застосовують вибухові торпеди, що виготовляються з детонуючого шнура в водонепроникною оболонці (див. торпедування свердловин ). Для термогазохіміческой обробки продуктивних пластів спалюють порохові заряди. Освічені вибухом тріщини сприяють регулювання вмісту води в грунті.

Спрямоване переміщення порід вибухом застосовують в основному для освіти гребель, перемичок, водосховищ, каналів, траншей, насипів. Енергія вибуху використовується на переміщення значних обсягів гірських порід, напрямок і дальність якого визначаються масою зарядів вибухових речовин, їх конструкцією, геометрією розміщення у вибухає масиві, часом уповільнення і ін. За рахунок прискорення вільного падіння і тиску обвалюються породи досягається висока щільність ядра майбутньої споруди, забезпечує його механічну і фільтраційну стійкість і довговічність. Розрізняють вибухи на викид і на скидання (докладніше дивіться в статті спрямований вибух).

Обробка металів вибухом. Імпульсні вибухові навантаження дозволяють реалізувати при обробці металів фізичні явища, які не використовуються в традиційних технологіях зварювання, штампування, зміцнення, різання, пробивання виробів. Вибухом зварюють багато однорідні і різнорідні метали, при цьому отримують з'єднання металів і сплавів, що не зварюються між собою відомими методами ( алюмінію з нержавіючої сталлю, міді зі свинцем та ін.). Високошвидкісне зіткнення твердих тіл при зварюванні вибухом супроводжується процесом хвилеутворення на поверхні контакту. При зіткненні зварюються плит (під певним кутом) поверхня очищається за рахунок того, що тонкий шар забруднюючих поверхню частинок несеться виникають газовим потоком. Це підвищує якість зварного шва. У найпростішій схемі зварювання металів вибухом дві пластини встановлюють на деякій відстані один від одного під певним кутом (рис. 8).

Нижню пластину міцно зміцнюють на опорі, а на верхню (іноді з будь-яким інертним подслоем) поміщають шар вибухової речовини. Максимальна мікротвердість при зварюванні вибухом досягається не на поверхні зіткнення, де зазвичай відбувається волнообразованіе, а на деякій відстані від поверхні зварного шва. Зварювання вибухом застосовують для з'єднання плоских, трубчастих і стрижневих деталей, а також для отримання багатошарових матеріалів і деталей (наприклад, підшипникових втулок з біметалевих мідних антифрикційних сплавів з тонким шаром мідного сплаву) і композиційних матеріалів з чергуванням твердого та м'якого шарів.

Вибухом можна формувати вироби практично необмежених розмірів. В одну операцію проводять штампування з відбортовкою, пробивкой отворів і т.д. Використання енергії вибуху для штампування привело до значної модернізації обладнання, дозволило створити принципово нові методи металообробки (наприклад, підводний штампування вибухом). Заготівлю зазвичай поміщають на матрицю, фланець зміцнюють за допомогою притискних пристроїв, а заряд вибухової речовини розміщують в певному положенні над заготівлею (рис. 9).

Потім матрицю з зарядом і заготівлею опускають в передавальну середу і підривають заряд. Під дією ударної хвилі заготівля починає деформуватися в напрямку матриці. Вибух створює високі швидкості навантаження і деформації штампувало металу, що сприяє поліпшенню його механічних властивостей. За допомогою вибуху можна отримувати деталі складної форми зі ступенем точності, в ряді випадків недосяжною для звичайних методів; з'єднання металів мають високу міцність і істотні переваги перед сполуками, отриманими звичайними методами.

Зміцнення металів вибухом відбувається при поширенні в них досить сильних ударних хвиль. В одному випадку це пов'язано з поліпшенням кристалічної структури металів, в іншому - зі збільшенням дефектів кристалічної решітки тендітних матеріалів. В CCCP вибух застосовують для зміцнення деталей дробарок, гусеничних траків, зубів ковшів екскаваторів і інших деталей. Обробка вибухом зварних швів тонкостінних оболонок з високоміцних сплавів багаторазово зменшує внутрішнє напруження в зоні шва, підвищує зносостійкість. Вибуховою спосіб придатний для пресування виробів з металевих і неметалевих порошків.

Великі тиску при вибуху вибухових речовин використовуються в промисловості для різання і пробивання листового металу, товстих плит і смуг. Це досягається пробивкой отворів вибухом кумулятивних зарядів, контактної різкою за допомогою контурних зарядів, різкою за допомогою листових і шнурових вибухових речовин, що накладаються на заготовку. Для отримання отворів в листових машинобудівних деталях і заготовках застосовують контурні заряди; при утворенні отворів в днищах зазвичай використовують зосереджені заряди сферичної форми. Посилити місцеву дію вибуху можна за допомогою кумулятивного заряду . Підриванням зарядів вибухової речовини розрізають рухається холодний і гарячий метал в лінії прокатних станів.

Історичний нарис. Першим відомим практичним застосуванням енергії вибуху для руйнування масиву гірських порід стало підривання підземних порохових зарядів - прообразу камерних зарядів вибухової речовини. Найбільш рання згадка про підземні порохових зарядах відноситься до часу облоги Белграда (1440). У Росії порох відомий з 1389, перші потужні підземні заряди були підірвані в 1552 при облозі Казані. Підземно-мінна війна успішно велася російськими в 1581-82 під Псковом під час облоги його Стефаном Баторієм, в 1610 - в Смоленську. У 1548-72 російський фахівець Микола Тарло підриванням порохових зарядів розчистив фарватер річки Німан. Історія застосування вибуху в гірничій справі починається з 8 лютого 1627, коли тіролець К. Байдель успішно використовував порохові заряди в шпурах для проходки Верхнебобровой штольні на руднику "Банська-Штявница" в Словаччині. За допомогою цього методу велися підземні гірничі роботи в Австрії, Швеції, Німеччини, а з 1670 - в інших державах Європи. У 1687 вперше була виконана забойка у вигляді дерев'яної пробки.

Бурові машини дозволяли до кінці 17 ст. бурити шпури до глибини 1-1,5 м, що призвело до збільшення заряду вибухової речовини і застосування глиняної набійки натомість коркової. Використання пороху для дроблення гірських порід в рудниках (так звані порохострельние роботи) поклало кінець примітивної вогневої, кіркової і клиновий роботі по відділенню скельних порід від масиву. У гірській промисловості Росії порох спочатку використовувався для видобутку руд, вугілля руйнувався обушком і кайлом. На початку 19 ст. отбойка за допомогою порохових зарядів поширюється на кам'яно-вугільні шахти. Розвитку вибухового способу відбиття гірських порід сприяло винахід російським ученим П. Л. шилінгів електричного способу підривання зарядів вибухової речовини (1812) і англійським ученим У. Бікфорд вогнепровідного шнура (1831). Великомасштабні вибухи за допомогою так званих велетенських хв (камерних зарядів масою в десятки т вибухової речовини) для відбивання будівельного каменю в кар'єрах вперше були застосовані у 2-й половині 19 ст. Одночасно відбивалося від масиву до 100 тисяч м3 скельних гірських порід, які використовувалися для зміцнення берегів і споруди молів в гаванях Середземного моря. В Фріулі в 1851 і 1857 були підірвані порохові камерні заряди загальною масою 32 т пороху, що дозволило відбити 100 тисяч м3 породи. Удосконалення вибуховий технології було тісно пов'язане з розробкою нових вибухових речовин і засобів буріння.

На початку 60-х рр. порох витісняється новими вибуховими речовинами (в першу чергу рідким нітрогліцерином ), Заряджання яким було небезпечно через його високу чутливість і великих технологічних труднощів (особливо в тріщинуватих породах). Значне розширення обсягів вибухових робіт в гірських породах пов'язано з винаходом в 1865 в Росії гремучертутного мідного капсули-детонатори (Д. І. Андрієвський) і в 1867 динаміту в Швеції (А. Нобель). З 1871 динаміт застосовувався в Росії для видобутку цинкових руд і кам'яного вугілля. Завдяки використанню динаміту стало можливе будівництво перших великих тунелів в Альпах: Мон-Сеніского (12 км), Сен-Готардського (15 км) та ін. У 1876-85 в США в Нью-Йоркській гавані проведені великомасштабні вибухові роботи (в тому числі підводні ) для знищення рифів. В одному з вибухів сумарна маса вибухових речовин в 3680 свердловинах склала 23,6 т при середній витраті 0,47 кг / м3.

У 1879 французький навчань Месен предложили в якості засоби вісадження шнур з серцевини з зернённого піроксіліну, что з'явився прообразом сучасного детонуючого шнура. В кінці 19 століття на нафтових промислах Росії були проведені вибухові роботи у свердловинах (торпедування) з метою збільшення нафтовіддачі пластів. У 1912 на промислі "Чемпіон" інженер Г. Невський вперше застосував вибуховий метод збільшення дебіту нафти. Збільшення інтенсивності та масштабів гірського виробництва на початку 20 ст., Особливо з розвитком відкритого способу розробки, зажадало збільшення глибини закладення і величини зарядів вибухової речовини; для цього донну частину глибоких (5-6 м) шпурів розширювали вибухами невеликих зарядів до додання їй форми котла місткістю в кілька десятків кг (так звані котлові заряди, застосовані в 1913 при добуванні залізних руд в Криворіжжі). У цей період на кар'єрах США для розміщення зарядів вибухових речовин починають використовувати свердловини діаметром 150-190 мм, глибина 10-15 м, пробурені ударно-канатними верстатами.

У 1913 в США запропоновано вивчати будову земної кори за допомогою відбитих сейсмічних хвиль, порушуваних вибухом; в 1919 для цих же цілей Л. Мінтроп (Німеччина) запропонував використовувати переломлених хвилі (див. сейсмічна розвідка ). У 1924 в Кіркенесі (Норвегія) був проведений один з перших великих вибухів камерного заряду масою 50 т, яким було відбито 350 тисяч т руди. У 1924 в Гранд-Каунті (США) за допомогою вибуху вперше була погашена пожежа на газовій свердловині . У 1930 в районі Майкопа вибухом заряду вибухової речовини була погашена пожежа на нафтовій свердловині .

Перетворення вибуховий технології в багатогалузеве науково-технологічний напрямок пов'язано з іменами радянських вчених М. Я. Сухаревського, В. А. Ассонова і ін., Які на початку 20-х рр. організували в Росії проведення великих обсягів вибухових робіт по корчуванню пнів, глибокому розпушування грунту, осушення боліт, виїмці грунтів під фундаменти, видобутку будівельного каменю, руйнування великих металевих виробів, знищення порогів на річках і ін. Зростання масштабів вибухових робіт в CCCP стримувався недосконалістю бурової техніки і її недостатньою кількістю, тому з 1926 на кар'єрах CCCP застосовується метод камерних зарядів з розміщенням великої кількості вибухової речовини (10 т і більше) в підземній гірничій виробці (камері) . Зосереджені заряди в камерах під назвою "мінних" набули широкого поширення і при підземній розробці потужних покладів міцних руд в Криворіжжі (отбойка, посадка ціликів, обрушення стелин). Удосконалення бурових верстатів дозволило збільшити діаметр і глибину свердловин на кар'єрах, перейти від зосереджених камерних зарядів до свердловинним. У CCCP цей метод вперше застосований в 1927 при розробці міцних гранітів на будівництві Дніпрогесу і отримав швидке поширення на кар'єрах; з 1935 метод свердловинних зарядів використовується при підземної розробки потужних рудних родовищ (апатити Кольського півострова і ін.).

У 30-х рр. в CCCP вибухами зарядів на викид вперше в світовій практиці проводилися капітальні траншеї для розкриття родовищ корисних копалин на Подільському кар'єрі, Коркінскіе вугільному кар'єрі і ін., споруджувалися канали, котловани (Н. Н. Богородский, Г. П. Демидюк, Н. Н. Папоротскій, А. Н. Самодуров, Ф. В. Селевцев і ін.). У 1930-40 в CCCP проведено близько 200 вибухів із застосуванням великих камерних зарядів; для цього були виконані роботи з розрахунку сейсмічно безпечних відстаней від місця вибуху (М. А. Садовський). З 1945 на кар'єрах США впроваджується короткоуповільнене підривання зарядів вибухової речовини (вперше здійснене в CCCP К. А. Берліним в 1934 при проходці вертикального стовбура) і створюються електродетонатори з мілісекундними уповільненнями. У 50-60-х рр. в CCCP були розроблені основи вибухового штампування металів (Р. В. Піхтовніков, Ю. С. Навагін, О. Д. Антоненков). У 1954 в США В. Алленом і Г. Абрахамсон був досліджений і запатентований (1964) процес вибуховий зварювання; це явище було відкрито незалежно в 1961 в CCCP (А. А. Дерибас і ін.).

В середині 50-х років порошкоподібні промислові вибухові речовини замінюються в CCCP найпростішими вибуховими речовинами, що не містять вибухових компонентів, а дещо пізніше водонаповнених вибуховими речовинами, що дозволило почати механізацію трудомістких процесів вибухових технологій - заряджання і набійки (див. Зарядна машина, набійки машина) . У 60-х роках проведені фундаментальні роботи по застосуванню повітряних проміжків в свердловинних і камерних зарядах (Н. В. Мельников, Л. Н. Марченко), вивчення та впровадження уповільненого відривання (Г. І. Покровський, Г. М. Кітач, С . А. Давидов та ін.); впроваджується підривання на неприбране гірську масу ( буферне підривання ), Підривання на кар'єрах високих уступів і короткоуповільнене підривання частин розосереджених зарядів в свердловині. У 1930-60-х роках в CCCP розробляються наукові основи і ведуться практичні роботи по ущільненню вибухом грунтів для будівельних цілей (Н. М. Ситий, А. А. Вовк, Г. К. А-н і ін.), Отримують наукове обгрунтування і впроваджуються системи плоских зарядів вибухових речовин (М. А. Лаврентьєв, В. М. Кузнецов, А. А. Чернігівський і ін.), сучасна методика великомасштабних (в тому числі унікальних) спрямованих вибухів (М. А. Лаврентьєв, Г. і . Покровський, М. А. Садовський, Н. В. Мельников, М. М. Докучаєв і ін.). Подальше застосування масових вибухів для будівництва великих кар'єрів, гідротехнічних споруд та протиселевих гребель дозволило розробити раціональні методи розрахунку основних параметрів, організувати роботи по практичному здійсненню таких вибухів (Ф. А. Авдєєв та ін.).