ГЛАВА XXII
МЕТОД КАМЕРНЫХ ЗАРЯДОВ
Сущность метода камерных зарядов заключается в том, что разрыхление или выброс породы осуществляется взрывом сосредоточенных зарядов большого веса, достигающих десятков и даже сотен тонн, помещаемых в специальные горные выработки — камеры. Поэтому такие заряды называются камерными. Подводящие к камерам 1 горизонтальные выработки 2 имеющие выход на поверхность земли, называются штольнями (рис. 145), а вертикальные — шурфами (рис. 146). Если камеры запроектированы на некотором расстоянии от основания шурфов или штолен, то от последних к камерам проходят еще горизонтальные короткие ответвления — ходки 3 (см. рис. 145).
Рис. 145. Расположение выработок при работе в карьерах на обрушение: 1 — камера; 2 — штольня;
3 — ходок
Рис. 146. Расположение выработок при работе в карьерах на обрушение:
1 — шурф; 2 — камера
Выбор типа подготовительных выработок (шурфов, штолен, ходков) зависит от высоты уступа, крутизны откоса, рельефа местности и других причин, определяющих технико-экономическую выгодность того или иного варианта.
Одним из основных недостатков метода камерных зарядов является большая трудоемкость по проходке шурфов, штолен, ходков и камер. Метод камерных зарядов носит также название метода массовых взрывов.
По характеру разрушения и перемещения грунта метод массовых взрывов камерными зарядами делится на следующие разновидности:
- массовые взрывы на обрушение в карьерах (отбойка уступов);
- массовые взрывы на рыхление при проходке траншей и железнодорожных выемок;
- массовые взрывы на выброс.
Метод камерных зарядов имеет большое распространение на строительстве железных дорог СССР, а при разработке глубоких скальных железнодорожных выемок являлся у нас до последнего времени основным.
§ 71. Условия применения и расчет параметров массовых взрывов камерными зарядами
1. Массовые взрывы на обрушение в карьерах.
Отбойка уступов камерными зарядами в карьерах не имеет большого распространения и применяется в том случае, если требуется обеспечить разрыхление больших объемов грунта и не представляется возможным применить скважинный метод взрывания.
Метод камерных зарядов целесообразно применить при высоте уступа более 12—15 м. При этом методе необходимо предварительно мелкими взрывами подработать выступающую обычно нижнюю часть забоя, чтобы по возможности приблизить его к вертикальному. Одним из недостатков этого метода является повышенный выход негабаритных кусков после взрыва.
Расчет параметров взрыва производится в такой последовательности:
- определяется величина линии наименьшего сопротивления;
- определяются вес заряда, объем и линейные размеры зарядной камеры;
- определяется расстояние от бровки уступа до устья шурфа;
- определяется расстояние между центрами зарядов, шурфами или штольнями;
- определяется глубина шурфов или длина штолен.
Величина линии наименьшего сопротивления W определяется по формуле
(71)
где W — величина линии наименьшего сопротивления в м;
Н' — расстояние по вертикали от центра заряда до верхней площадки уступа в м.
Основание зарядных камер обычно располагают на уровне подошвы уступа, поэтому
высоты камеры в м,
где Н — высота уступа в м.
Как видно из рис. 145 и 146, расстояние между шурфами соответствует расстоянию а между центрами зарядов, а расстояние между штольнями d — двум расстояниям между центрами зарядов.
Глубину шурфов определяют по формуле
(77)
где I — глубина шурфа в м;
Н' — расстояние по вертикали от центра заряда до верхней площадки уступа в м;
h — высота камеры в м.
Длина штолен может быть приближенно найдена по формуле
(78)
где lшт — длина штольни в м;
W — линия наименьшего сопротивления в м;
h1 — ширина камеры в м.
Ширина развала породы при камерном методе взрывания на 5— 10% больше, чем при методе скважин.
2. Массовые взрывы на рыхление при разработке траншей и железнодорожных выемок.
При разработке железнодорожных выемок, въездных и разрезных траншей метод камерных зарядов на рыхление применяется в том случае, если разрыхленный взрывом грунт должен быть сохранен в траншее (например для последующей отсыпки смежной насыпи). Метод камерных зарядов целесообразно применять при глубине выемок более 3-5 м, поэтому до массового взрыва торцовые участки выемок до глубины 3-5 м должны быть подработаны методом шпуровых зарядов (рис. 147).
Рис. 147. Использование разрыхленной массовым взрывом породы для отсыпки насыпи
Недостатком метода камерных зарядов на рыхление является:
- повышенный выход негабаритов, что влечет за собой увеличение объема вторичных взрывных работ. Это удорожает взрывные работы и ухудшает использование экскаваторного парка;
- большая трудоемкость проходческих работ.
Учитывая указанные недостатки, следует стремиться при рыхлении в траншеях и выемках заменять камерный метод взрывания скважинным или шпуровым методом.
Расчет параметров взрыва производится в такой последовательности:
- на проектных поперечных профилях выемки или траншеи наносятся центры зарядов и определяют величины линии наименьшего сопротивления (от центра заряда до дневной поверхности);
- определяются расстояния между центрами зарядов и величины ЛНС в каждом ряду;
- определяются вес зарядов, объемы и линейные размеры зарядных камер;
- определяются расстояния между шурфами в ряду и между рядами;
- определяются глубины шурфов.
Центры камерных зарядов размещаются на уровне основания траншеи или ниже его, если техническим заданием на производство массового взрыва разрешается нарушение основания траншеи ниже красных отметок. В противном случае центры камерных зарядов должны размещаться выше уровня основания траншеи на 10—15% ее глубины.
Камерные заряды располагают вдоль оси траншеи в один, два ряда или более. Заряды второго и последующих рядов располагают по возможности в шахматном порядке. Количество рядов зависит от требуемой ширины траншеи понизу и ее глубины.
Расстояние между рядами зарядов приближенно определяют по формуле
(79) где b — расстояние между рядами зарядов м;
т — относительное расстояние между рядами зарядов. Значение т принимают равным от 0,7 до 1,0;
Wср — средняя величина двух соседних линий наименьшего сопротивления (первого и второго рядов) в м.
Расстояние между зарядами в ряду для выемок с продольным уклоном приближенно определяют по формуле
Если известна величина предыдущего заряда, то последующего заряда (рис. 148) вычисляют по формуле
(81)
Величину камерных зарядов Q определяют по формуле
(82) где Q — вес заряда в кг;
К — удельный расход ВВ в кг/м3 (см. табл. 13);
W — линия наименьшего сопротивления в м.
Величину удельного расхода взрывчатого вещества К уточняют в процессе взрывных работ.
Объем зарядных камер VK и их линейные размеры находят по формулам (73) и (74).
Расстояние между шурфами в ряду и между рядами зависит от взаимного расположения камер и шурфов и их линейных размеров. Эти расстояния определяются графически.
Глубину шурфов вычисляют по формуле (77).
- Массовые взрывы на выброс. Массовым взрывом на выброс называется такой взрыв, при котором часть грунта (до 80% и более ) выбрасывается за пределы проектного очертания выемки при одновременном полном или частичном рыхлении грунта, остающегося в пределах ее поперечного профиля.
Различают следующие виды массовых взрывов на выброс:
- взрывы с двусторонним выбросом (рис. 149);
- взрывы с односторонним (направленным) выбросом;
- взрывы на сброс (рис. 150).
В Советском Союзе массовые взрывы на выброс нашли широкое распространение в гражданском строительстве и особенно на строительстве новых железнодорожных линий.
Уже в 1933 г. на строительстве железнодорожной линии в Дальневосточном крае было произведено 14 массовых взрывов на выброс,
в том числе одновременный взрыв 250 т ВВ. Большое количество· массовых взрывов было произведено на строительстве железных дорог Иркутск—Слюдянка, Моинты—Чу, Магнитогорск—Белорецк при сооружении Южно-Сибирской железнодорожной магистрали и на других железнодорожных стройках.
Рис. 149. Массовый взрыв на выброс методом камерных зарядов для образования железнодорожной выемки в скальных породах:
а — момент массового взрыва; б — выемка, образовавшаяся в результате массового взрыва на выброс после выполнения небольшого объема доделочных работ и укладки железнодорожного пути
Метод массового взрыва на выброс целесообразно применять при глубине выемок более 3 м в скальных и нескальных грунтах в тех случаях, когда:
- по распределению земляных масс грунты разрабатываемой выемки подлежат уборке в кавальер;
- стоимость разработки, погрузки и транспорта грунта в насыпь из выемки выше стоимости укладки грунта в насыпь из резервов;
- большой объем грунта выемки сосредоточен иа небольшом участке трассы, где невозможно организовать продольную возку при экскаваторной погрузке, а лобовая разработка значительно удлиняет сроки строительства;
- строительство ведется ускоренными темпами, а выемка или ряд выемок являются «пробковыми», т. е. их разработка землеройными машинами может замедлить указанные темпы;
- требуется в короткие сроки образовать въездные и разрезные траншеи для вскрытия каменных или балластных карьеров.
Рис. 150. Общий вид массового взрыва на сброс для образования железнодорожной полувыемки в скальных породах
Метод массового взрыва на выброс обладает следующими существенными недостатками:
- значительно увеличивается объем выемок за счет необходимого по условиям действия взрыва расширения их поверху;
- увеличивается расход взрывчатых веществ, что приводит к удорожанию стоимости работ;
- большой и интенсивный разброс кусков горной породы в момент взрыва, а также значительное сейсмическое влияние взрыва, представляющее большую опасность для окружающих построек и сооружений. Защита последних от действия взрыва также приводит к удорожанию стоимости работ;
- большая трудоемкость проходческих работ.
Применение массового взрыва на выброс в каждом отдельном случае должно быть обосновано технико-экономическим расчетом. Необходимо также проверить допустимость массового взрыва с точки зрения устойчивости и прочности всех элементов выемки, исходя из геологических и гидрогеологических условий взрываемого массива.
Массовые взрывы с двусторонним выбросом.
Принципиальная схема взрыва двусторонним выбросом изображена на рис. 151. Камерные заряды располагают в один, два и редко в три ряда вдоль оси выемок. Это зависит от требуемой ширины выемки понизу.
Расчет параметров взрыва на выброс производится в той же последовательности, в какой он выполнялся при расчете параметров массового взрыва на рыхление. Центры зарядов располагаются на уровне красных отметок. Если по условиям взрыва не допускается разрушение основания выемки ниже красных отметок, то центры зарядов размещаются выше красных отметок на 10—15% от глубины скальной выемки. Далее в зависимости от заданного процента выброса назначается показатель действия взрыва п.
Рис. 151. Двусторонний выброс:
1 — заряд взрывчатого вещества; 2 — контур теоретической воронки выброса; 3 — проектный поперечный профиль выемки; 4 — контур выемки после взрыва
Значение п берут таким, чтобы раствор теоретической воронки выброса соответствовал по возможности заданному проектному поперечному профилю выемки.
Для предварительных расчетов значение показателя действия взрыва η для однопутных железнодорожных выемок различной глубины, разрабатываемых на участках трассы с нулевым или незначительным поперечным уклоном местности, может быть определено по табл. 34.
Принятый показатель действия взрыва п должен быть уточнен по удельному расходу ВВ на 1 м3 выброса. Этот удельный расход ВВ устанавливают согласно данным опыта ранее произведенных в аналогичных или близких к ним условиях массовых взрывов на выброс.
При трехрядном взрывании значение показателя действия взрыва п для среднего ряда принимают на 0,5 больше, чем для зарядов крайних рядов.
Расстояние между зарядами в ряду определяют по формуле
(83) Таблица 34
Ориентировочные значения η для однопутных некосогорных железнодорожных выемок в скальных грунтах в зависимости от требуемого процента выброса
W — линия наименьшего сопротивления в м; п — показатель действия взрыва.
Объем зарядных камер определяют по формуле (73). Камерные заряды, рассчитанные на выброс грунта, имеют большой вес (до 1 000—1 200 т), поэтому форму и линейные размеры зарядных камер проектируют для каждого заряда в отдельности. Камеры могут иметь кубическую, прямоугольную, крестообразную, Т-образную и другую форму. Коэффициент сосредоточенности камерного заряда, определяемый по формуле (2), не должен быть менее 0,41.
Расстояние между шурфами в ряду и между рядами зависит от сечения шурфов, размеров и формы зарядных камер. Эти расстояния определяются графически.
Глубину шурфов находят по формуле (77).
2) Массовые взрывы с односторонним (направленным) выбросом.
Принципиальная схема взрывания с односторонним (направленным) выбросом изображена на рис. 152.
Камерные заряды располагают вдоль оси выемки не менее чем в два ряда.
Направленность взрыва, т. е. перемещение грунта в нужном направлении, достигается тем, что ряды зарядов взрывают разновременно с замедлением в 2—3 сек. Необходимо отметить, что вопрос о величине замедления между взрывами рядов зарядов достаточно еще не изучен. Из рис. 152 видно, что мгновенный взрыв зарядов 1 первого ряда образовал дополнительную обнаженную плоскость АВ для зарядов 2 второго ряда, взрываемых с замедлением. Заряды 2 второго ряда располагают так, чтобы их линии наименьшего сопротивления W2 были направлены перпендикулярно к плоскости АВ, а по величине были меньше, чем кратчайшее расстояние от центра зарядов 2 до поверхности БВГ. Заряды 2 должны быть сильнее зарядов 1, поэтому показатель действия взрыва п для зарядов 2 принимают на 0,5 больше, чем для зарядов 1.
Рис. 152. Односторонний (направленный) выброс:
1 — заряды ВВ первого ряда; 2 — заряды ВВ второго ряда.
Заряды 2 выбрасывают взрываемую ими массу в направлении W2, одновременно отталкивая в том же направлении уже успевшую подняться массу в результате взрыва зарядов 1. Вследствие этого выброс породы в одну сторону может достигнуть значительной величины (до 80%).
Расстояние между рядами зарядов определяют по формуле
(85)
где b — расстояние между рядами зарядов в м;
Wcp —средняя величина двух соседних линий наименьшего сопротивления (первого и второго рядов) в м;
n2 — показатель действия взрыва заряда второго ряда;
n1 — показатель действия взрыва заряда первого ряда.
Остальные параметры массового взрыва с односторонним выбросом рассчитывают в той же последовательности и по тем же формулам, что и для массового взрыва с двусторонним выбросом.
3) Массовые взрывы на сброс.
Принципиальная схема массового взрыва на сброс для образования полувыемки железнодорожного земляного полотна в условиях крутокосогорной местности изображена на рис. 153.
По подобной же схеме может быть осуществлен массовый взрыв на сброс для образования насыпи в основании крутого косогора или образования полувыемки-полунасыпи.
Рис. 153. Взрывание на сброс:
1 — контур теоретической воронки взрыва; 2 — второй ярус зарядов; 3 — первый ярус зарядов; 4 — проектный поперечный профиль полувыемки
В зависимости от объема требуемого сброса и расположения уровня полки АБ полувыемки относительно основания косогора камерные заряды располагают в один-два яруса и более.
Расчет параметров взрыва производится в той же последовательности, в какой он выполняется при расчете параметров массового взрыва с двусторонним выбросом.
Месторасположение центров первого яруса зарядов определяется графически. Для этого в соответствии с принятым показателем действия взрыва п теоретическую воронку взрыва строят так, чтобы нижняя образующая воронки не пересекала линию полки АБ проектного поперечного профиля полувыемки.
Показатель действия взрыва п может быть ориентировочно принят по табл. 34 с уменьшением на 20% и более (в зависимости от крутизны косогора и расстояния от полки АБ до его основания).
Расстояние между ярусами зарядов b и между зарядами в ряду а определяют по формуле
(86)
где b — расстояние между ярусами зарядов в м;
а — расстояние между зарядами в ряду в м;
Wср— средняя величина двух соседних ЛНС в м;
п — показатель действия взрыва.
Величину зарядов определяют по формуле (84).
Объем зарядных камер — по формуле (73).
Глубина шурфов или штолен определяется графически.
Вопросы для повторения
- Сущность взрывания методом камерных зарядов.
- На какие разновидности делится взрывание методом камерных зарядов по характеру разрушения и перемещения взорванного грунта?
3. Последовательность расчета параметров массового взрыва на обрушение в карьерах. Расчет размещения зарядов и определение их величин.
4. Последовательность расчета параметров массового взрыва на рыхление при разработке железнодорожных выемок.
5. Что называется массовым взрывом на выброс?
- На какие виды делятся массовые взрывы на выброс в зависимости от направления выброса грунта?
- Область применения, преимущества и недостатки метода массового взрыва на выброс.
- Последовательность расчета параметров массового взрыва камерными зарядами с двусторонним выбросом. Расчет размещения зарядов и определение их величины.
- Последовательность расчета параметров массового взрыва камерными зарядами с односторонним (направленным) выбросом. Расчет размещения зарядов и определение их величины.
- Последовательность расчета параметров массового взрыва камерными зарядами на сброс. Расчет размещения зарядов и определение их величины.