Способ дистанционного минирования горного массива

Способ дистанционного минирования горного массива, включающий предварительное создание в массиве канала и внедрение заряда взрывчатого вещества в этот канал в виде снаряда с прочным металлическим корпусом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дистанционного минирования, канал в массиве создают диаметром 0,70 - 0,95 от калибра снаряда, а внедрение снаряда по этому каналу осуществляют с начальной скоростью 500 - 900 м/с.

Изобретение относится к горному делу и предназначено для оперативного дистанционного минирования горных склонов в труднодоступных районах при проведении аварийных взрывных работ по ликвидации угрозы схода лавин и селей. Изобретение может быть использовано при разработке залежей полезных ископаемых открытым способом, а также для дробления массивных железобетонных сооружений при реконструкции различных промышленных объектов, например атомных электростанций.
Для эффективного разрушения высокопрочных массивов из скальной или горной породы заряд взрывчатого вещества перед подрывом необходимо заглубить в разрушаемый массив. В определенных случаях это требуется делать дистанционно, например, на труднодоступных горных склонах.
Дистанционное внедрение заряда удобно осуществлять путем выстреливания из пушки в виде снаряда с прочным металлическим корпусом. Заглубление снаряда, содержащего заряд взрывчатого вещества, необходимо производить на величину, составляющую, как минимум, несколько калибров снаряда. При этом перегрузки, испытываемые снарядом, не должны превышать уровня, допустимого для его внутреннего снаряжения. Особенно это важно для снарядов, инициирование заряда взрывчатого вещества у которых производится с длительной заданной задержкой после остановки в массиве, от внутренней автоматики подрыва или по внешней радиокоманде при групповом синхронном подрыве.
Известны различные способы внедрения снарядов в прочные преграды типа горной породы.
Так из заявки Франции N 2356906 от 03.03.78 (кл. F 42 B 13/02) известен способ внедрения, в котором снаряд с зарядом ВВ с высокой скоростью ударяют в разрушаемый массив и заглубляют затем внутрь за счет высокой кинетической энергии первого.
Однако глубина внедрения здесь получается небольшой, а испытываемые снарядом перегрузки чрезвычайно велики и достигают 10⁵ единиц и более.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ, известный из патента ФРГ N PS 2629280 (кл. F 42 B 13/10), опубликованный 25.07.85. Здесь перед внедрением снаряда в преграду в последней с помощью взрыва кумулятивного предзаряда пробивают канал глубиной в несколько десятков калибров снаряда, а снаряд, содержащий заряд ВВ, внедряют в преграду по уже пробитому каналу.
По сравнению с вышеприведенным способом данное техническое решение обеспечивает внедрение заряда на большую глубину, а торможение происходит с меньшими перегрузками.
Тем не менее перегрузки, испытываемые при внедрении, не позволяют использовать в снаряде современное сложное внутреннее оснащение, так как пробиваемый в рассмотренном способе канал довольно узок и не позволяет произвести внедрение снаряда на эффективную глубину.
Таким образом, целью заявляемого изобретения является увеличение глубины внедрения с одновременным уменьшением перегрузок, действующих на заряд.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе дистанционного минирования горного массива, включающем предварительное создание в массиве канала и внедрение заряда взрывчатого вещества в этот канал в виде снаряда с прочным металлическим корпусом, согласно изобретению в массиве создают канал диаметром 0,70 - 0,95 от калибра снаряда, а внедрение снаряда по этому каналу осуществляют с начальной скоростью 500 - 900 м/с.
Достижимость поставленной цели обусловлена тем, что удалось резко уменьшить коэффициент сопротивления внедрению и значительно увеличить путь торможения снаряда в массиве без резких толчков.
Заявителю неизвестны в других технических решениях существенные признаки, совпадающие с отличительными признаками заявляемого изобретения. Поэтому заявитель считает, что данное техническое решение удовлетворяет критерию "существенные отличия".
На фиг.1 - 4 представлена полная схема предлагаемого способа: на фиг.1 - подлет снаряда с кумулятивным предзарядом к массиву горной породы; на фиг.2 - создание взрывом кумулятивного предзаряда канала в массиве; на фиг.3 - внедрение снаряда в массив по созданному каналу; на фиг.4 - остановка внедрившегося снаряда в массиве; на фиг.5 показаны снаряды калибра 25 мм, с которыми проводились экспериментальные исследования; на фиг.6 даны экспериментально полученные зависимости глубины внедрения от относительного диаметра канала при внедрении в бетон марки 400 с начальной скоростью 300 и 500 м/с снарядов калибра 25 мм с конической носовой частью с полным углом при ее вершине 30^o; на фиг.7 - 10 - фотографии бетонных блоков с внедрившимися снарядами: на фиг.7 - внедрение снаряда в канал с относительным диаметром /d = 0,40 при скорости 300 м/с; на фиг.8 - внедрение снаряда в такой же канал при скорости 500 м/с; на фиг.9 - внедрение снаряда в канал с относительным диаметром /d = 0,73 при скорости 300 м/с; на фиг.10 - внедрение снаряда в такой же канал при скорости 500 м/с; на фиг.11 показано входное отверстие канала в бетонном блоке, образованного взрывом кумулятивного заряда; на фиг.12 - снаряд, внедрившийся в этот канал при скорости 500 м/с (разлом блока вдоль канала произведен после опыта).
Реализуется способ следующим образом. Содержащий заряд взрывчатого вещества снаряд 1 с кумулятивным предзарядом 2 в виде единого снаряда 3 (см. фиг.1) разгоняют, например, выстрелом из орудия в направлении к разрушаемому массиву горной породы 4. В непосредственной близости от поверхности массива 4 подрывают кумулятивный предзаряд 2. Образуется кумулятивная струя 5, пробивающая в массиве 4 глухой канал 6, близкий по форме к цилиндрическому. Параметры кумулятивного предзаряда выбирают такими, чтобы вырабатываемая при его взрыве струя пробивала канал диаметром , составляющим 0,70 - 0,95 от калибра снаряда d (см. фиг.2). Глубина канала - несколько десятков калибров снаряда d.
Теория кумуляции в настоящее время довольно подробно разработана, и опубликованные в литературе данные дают возможность спроектировать кумулятивный предзаряд требуемого пробивного действия по конкретным видам материалов (см. , например, главу "Кумуляция" в кн. "Физика взрыва". Под редакцией К.П.Станюковича, М.: Наука, 1975).
Движущийся за кумулятивной струей снаряд 1 внедряют в пробитый канал 6 (см. фиг. 3). Скорость снаряда 1 относительно массива в момент начала внедрения в канал обеспечивают равной 500 - 900 м/с. Снаряд в процессе движения по каналу плавно тормозится, внедряясь в массив на глубину H, составляющую несколько десятков калибров снаряда d (см. фиг.4.).
Цель изобретения достигается только при определенных значениях относительного диаметра канала /d и скорости внедрения снаряда V₀. Эти значения выявлены заявителем экспериментально.
Исследования проводились на снарядах калибров 25 и 73 мм, изготовленных из термообработанной стали и имеющих коническую носовую часть с полным углом при вершине 2 =30 и 2 =40 . Снаряды калибра 25 мм показаны на фиг.5. Относительный диаметр цилиндрического канала /d в массиве варьировался от нуля (сплошной массив без канала) до единицы. Скорость V₀ изменялась в пределах 300 - 1000 м/с. В качестве массивов использовались бетонные кубы объемом 1 и 8 м³. Канал в кубах был сквозным.
Установлено, что при канале относительного диаметра /d = 0 - 0,40 его наличие практически не отражается на результатах внедрения снаряда. Глубина внедрения H/d при увеличении /d от 0 до 0,40 остается практически такой же, как при проникании в сплошной массив (см. фиг.6). В области /d = 0,40 - 0,70 наблюдается некоторое возрастание относительной глубины внедрения. При /d = 0,70 - 0,95 глубина внедрения резко возрастает и в несколько раз превышает результат, полученный на сплошном массиве (см. фиг.6).
При этом характерно, что положительный эффект от увеличения относительного диаметра канала в заявляемом диапазоне 0,70 - 0,95 проявляется лишь при скорости V₀ 500 м/с. Приведенные на фиг.6 графики для V₀ = 300 м/с и V₀ = 500 м/с и фотографии на фиг.7 - 10 наглядно это демонстрируют. Так, при V₀ = 300 м/с увеличение /d от 0 до 0,9 сравнительно слабо изменяет глубину внедрения (см. фиг.6). При скорости же 500 м/с имеет место почти трехкратное увеличение глубины внедрения. Глубина внедрения снаряда в массив по каналу с относительным диаметром /d = 0,8 и глубиной 28d, образованному взрывом кумулятивного предзаряда (см. фиг.11), при подлетной скорости 500 м/с составляет 24,2 калибров снаряда (см. фиг.12).
При /d > 0,95 снаряд слабо тормозится при движении по каналу. В силу этого в реальных условиях при глухом канале снаряд будет испытывать большие перегрузки при ударе о дно канала. Внедрение со скоростью, превышающей 900 м/с, приводит к деформации снаряда и его механическому разрушению.
На основании изложенного границами применимости рассмотренного способа являются /d = 0,70 - 0,95, V₀ = 500 - 900 м/с.
Только при скорости 500 - 900 м/с имеет место практическая целесообразность использования канала в массиве и только относительный диаметр этого канала /d = 0,70 - 0,95 обеспечивает значительное (в несколько раз) увеличение глубины внедрения. Форма носовой части снаряда при этом существенного значения не имеет.
Пример конкретной реализации способа. В институте-заявителе проводятся эксперименты по внедрению снарядов в бетонные массивы по каналу, образованному взрывом кумулятивных зарядов разных конструкций. Проведенные эксперименты и полученные при этом результаты подтверждают достижимость цели изобретения предлагаемыми средствами. В качестве примера конкретной реализации заявляемого способа здесь приводится краткое описание одного из таких экспериментов. Результаты описываемого опыта приведены на фиг.11 и 12.
Берут бетонный массив в виде куба (с 1 м³) из бетона марки 400. На одной из граней куба посередине на расстоянии 130 мм от ее поверхности устанавливают кумулятивный заряд. Заряд имеет диаметр 50 мм и длину 70 мм. Толщина стального корпуса 3 мм. Взрывчатое вещество - ОКТОЛ, масса ВВ 145 г. Кумулятивная выемка коническая. Облицовка выемки - медь, толщина 1 мм. Инициирование осуществляют в одной точке в полюсе.
Подрывают кумулятивный заряд. Кумулятивная струя от взрыва заряда пробивает в бетоне канал диаметром 20 мм и глубиной ~700 мм. Канал имеет форму, близкую к цилиндрической с коническим сужением в донной части на длине примерно 100 мм.
Берут снаряд калибра 25 мм из термообработанной стали массой 385 г с конической носовой частью с 2 =30 . Длина снаряда 200 мм. Разгоняют снаряд в пороховой пушке до скорости 500 м/с и внедряют с этой скоростью в пробитый канал соосно с ним. Снаряд внедряется в массив на глубину 605 мм, т.е. на 24,2 своих калибров.
По сравнению с известными техническими решениями аналогичного назначения заявляемый способ обеспечивает повышение глубины внедрения заряда взрывчатого вещества в высокопрочные массивы горной породы, скального грунта и железобетона с меньшим уровнем испытываемых перегрузок, повышает эффективность дистанционных взрывных работ в труднодоступной горной местности, а также работ по дистанционной реконструкции железобетонных сооружений, загрязненных, например, выбросами радиоактивных веществ.
Способ дистанционного минирования горного массива, включающий предварительное создание в массиве канала и внедрение заряда взрывчатого вещества в этот канал в виде снаряда с прочным металлическим корпусом, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности дистанционного минирования, канал в массиве создают диаметром 0,70 - 0,95 от калибра снаряда, а внедрение снаряда по этому каналу осуществляют с начальной скоростью 500 - 900 м/с.