Бурение и взрывные работы — это контролируемое использование взрывчатых веществ и других методов, таких как пиротехника газового давления, для разрушения горных пород для выемки грунта . Чаще всего это практикуется в горнодобывающей промышленности , карьерах и гражданском строительстве, например, при строительстве плотин , туннелей или дорог. Результат взрыва горных пород часто называют скальным разрезом .
В настоящее время при бурении и взрывных работах используется множество различных видов взрывчатых веществ с различным составом и эксплуатационными характеристиками. Высокоскоростные взрывчатые вещества используются для относительно твердых пород, чтобы раздробить и сломать породу, в то время как низкоскоростные взрывчатые вещества используются в мягких породах, чтобы создать большее давление газа и больший эффект вздутия. Например, в руководстве по взрывным работам начала 20 века сравнивалось действие черного пороха с действием клина, а динамита с действием молотка. [1] Наиболее часто используемыми взрывчатыми веществами в горнодобывающей промышленности сегодня являются смеси на основе ANFO из-за их более низкой стоимости, чем у динамита .
До появления тоннелепроходческих машин (ТБМ) бурение и взрывные работы были единственным экономичным способом прокладки длинных тоннелей через твердую породу, где копать невозможно. Даже сегодня этот метод все еще используется при строительстве тоннелей, например, при строительстве базисного тоннеля Лёчберг . Решение о строительстве тоннеля с использованием ТБМ или буровзрывного метода включает ряд факторов. Длина тоннеля является ключевым вопросом, который необходимо решить, поскольку большие ТБМ для скального тоннеля имеют высокие капитальные затраты, но поскольку они обычно быстрее буровзрывного тоннеля, цена за метр тоннеля ниже. [2] Это означает, что более короткие тоннели, как правило, менее экономичны для строительства с использованием ТБМ, и поэтому обычно строятся буровзрывным методом. Управление грунтовыми условиями также может оказать существенное влияние на выбор различных методов, подходящих для различных опасностей в грунте.
Использование взрывчатых веществ в горнодобывающей промышленности восходит к 1627 году, [3], когда в венгерском (ныне словацком ) городе Банска-Штьявница вместо механических инструментов впервые был использован порох . Нововведение быстро распространилось по всей Европе и Америке.
Стандартный метод взрывания камней заключался в том, чтобы просверлить отверстие на значительную глубину и заложить заряд пороха в дальнем конце отверстия, а затем заполнить оставшуюся часть отверстия глиной или другим мягким минеральным веществом, хорошо утрамбованным, чтобы сделать его максимально плотным. Провод, проложенный в отверстии во время этого процесса, затем удалялся и заменялся поездом пороха. Этот поезд поджигался медленной фитилькой , часто состоящей просто из коричневой бумаги, смазанной жиром, которая должна была гореть достаточно долго, чтобы дать человеку, который ее поджигает, достаточно времени, чтобы добраться до безопасного места. [4]
Неопределенность этого метода привела ко многим несчастным случаям, и были приняты различные меры для повышения безопасности участников. Одна из них заключалась в замене железной проволоки, с помощью которой формируется проход для пороха, на медную, чтобы исключить искрение , которое могло бы преждевременно воспламенить порох. Другая заключалась в использовании предохранительного шнура . Он состоял из небольшой цепочки пороха, вставленной в водонепроницаемый шнур, который горит с постоянной и равномерной скоростью. Это, в свою очередь, позже было заменено длинным куском проволоки, который использовался для подачи электрического заряда для воспламенения взрывчатого вещества. Первым, кто использовал этот метод для подводных взрывов, был Чарльз Пэсли , который применил его в 1839 году, чтобы разбить обломки британского военного корабля HMS Royal George , который стал опасностью для судоходства в Спитхеде . [4]
Раннее крупное применение взрывных работ для удаления горных пород произошло в 1843 году, когда британский инженер-строитель Уильям Кьюбитт использовал 18 000 фунтов пороха для удаления 400-футовой меловой скалы около Дувра в рамках строительства Юго-Восточной железной дороги . Около 400 000 кубических ярдов мела было перемещено в ходе операции, которая, по оценкам, сэкономила компании шесть месяцев времени и 7 000 фунтов стерлингов расходов. [4]
Хотя в доиндустриальную эпоху буровзрывные работы применялись ограниченно с использованием пороха (например, при строительстве туннеля Блю-Ридж в США в 1850-х годах), их потенциал был полностью раскрыт только после разработки более мощных (и безопасных) взрывчатых веществ , таких как динамит (запатентован в 1867 году), а также электрических дрелей .
Буровзрывные работы успешно применялись при строительстве туннелей по всему миру, в частности , железнодорожный тоннель Фрежюс , Сен-Готардский тоннель , туннель Симплон , Юнгфраубан и даже самый длинный в мире автодорожный тоннель Лердальстуннелен построены с использованием этого метода.
В 1990 году в США было потреблено 2,1 млрд кг коммерческих взрывчатых веществ (12 м3 на душу населения), что составляет предполагаемые расходы от 3,5 до 4 млрд долларов 1993 года на взрывные работы. В этом году Советский Союз был лидером по общему объему с 2,7 млрд кг потребленных взрывчатых веществ (13 м3 на душу населения), а Австралия имела самое высокое потребление взрывчатых веществ на душу населения в том году с 45 м3 на душу населения. [5]
Как следует из названия, буровзрывные работы выполняются следующим образом:
Расположение и глубина отверстий (а также количество взрывчатого вещества, которое поступает в каждое отверстие) определяются тщательно разработанной схемой, которая в сочетании с правильным расчетом времени отдельных взрывов гарантирует, что туннель будет иметь приблизительно круглое поперечное сечение.
Во время работы взрывные маты могут использоваться для сдерживания взрыва, подавления пыли и шума, предотвращения разлета камней, а иногда и для направления взрыва. [7] [8]
По мере продвижения туннеля или выемки необходимо поддерживать крышу и боковые стены, чтобы остановить падение породы в выемку. Философия и методы поддержки скальных пород сильно различаются, но типичные системы поддержки скальных пород могут включать:
Обычно система крепления скальных пород включает в себя ряд таких методов крепления, каждый из которых призван выполнять определенную функцию в креплении скальных пород, например, сочетание анкерной крепи и торкретирования.
В этой статье используется текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
