автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.13, диссертация на тему:Управление ударно-волновыми полями и механическим эффектом взрыва при строительстве подводных переходов нефтегазопроводов

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

ГЛИНСКИИ Геннадий Ярополкович

УПРАВЛЕНИЕ УДАРНО-ВОЛНОВЫМИ ПОЛЯМИ

И МЕХАНИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ ВЗРЫВА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДВ< >ДНЫХ

ПЕРЕХОДОВ НЕФТЕГАЗОПРОВОДОВ

Специальность 05.15-13 "Строительство и эксплуатация нефтегазопроводов, баз и хранилищ"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВНИИСТ

Для служебного пользования

ПППП5Я

На правах рукописи

Москва 1990

Работа выполнена в Отнесении геодинамики взрыва Института геофизики им. С.И.Субботина АН УССР

Научные руководители - доктор технических наук,

профессор Вовк A.A. канлидат физико-математичрских наук Новикое В.Д.

Официальные оппоненты- поктор технических наук,

профессор Сагидуллин Г.Р. кандидат технических наук Гильманов P.A.

Ведущее предприятие - ССС "Подводтрубопроводстрой"

Зашита состоится ¿JIKcîJÎLl IS9C г. в С,<часов на заседании специализированного совета KI28.CI.0I Всесоюзного научно-исследовательского института по строитель-« ству магистральных трубопроводов (ВНИИСТ) по адресу: IC5C58 г. Москва, Окружной проезд, 19.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всесоюзного научно-исследовательского института по строительству магистральных трубопроводов (ВНШСТ)

Автореферат разослан Hû^zà'/tJ- I99C г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук ,„ л АНККИН Е.А.

СИГАЯ ХАРАКТЕРИСТША РАГОТЫ

Актуальность работы. Взрыв зарядов взрывчатых врррств (ВВ) в горных породах и грунтах, находящихся в подволных условиях, применяется при проведении подводно-трхничрских работ на ррках, морях и других водных бассейнах, при строи-трлъннх работах в обводненных условиях. Взрыв применяется для шхления : выемки скальных и тяжелых грунтов при строительстве подводных прреходов магистральных трубопроводов, гидросооружений, дноуглубительных работах, устройства подводных профильных вырмок, устройстве гаваней и каналов, а таю*е выполнения специальных работ. Ссвоение полезных ископаемых континентального шельфа вызывает потребность в использовании энергии подводного взрыва, позволяпсем ускоренно обеспечивать их разработку и средства транспортирования. Существуют разнообразные технические задачи, в которых целесообразно применение подводного взрыва, однако широкое его использование ограничивается несовершенством технологии подводных взрывных работ (ПВР), а такте необходимостью выполнения требований по зашите округаюгей среды. Рост применения энергии взрыва в подводных условиях определяется степенью изученности процессов и явлений, сопровождающих взрыв зарядов ВВ в массиве дна.

[нание закономерностей распространение попводных ударных волн V особенностей механического эффекта взрыва в пне водоема позво.яет находить пути рационального использования его энергии, управлять его действием. Возможность управления действием взрыва посредством физически обоснованного выбора и направленного изменения параметров подводного взрывания, а также применением технических решений, обеспечивающих реализацию управления, позволяет осуществлять регулируемое воздействие на взрываемый массив и подводную среду, достигать заданного тгхно-огичоского эффекта взрыва, ограничивая его отрицательное воздействие на подводную среду.

Цель работы. Экспериментальное исследование ударно-волновых полей, механического эффекта взрыва, распределения

энергии ВВ между дном и водой при взрыве накладных и заглубленных зарядов ВВ и разработка способов управления действием взрыва при строительстве траншей на подводных переходах нефтегазопроводов.

Идея работы заключается в использовании закономерностей распространения подводных ударных волн, механического эффекта взрыва, а также энергетических характеристик подводного взрыва зарядов В8, применяемых для сооружения траншей на под-^ водлых переходах нефтегазопроводов для управляемого и экологически безопасного воздействия на грунты и горше породы, слагающие дно переходов.

Задачи исследований.

1. Экспериментально исследовать ударно-волновые поля в воде и распределение энергии при устройстве траншей под тру-бопроволы взрывом накладных и заглубленных в дно зарядов.

2. Разработать эффективные методы управления действием подводной ударной волны для обеспечения экологической безопасности взрывной технологии строительства подводных переходов нефтегазопроводов.

3. Определить особенности механического эффекта взрыва в грунтах и горных породах под слоем воды, обосновать его взаимосвязь с распределением энергии взрыва между дном и водой.

4. Экспериментально исследовать и обосновать возможность управления механическим эффектом взрыва при сооружении подводных траншей, а также прогнозирования действия взрыва в дне по взрыванию на дневной поверхности.

5. Разработать физически обоснованную инженерную методику расчета параметров подводных взрывных работ с учетом обеспечения экологических требований в зоне сооружения подводных переходов трубопроводов.'

Методы исследований. При решении поставленных в работе задач применялись анализ и обобщение существующих достижений по исследуемой теме, метод лабораторных, полигонных и промышленных экспериментов, технико-экономический анализ результатов опытно-промышленной проверки и внедрения, метода математической статистики с применением ЭВМ.

Основные научные положения, защищаемые в работе.

1. Установленные закономерности распространения подводч ных ударных волн при взрыве накладных и скважинных зарядов ВВ в массиве дна.

2. Механическое действие взрыва заряда ВВ в дне зависит от глубины воды, а также ее плотности и становится неизменным, начиная с глубин воды, определяющихся переходом характера действия взрыва от действия на выброс к камуфлетному; изменяя величину плотности воды путем газонасышения можно направленно изменять величину механического эффекта взрыва

в дне.

3. Механический эффект взрыва подводных накладных заряпов однозначно определяется распределением энергии взрыва между дном и водой и прямо пропорционально произведению разности полной энергии взрыва и энергии, выделившейся

в подводную ударную волну, на объем кэмуфлетной полости в грунте дна.

4. Инженерная методика расчета параме?!ров подводных взрывных работ методом накладных и скважинок зарядов, учитывающая особенности подводного взрывания, а также методика расчета безопасных расстояний при взрывных заботах по соору-> жению подводных траншей под нефтегазопроводы.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современ-' ных методов и средств регистрации параметров ударных волн, достаточным объемом модельных и натурных экспериментов, сопоставимостью, их результатов, опытно-промьмленной проверкой и внедрением разработанных рекомендаций.

Научная новизна. Получены основные закономерности формирования ударно-волновых полей в воде при разработке дна переходов трубопроводов взрывами накладных и скважинных зарядов. Установлены особенности влияния глубины воды на механический эффект взрыва в дне. Установлены закономерности распределения энергии при взрыве подводных накладных зарядов. ^сказана возможность управления действием ударно-волновых полей в воде и механическим эффектом взрыва при строи-

тгльстве подводных траншей под трубопроводы.

Практическая ценность работы. Исследование специфики процесса подводного взрыва зарядов ВВ в дне водоема и явлений, его сопровождающих, дало возможность обосновать рациональный выбор параметров подводного взрывания, разработать соответствующие инженерные методики расчета параметров подводных взрывных работ и повысить экологическую безопасность взрывной технологии сооружения траншей на подводных переходах трубопроводов.

Стпргытьте положения работы включены в нормативный документ Миннефтегазстроя СССР "Рекомендации по производству буровзрывных работ при строительстве подводных переходов магистральные трубопроводов через реки и внутренние водоемы с учетом мероприятий по защите ихтиофауны".

Практическое применение. Методы расчета параметров подводных взрывных работ, в также выводу и рекомендации, полученные в работе, внедрены при строительстве подводны*- перехоров нефтегазопроводов на объектах Миннефтегазстроя СССР и при дноуглуб гении р.Днепр Днепровским бассейновым управлением водных путей Глапречфлота УССР. Обший экономический эффект от вне прения результатов исследований составил 16?,б тыс. руб.

Апробация работы. Отдельные положения и результаты работы докладывались на ррспубликанс.ких семинарах по использованию энергии взрыве, в народном хозяйстве (г.Киев, IÍ78 -1965 г.г.), на заседании секции "Подводные взрывные работы" Межпуведомственной комиссии по взрывному делу (г.Москва, 1£Ы и 1963 г.г.), на конференции "Совершенствование взрывных технологий в горных поропах и грунтах" (г.Тернополь, ICE2 г.^, на УП Всесоюзной конференции "Сварка, резка и обработка материалов взрывом" (г.Минск, ISSC гО.

В полном объеме диссертация покладьтвалась на научных семинарах Отделения геодинамики взрыва Института геофизики АН УССР (г.Киев, 1ШГ г.),ВНИИСТ (г.Москва, Н£С г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано II печатных работ и получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 149 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 131 наименования и приложение на 24 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель работы и кратко изложено ее содержание.

В первой главе рассмотрены современные технологические методы подводных взрывных работ и существующие представления о процессе подводного взрыва в массиве дна и сопровокда-г щих его явлениях при строительстве подводных переходов нефтег аз опроводов.

К числу существенных проявлений процесса подводного взрыва в дне водоема при строительстве траншей под трубопроводы относятся механический эффект взрыва, являющийся фактором его технологической эффективности,и подводная ударная волна, влияющая на экологическую безопасность использования энергии взрыва в подводных условиях.

Технологическим вопроса.',< строительства подводных переходов нефтегазопроводов посвящены работы П.П.Бородавкина, В.Л.Березина, О.Е.Шадрина, М.А.Камытпева, С И.Левина, Б.М.Кукушкина, В.Я.Панаева и др.

Задачи, связанные с взрывным рыхлением и экскавацией грунтов и горных пород, находящихся под слоем воды, исследовались в работах В.М.Тавризова, Ф.Г.Грачева, А.П.Сухотина, Р.А.Гильманова, В.Л.Барона, В.С.Перехвальского,

A.А.Вовка, Р.Лафренца, Г.Гааза, Р.Густафссона и др.

Вопросам распространения подводных ударных волн при

Езрыве зарядов ВВ вблизи дна и в дне водоема посвящены работы Б.Д.Христофорова, л.С.Козаченко, В.Н.Костюченко.

B.П.Коробейникова, Б.З.Закышляева, Е.С.Яковлева, С.А.Ловли, Р.А.Гильманова, Е.М.Нукушина, У.Лангефорса, Т.Сгава, И.Ито, И.'^укуяма, в которые получены теоретические и экспериментальные зависимости, определяющие ряд параметров этих волн. Распространение волн в одно- и двухфазных жидких

средах налло отражение в работах В.К.Кедринского, Б.Е.Гель-фанда, З.Е.Какорякова, В.М.Кудинова, Е.И.Паламарчука, А.Аронса, Р.Коула, Б.Паркинса и др. Экологические аспекты подводного взрывания, связанные с воздействием ударных волн на ихтиофауну, рассматривались в работах Л.Н.Солодилова, Э.Х.Векилова, В.Р.Протасова, Л.Г.Рудаковского, Б.И.Паламар-чука., С.Хилла, Ю.Вакадзоно и др.

Ка основании анализа известных научных работ, посвященных ударно-волновому и механическому действию взрывов в массиве дна можно сделать вывод, что в них недостаточно полно изучены закономерности формирования полей давлений и особенности проявления механического эффекта при подводном взрывании, отсутствуют сведения о распределении энергии между прилежащими средами - грунтом дна и водой, нет физически обоснованных инженерных методов расчета параметров подводных взрывных работ и мало изучены методы управления ударно-волновыми полями и механическим эффектом применительно к задачам строительства траншей на подводных переходах трубопроводов с учетом экологической безопасности технологических взрывов.

Проведенный анализ известных результатов исследований определил круг задач, решение которых необходимо для достижения поставленной цели.

Во второй главе описана методика полевых экспериментальных исследований и схема экспериментов.

Изучение процесса подводного взрыва в массиве дна производилось в натурных условиях,на моделях взрывами накладных и заглубленных в дно зарядов. В модельных экспериментах в качестве скальных горных пород использовались образцы из песчано-цементной смеси и бетона, в качестве нескальных - образцы песчаных грунтов различной плотности. Коэффициент водонасыщения горных пород был близок к I. Постановка экспериментов и анализ их результатов осуществлялись с соблюдением принципа геометрического и энергетического подобия.

При измерении параметров подводных ударных волн ис-

пользовались пьезоэлектрические преобразователи давления с чувствительным элементом из турмалина и кзарца. Для согласования высокого выходного сопротивления пьезоэлектрических преобразователей с измерительными цепями применялись усилители заряда (напряжения) "Нейва-2К". Регистрация сигналов от преобразователей осуществлялась запоминающими осциллографами C6-I3 и C-6-I7. Запуск разверток осциллографов производился либо в момент инициирования взрыва, либо от специальных преобразователей давления, работавших в паре с регистрирующими. Измерительные каналы калибровались воздействием на преобразователи нестационарной волны давления с известными параметрами при подводном взрыве тарировочных сферических зарядов ВВ в условиях, соответствующих условиям реального процесса.

В качестве исследуемых применялись преимущественно заряду аммонита 6 ЖВ массой 0,012...С,5 кг в водонепроницаемой оболочке, а такие заряды из отрезков детонирующего тау-ра Д11!-А (Д11-3) с тэновой сердцевиной.

Натурные измерения подводных ударных олн проводились при взрывах скватинных зарядов ВЗ в услови с строящегося подводного перехода трубопровода.

Количественное характеристики механического действия взрыва в дн° определялись по общепринятой методике.

Экспериментальные результаты, получерные при маломас-•птвбмь-с изг.ызах, проьет>ялись в промышленных условиях.

оксперп'ент^льнме данные обрабатывались с приз, рчрииег yofpjlpv математической статистики на программируемых микрокалькуляторах и ПЭЗ.! 131 РСАТ.

В третьей гласе изложены результаты экспериментального исследования параметроп волновых полей в воде при взрыве накладных и размеренных в дне зарядов, закономерностей распре, деления энергии взрыла наклад»**»- зарядок, а также некоторые методы управления действием подподиых уд,арных волн.

Установлено, что величина максимального давления на фронте подводной ударной волны Рт при взрыве накладного заряда в точках по вертикали над, зарядом, отнесенная к

максимальному давлению Рщо ударной волны свободно подвешенного в воде заряда, зависит от относительной акустической жесткости дна у? С /рв св , где у? - плотность грунта дна и воды, С , Св - скорость продольных волн в грунте и воде соответственно (рисЛ, кривая I).

Рис Л Зависимости параметров взрыва наклад,ного заряда от относительной акустической жесткости дна:

I - относительного давления-на фронте подводной ударной волны; 2 - частей полной энергии, выделившихся в воду (Д*) и дно (для ТНТ; 3 - то же для тэн

Изменение Рт вдоль вертикали над зарядом с расстоянием , м описывается зависимостью

са1/5/1У'л\ъш а)

где О. - масса заряда, кг; А - коэффициент, зависящий от вида ВВ, оС - эмпирический коэффициент, определяющийся акустической жесткостью дна. Для аммонита I,' б ЖВ плотности О =?03кг/м3

А= 45,1 МПа, величина сС для исследованных видов дна составляет 1,10...1,22.

Заглубление заряда ВВ в дно приводит к снижению максимального давления на фронте ударной волны в воде. Так, например, при глубине заложения сосредоточенных зарядов аммонита 1Г- 6 ЙВ плотностирвь = 103 кг/м3 в полностью водонасьпценный грунт плотностью 1,55.1С3 кг/м на глубину 4 10( 10 - радиус заряда) амплитуда давления Рт по вертикали над, зарядом для фиксированных расстояний уменьшается по сравнению с Рто в 6...10 раз. При увеличении глубины заложения до 12 Ъ0 эти величины уменьшаются еще в 6...7 раз.

В результате экспериментального исследования подводных ударных волн заглубленных в дно зарядов в области водной среды, прилежащей к заряду, установлено, что в эту область излучается Еолна, у которой зависимость давления от времениРСЬ) в фиксированных точках содержит характерные начальные максимумы. Один из них соответствует волне, распространяющейся из горной порода в воду, другой обуславливается прорывом в воду продуктов детонации. Временной интервал медцу ними на экспериментальных осциллограммах равен интервалу, определенному расчетным путем как разность между временем распространения волны по л. н. с. и далее в точку регистрации и временем прохождения волны по пути акустического преломления. Соотношение их амплитуд определяется свойствами дна и расположением точки регистрации подводной ударной волны по отношению к заряду.

Для взрывов в скальном дне скважинных зарядов с геометрией заложения, соответствующей реально применяемым при строительстве подводных траншей зарядам, зависимость максимального давления на фронте подводной ударной волны от расстояния в интервале 0,14;< 2 выражается формулой

ПЯШ^АУ'*2, Ша (2)

где Ч/ , м - расстояние, отсчитываемое от устья скважины.

Максимальное давление на фронте волны в воде, вызванной прорывом через устье скважины продуктов детонации, зависит от материала и величины применяемой забойки и уменьшается с увеличением ее длины. Анализ полученных результатов показал, что

существует возможность управления действием этой волны в води, создавая искусственные неоднородности на л.н.с., а также применяя защитные устройства различного типа.

Энергия взрыва £ подводного накладного заряда распределяется в соответствии с соотношением Е~ЕВ + Е, где£^-энергия, выделившаяся в подводную ударную волну, Еп~ энергия, переданная грунту и содержащаяся в продуктах детонации. На основании экспериментального измерения годографов подводных ударных волн при взрывах.накладных зарядов аммонита Г' 6 КБ на полностью водонасыщенном песчаном дне установлено, что Ев составляет а Еп- 62% от Е . Такое распределение энергии получено независимо расчетным путем с использованием-зависимости Рт от акустической жесткости дна при взрыве накладного заряда.

Управление действием подводных ударных волн при взрывах сквауинных зарядов может осуществляться за счет применения воздушных промежутков, размещаемых в зарядах. Экспериментально установлено, что скважинные заряды с воздушным промежутком длиной ^др^^'^^- ^-ОСкв' г,11'е ^скв ~ Ллина скважинного заряда, при полноценном воздействии на массив дна создают в воде ударные волны с уменьшенной в 1,5...2 раза .амплитудой.

С участием автора разработаны новые способы ведения взрывных работ при строительстве подводных переходов нефтегазопроводов, защищенные авторскими свидетельствами, основанные на создании в водной среде областей пониженной плотности, условий для диссипации энергии подводных ударных волн, а также их дифракции, которые позволяют управлять действием взрыва сквапинных и накладны' зарядов ВВ в воде, существенно умень-!чая отрицательное воздействие на ихтиофауну и объекты, находящиеся под водой.

Четвертая глава, посвяшена экспериментальному изучению механического эффекта и распределения энергии при взрыве зарядов ВВ в дне, взаимосвязи этих характеристик и исследованию возможности прогнозирования результатов подводного взрывания и управления ими. ■ , •

Наличие слоя вода над разрабатываемым с помощью энергии ВВ массивом дна существенно влияет на механическое действие

ззрыва по сравнению с взрыванием на дневной поверхности. Особенности подводного всронкообразования исследовались при ззрывах сосредоточенных, линейных накладных и заглубленных в 1,но зарядов в натурных условиях и на моделях. Характерная за-зисимость объема V подводной воронки выброса от глубины во-|,ы , отнесенных к массе и радиусу заряда соответственно, фиведена на рис.2.

У/а, у о' 3Н*/кг

2

Уо/а

/О 20 30

60 70

Рис.2. Влияние глубины воды на объем воронки выброса при взрыве накладного сосредоточенного заряда аммонита Г= б ЖВ на бетонном дне

Объем воронки с увеличением Ав возрастает от начальной еличины У0 (соответствует взрыву на дневной поверхности) до аксимального и уменьшается, приближаясь к неизменному значе-кю \/к при значении глубины вода Авк . Вид зависимостей КЛВ) объясняется при условной замене слоя воды на. равный по ассе слой грунта и отражает- переход характера действия взры-а при увеличении глубины вод,ы от действия на выброс к каму-'летному.

Исследованные особенности действия подводных зарядов вы-роса позволили установить величину расчетного удельного рас-ода для подводного взрывания, которая в 1,4...2 раза превы-ает расчетный удельный расход взрывания на дневной поверх-ости. Указанное соотношение сохраняется и по отношению к

зарядам рыхления.

Ранее В.Д.Алексеенко предложен метод оценки воздействия н грунт накладного заряда посредством анализа воздушной ударно волны. Автором метод применен для подводного взрыва накладно' го заряда. Установлено, что распределение энергии в этом слу чае определяется типом дна и может быть расчитано по экспери ментально измеренным зависимостям Рт /Р (У3 с//^ ) (рис.1) по соотношениям 3

Г А,Л5Д0=( Рт/Рто) ,

( Х1 + Л2= 1 ,

где - часть полной энергии взрыва, выделившаяся в подводную ударную волну, А^ - часть полной энергии, переданная грунту и содержащаяся в продуктах детонации, А0 - часть полной энергии взрыва, выделившаяся в ударную волну при взрыве свободно подвешенного в воде заряда.

Зависимости распределения энергии Езрыва накладных зарядов от относительной акустической жесткости дна построены дл: ТНТ (Я0=0,55) и тэн ( Ао=0,6) и приведены на рис.I .(кркзые ; и 3 соответственно).

На основании измерений объемов воронок Еыбрсса, полученных в экспериментах с накладными зарядами, а также известных данных о размерах камуфлетных полостей в исследованных типах дна показано, что величина Д.2 является существенной характе ристикой действия взрыва на дно к определяет его механически эффект. Для глубин вода > Авк доказана справедливость соотношения-

V = Аг Укп > (4)

где Укп ~ объем ка!туфлетной полости в данном виде. дна.

Физический смысл соотношения (4) заключается в том, что наряду с ударной волной, выделившейся в дно, в образовании подводной воронки взрыва участвуют продукты детонации заряда Полученные количественные характеристики зависимостей и распределения энергии накладного заряда позволил установить связь между объемами воронок выброса У0 при взрывах на .дневной поверхности и под водой з грунтах с совпадающими физико-механическими свойствами. Для объемов воронок вы

Зроса получены соотношения:

, 4/4,= Л2/Л'2 ; Чвк = \2Ппр(31 , (5)

^де Л2 - часть энергии взрыва накладного заряда, передаваемая грунту при взрыве на дневной поверхности; Ппр -показатель тростреливаемости грунта, м3/кг.

Известные значения одних величин позволяют по соотношениям (5) получать другие. Автором предложен также метод прогнозирования подводной воронки выброса по известным зависимостям объема выброса от глубины заложения заряда в грунт на дневной поверхности, использующий прием замены слоя воды равным по массе слоем горной порода. Этот метод совместно с соотношениями (5) решает задачу прогнозирования результатов подводного взрывания.

Взрыв заряда ВВ, заложенного в д^о на глубину , рассматривается как^ взрыв на дневкой поверхности в том же грунте на глубине рв/р)йв- Так как действие взрыва определяется глубиной заложения, то изменение плотности водной среды над зарядом влияет на механический эффект взрыва. Результаты экспериментальных исследований подтвердили это, что дало возможность разработать метод повышения механического эффекта взрыва путем насыщения воды пузырьками газа.

В пятой главе приводятся результаты практического применения проведенных исследований.

Закономерности, полученные при исследовании взрыва зарядов ВВ в массиве дна, были использованы для обоснования методик расчета параметров подводного взрывания и расчета безопасных по действию подводной ударной волны расстояний при строительстве подводных траншей под трубопроводы.

Приведена методика расчета параметров подводных взрывных работ при сооружении траншей методом скважинных зарядов, учитывающая особенности подводного взрывания. Методика основана на рациональном выборе расчетного удельного расхода и использует геометрические закономерности размещенных в дне скважинных зарядов.

Разработана также методика расчета параметров подводных взрывных работ методом накладных зарядов. В расчете использу-

ется экспериментально установленный физический параметр зависящий от свойств ,п,на и определяющий часть полной энергии взрыва, воздействующую на массив даа.

На рис.3 приведена номограмма для определения безопасных расстояний при взрыве скважинньк зарядов. Безопасное расстояние определяется по заданной массе взрываемых сква-жгнньгс заряд,ов и величине допустимого для данного вида рыб давления.

гБ,п

Рис.3. ':омо:,ра;/1-а для определения безопасные чля ихтиофауны го ) ействию подводкой удг.ргог волны расстояний

#

С учетом подхода, учитывающего в качестве поражающих факторов для ихтиофауны давление Р и уделы'ый импульс 3 ударной волны (метод Р~ 7 -диаграмм), и на основании результатов исследования параметров ударных волн при взрыве скважинных зарядов приведены кривые равновероятного поражения ихтиофауны в координатах давление-импульс совместно с зависимостями Р и 3 от расстояния для фиксированных масс зарядов (рис.4). Точки пересечения этих зависимостей с линиями безопасного и летального уровней дают величину безопасного и летального расстояния при взрыве скважинных зарядов данной массы для различных видов рыб.

Рис.4. Р— .7-диаграммы поражения ихтиофауны в зависимости Р(3) для подводного взрыва скважинных зарядов: I,]/ -безопасный и летальный уровни ссответ.ственно для высокочувствительных морских рыб; 2,2/- то же для среднечувствительных речных рыб; 1-1У- зависимости Р(Ъ,0.), 3(1,0.) для зарядоЕ массой 0,1 ; I ; 10 и 100 кг соответственно

Разработанные рекомендации и методика расчета параметров подводного взрывания вопли в состав проектов производства работ и прошли опытно-промышленную проверку на строительстве

подводного перехода трубопроводов расширения системы газопроводов Шебелинка-Измаил через р.Днепр, а также при дноуглубительных работах на скалистых перекатах участка р.Днепр Днепродзержинск-Днепропетровск.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе в соответствии с поставленной . целью проведены исследования, направленные на повышение эффективности использования энергии взрыва применительно к задачам строительства траншей под подводные трубопроводы с учетом требований экологической безопасности.

Основные научные результаты работы заключаются в следующем.

1. Экспериментально исследованы ударно-волновые поля в воде при взрыве накладных и заглубленных в дно зарядов. Поле давлений накладных зарядов неоднородно, определяется местом регистрации и свойствами дна. Амплитуда ударной волны над зарядом возрастает с увеличением акустической жесткости дна. Поле давлений заглубленных в дно зарядов также неоднородно и зависит от места регистрации. Амплитуда ударной волны уменьшается по мере заглубления заряда. Зависимость давления от времени в фиксированной точке водной среды формируется взрывной волной, преломленной из дна в воду и прорывом продуктов детонации.

2. Экспериментально изучены особенности подводного во-ронкообразования, определяемые глубиной воды, покрывающей грунт, доказано существование некоторой критической глубины воду, начиная с которой объемы под,водных воронск выброса остаются неизменными. Найденная особенность объясняется переходом характера действия взрыва от действия на выброс к ка-муфлетному.

3. Установлены закономерности распределения энергии меж,чу дном у. водой при подводном взривр накладных зарядов, получены количественные характеристики этого распределения з зависимости от акустической жесткости дна. Часть полной энер^ик взрыв?., не излученная в год,водную ударную волну,,

определяет механический эффект взрыва, накладных зарядов.

4. Установлена физическая связь «ежду параметрами подводных ударных волн, распределением энергии подводного взрыва накладных зарядов, объемами подводных воронок выброса и размерами камуфлетных полостей. Доказана принципиальная возможность прогнозиропания объема подводных воронок выброса.

5. Установлена возможность повышения механического эффекта взрыва зарядов ВВ в массиве дна путем искусственного понижения плотности покрывающего грунт слоя воды, в. частности, путем насыщения его пузырьками газа.

6. Показана эффективность применения в подводных условиях скважинных зарядов, содержащих воздушные промежутки. Применение воздушных промежутков длиной 0,25...0,33 длины заряда позволяют снизить ударное давление в воде в 2 раза по сравнению с давлением при взрыве обычных скважинных зарядов при неизменном механическом воздействии на дно.

Результаты проведенных исследований нашли практическое применение а следующем:

1. Разработана и применяется в проектах производства работ инженерная методика расчета параметров подводных взрывных работ по сооружению переходов нефтегазопроводов, учитывающая особенности подвод,кого взрывания.

2. Получены и используются в практике формулы для расчета безопасных расстояний по действию подводной ударной волны на ихтиофауну при взрывных работах на строительстве подводных переходов трубопроводов методом скважинных и накладных зарядов .

2. Разработаны средства локализации действия подводного взрыва в массиве дна, позволяющие обеспечить защиту окружающий среды и подводных объектов от вредного воздействия взрыва.

Основные положения диссертации опубликованы в сле^тующих печатных работах:

I. Экран для снижения интенсивности гидроударных волн при нодводньг' взрывных работах /Бовк A.A., Новиков В.Д.,

К

Луговой П.З., Глинский Г.Я. и др. //Проектирование и строит, трубопроводов и газонефтепромысл. сооружений.- IS8I.-с.6-7.

2. О снижении действия гидроударньк волн на окружающую среду при разработке подводных траншей взрыьами /Кукушкин Е.М., Новиков З.Д., Глинский Г.Я. и др.//Проектирование и строит, трубопроводов и газонефтепромысл. сооружений.-1581.- МО.- с.19-24.

3. Методические указания по производству взрывных работ на строительстве подводных переходов трубопроводов с учетом защиты ихтиофауны /Вовк A.A., Новиков В.Д., Луговой П.З., Глинский Г.Я.- Киев: 1982.- 42 с. (Препринт/ АН УССР. Ин-т проблем прочности).

4. Управление воздействием взрыва при разработке траншей скважинными зарядами в подводных условиях с помощью воздушных промежутков /Вовк A.A., Луговой П.З., Глинский Г.Я. и др. //Проектирование и строит, трубопроводов и газонефтепромысл. сооружений,- 1982.- №2.- с.31-35.

5. Рекомендации по производству буровзрывных ра.бот при строительстве подводных переходов магистральных трубопроводов через реки и внутренние водоемы с учетом мероприятий по защите ихтиофауны ( BCHP452-8I ) / Кукушкин Е.М., Копылова В.З. Камышев М.А., Котоза Л.Г., Федорова K.D., Протасов В.Р., Богатырев П.Е., Вовк A.A., Луговой П.З., Глинский Г.Я. и др.-М.: ВНИИСТ, 1963.- 126 с.

6. Особенности воронкообразования при подводы-тх взрывах /Новиков В.Д., Лучко И.А., Крик И.И., Глинский Г.Я.- Киев: 1964.- 32 е.- (Препринт/АН УССР, йн-т проблем прочности:

84.08)

7. Подводные взрывные работы /Г.-тинский Г.Я., Новиков В.Д, //В кн.: Управление взрывным импульсом в породных массивах/ Вовк A.A., Лучко И.А.- Кгев: Наук, думка, 1965.- C.I7&-20C.

6. Кукушкин Е.М., Ким В.К., Глинский Г.Я. Защита водной среды при взрывных работах на строительстве подводных переходов трубопроводов //Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов.- I9E5.- вып.7.-с.£-13.

9. Влияние физико-мехокических свойств дна на дейстрке

взрыва накладного заряда. Новиков В.Д., Луговой П.З., Тихо-ненко В.В., Глинский Г.Я. //В кн.: Взрыв в грунтах и горных породах.- Киев: Наук, думка, 1985.- с.128-130.

10. Глинский Г.Я. Управление действием взрыва при разработке скальных грунтов под водой //^Взрывное дело,- JF88/45.-М.: Кедра, 1986.- C.I55-IS7.

11. Глинский Г.Я., Новиков В.Д. Экспериментальное исследование распределения энергии при подводном контактном взрыве //В кн.: Горные породы при динамических нагрузках.-Киев: Наук, думка, 1589.- с.100-104.

12. A.c. 510025 (СССР)- МКИ F42D 5/00 Способ ведения взрывных работ под водой / Луговой П.3., Глинский Г.Я., Вовк A.A. и др.(не публикуемое в открытой печати).

13. A.c. 584277 (СССР) МКИ F42D1/06 Способ ведения взрывных работ под водой /Луговой П.З., Вовк A.A., Писарев Ю.А., Тихоненко В.3., Глинский Г.Я. и др. (не публикуемое в открытой печати).

Соискатель

Глинский Г.Я.