Способ возведения плотин в горных каньонах взрывом

 

Изобретение относится к области использования взрывов в строительстве и может быть использовано для возведения плотин в горных каньонах. Техническим результатом изобретения является получение в результате взрыва плотины заданной высоты с наименьшими затратами путем применения рациональных параметров взрыва с учетом экспериментально установленных закономерностей действия зарядов сброса в бортах горного каньона. Указанный технический результат достигается тем, что в способе возведения плотин в горных каньонах взрывом линейных зарядов, включающем проведение подходных и зарядных выработок в грунтовых массивах одного или обоих бортов каньона, одноярусное размещение зарядов, забойку подходных выработок и последовательное взрывание зарядов, линию наименьшего сопротивления заряда при использовании одного и двух линейных зарядов, интервал замедления между взрывом первого и второго зарядов и расстояние между горизонтом разложения зарядов и горизонтом НПУ воды выбирают по расчетным зависимостям. 12 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области использования взрывов в строительстве и может быть использовано для возведения плотин в горных каньонах.

Известен способ перемещения породы взрывов из массивов косогора в заданном направлении для строительства набросных сооружений (см.авторское свидетельство СССР N 1640276 A1, кл. E 02 B 7/06 от 04.01.89), когда заряды взрывчатых веществ (ВВ) размещают в массиве косогора в один, два или более ярусов и затем взрывают. Недостатком этого способа является сложность схем взрывания, большой расход ВВ и практическая невозможность достаточно точного предварительного расчета размеров набросных сооружений.

Известен принятый за прототип способ возведения плотин в горных каньонах взрывом на сброс, включающий проведение подходных и зарядных выработок в грунтовых массивах одного или обоих бортов каньона, одноярусное размещение зарядов, забойку подходных выработок и последовательное взрывание зарядов (см. "Технические правила ведения взрывных работ на дневной поверхности". Недра, М., 1972, с.21-23, 77-79).

В этом способе на одном или обоих берегах проходят подходные и зарядные выработки. Заряды сосредоточенной или линейной формы размещают в один или два ряда в один ярус. Массу зарядов принимают в зависимости от выбранных величин линии наименьшего сопротивления (ЛНС) и показателя действия взрыва, а также свойств грунта с помощью известной во взрывном деле формулы М.М.Борескова. Выбор ЛНС и показателя действия взрыва производят на основе графических построений для зарядов выброса. После размещения в выработках зарядов и забоечного материала производят последовательное взрывание зарядов.

Недостатками этого способа являются отсутствие прямой увязки высоты возводимой плотины с параметрами зарядов и, как следствие, нерациональность параметров взрыва и недостаточный учет отличий взрыва на выброс и взрыва на сброс. Соответственно не гарантируется получение необходимой высоты плотины, увеличиваются затраты на производство работ. Кроме того, не определены условия для выбора горизонта размещения зарядов.

Техническим результатом настоящего изобретения является получение в результате взрыва плотины заданной высоты с наименьшими затратами путем применения рациональных параметров взрыва с учетом экспериментально установленных закономерностей действия линейных зарядов сброса в бортах горного каньона.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе возведения плотин в горных каньонах взрывом линейных зарядов, включающем проведение подходных и зарядных выработок в грунтовых массивах одного или обоих бортов каньона, одноярусное размещение зарядов, забойку подходных выработок и последовательное взрывание зарядов, при использовании одного линейного заряда в борту ЛНС заряда W_од принимает по формулам линейную массу заряда - по формуле при использовании двух линейных зарядов в борту каньона их параметры принимают через расчетные величины для одиночного заряда Q_л.2 = 0,57Q_л.од и интервал замедления между взрывом первого и второго зарядов - по формуле причем при возведении напорных плотин расстояние между горизонтом размещения зарядов и горизонтом нормального подпорного уровня (НПУ) воды принимают по формуле

где l₃ - длина линейного заряда;
W₁ и W₂ - ЛНС при использовании первого и второго зарядов в борту каньона;
Q_л.1 и Q_л.2 - линейная масса для первого и второго зарядов; h - параметр проектной высоты плотины: при одностороннем взрыве h = H, при двухстороннем h = H₁ для первого взрываемого борта каньона и h = H₂ - для второго взрываемого борта, где H - проектная высота плотины, H₁ - высота плотины, создаваемая взрывом на первом борту, H₂ = H-H₁ - то же для взрыва на втором борту;
B - параметр ширины каньона: при одностороннем взрыве B = a, при двухстороннем - для первого борта B = a, для второго - B = a+0,95H (ctgα₁+ctgα₂) , где a - ширина каньона по дну;
α₁ и α₂ - углы склона для бортов каньона; e - коэффициент взрывной эффективности применяемого ВВ относительно эталонного аммонита 6ЖВ; П - показатель простреливаемости для взрываемого грунта;
ρ - плотность грунта;
g - ускорение силы тяжести;
P_a - атмосферное давление;
d_в - усредненный размер сечения зарядной выработки; Δ - плотность заряжания выработок;
C_т - показатель сопротивляемости грунта трещинообразованию.

При исследовании технического уровня предлагаемого способа не обнаружено технического решения, обладающего признаками, сходными с признаками предлагаемого способа, на основании чего можно считать, что он соответствует критерию "технический уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема производства одностороннего взрыва одним линейным зарядом в массиве одного борта каньона, а - поперечный разрез каньона, б - план, на фиг.2 - схема производства одностороннего взрыва двумя линейными зарядами в массиве одного борта каньона, на фиг.3 - схема производства двухстороннего взрыва с двумя линейными зарядами в массиве каждого борта каньона, на фиг.4 - зависимость относительной высоты плотины H/W_од от относительной длины заряда l₃/W_од, на фиг. 5 - зависимость относительной высоты плотины H/W_од от относительной ширины каньона по дну a/H, на фиг. 6 - зависимость относительной высоты плотины H/W_од от приведенной линейной энергии заряда на фиг.7 - зависимость относительной высоты плотины от обобщенной приведенной энергии заряда на фиг.8 - схема проведения экспериментов с одним и двумя линейными зарядами, на фиг.9 - зависимость относительной высоты плотины H/H₀ от значения W₂/W₀, на фиг.10 - схема производства взрыва для примера 1, на фиг.11 - то же для примера 2, на фиг.12 - то же для примера 3.

Способ осуществляют следующим образом.

Исходными данными являются следующие.

1. Проектные размеры плотины - высота H, ширина по руслу (полная и по гребню), уклоны верхового и низового откосов, сведения о назначении (напорная, безнапорная), положение горизонта НПУ при эксплуатации плотины.

2. Конфигурация каньона - ширина по дну a, углы склонов α₁ и α₂, очертания бортов.

3. Сведения о свойствах грунтов, слагающих борта каньона - наименование, плотность ρ, прочность, крепость, трещиноватость, показатель простреливаемости П, водоустойчивость, возможность оползания.

4. Расположение вблизи места возведения плотины других существующих и проектируемых объектов (сооружений, зданий и др.).

При реализации способа предварительно принимают решение о возможности или невозможности двухстороннего взрыва, исходя из крутизны бортов каньона, расположения охраняемых при взрыве объектов и проектной высоты плотины. Кроме того, принимают рациональную длину линейных зарядов l₃, исходя из заданной ширины плотины по руслу и уклонов верхового и низового откосов плотины. Возможные варианты производства взрыва показаны на фигурах 1-3. Работы ведут в каньоне с профилем 1 до взрыва и после взрыва 2. Для условий работ известно положение 3 горизонта НПУ, а также реки и направления ее движения 4.

Работы начинают с проведения подходных выработок 5 в массивах одного или обоих бортов каньона. Затем проводят зарядные выработки 6, для чего сначала определяют ЛНС для случая использования одного заряда в борту каньона по формуле
при l₃/W_од ≥ 2,5 W_од = 0,23h [4,63 + (B/h)^1,1],

линейную массу такого заряда - по формуле

а для использования двух зарядов в борту каньона их ЛНС принимают по формулам
W₁= 0,74W_од(1,3-sinα_1,2);W₂= 0,74W_од
и линейную массу - по формулам
Q_л.1 = 0,16 Q_л.од; Q_л.2 = 0,57Q_л.од,
где h - параметр проектной высоты плотины: при одностороннем взрыве h = H, при двухстороннем h=H₁ для первого взрываемого борта каньона и h = H₂ - для второго взрываемого борта, где H₁ - высота плотины, создаваемая взрывом на первом борту, H₂ = H - H₁ - то же для взрыва на втором борту;
B - параметр ширины каньона: при одностороннем взрыве B = a, при двухстороннем - для первого борта B = a, для второго - B = a+0,95H(ctgα₁+ctgα₂);
e - коэффициент взрывной эффективности применяемого ВВ относительно эталонного аммонита 6ЖВ;
g = 9,8 м/с² - ускорение силы тяжести;
P_a = 1·10⁵Па - атмосферное давление.

При назначении величины H₁ и соответственно (см.фиг.3) H₂ сравнивают несколько ее вариантов в диапазоне H₁ = (0,35 - 0,65)H, для каждого из которых определяют значения Q_л.од на обоих бортах каньона, а также их сумму Q_л.од.1 + Q_л.од.2. Из рассмотренных вариантов H₁ принимают к реализации тот, для которого сумма линейных масс одиночных зарядов наименьшая, что соответствует минимальным стоимостным и трудозатратным показателям взрыва (см. ниже примеры). При этом чем круче борт каньона, тем большая часть полной высоты плотины создается взрывом на этом борту. После установления значения Q_л.од производят выбор между использованием одного или двух линейных зарядов для каждого из бортов каньона. При двух зарядах всегда меньше расход и соответственно затраты на ВВ, но больше стоимость подходных выработок. Для приближенной оценки считают, что одиночные заряды с линейной массой до 1000 кг/м делить на два заряда экономически нецелесообразно.

После принятия указанным образом параметров взрыва производят проверку пригодности одноярусного расположения зарядов для имеющихся крутизны и высоты склонов по условию устойчивости последних после взрыва. Для этого принятая ЛНС зарядов должна превосходить половину высоты склона над зарядом H_c (см. фиг.1-3).

Положение горизонта размещения зарядов при воздействии напорных плотин принимают таким, что расстояние от этого горизонта до горизонта НПУ 3 составляет

где
Δ - плотность заряжения выработок;
d_в - усредненный размер зарядной выработки;
C_т - показатель сопротивляемости грунта при взрыве, принимаемый для массивов базальтов, габбро, диабазов, порфиритов, кристаллических сланцев равным 3, гранитов и гранитоидов - 2,5, известняков, гнейсов, песчаников - 2, алевролитов и аргиллитов - 1 кг^1/3·м^-1.

При меньших расстояниях трещинами от взрыва нарушается массив выше НПУ, больших - уменьшается эффективность взрыва.

Для ненапорных плотин горизонт размещения зарядов принимают на уровне проектного гребня плотины.

После принятия указанным образом основных элементов взрыва приступают к проведению зарядных выработок, после окончания которого в них размещают заряды ВВ 6, производят забойку подходных выработок 5 и взрывание, причем при использовании двух зарядов их взрывают последовательно с интервалом замедления

где обозначения указаны выше.

В результате взрыва воронки сброса грунта имеют контур 7, плотина - контур в плане 8, с верховым откосом 9 и низовым откосом 10.

Физическое обоснование предлагаемого способа и вывод расчетных формул следующие.

Исходной экспериментальной базой являются результаты цикла работ по моделированию действия взрыва линейных зарядов сброса на специальной вакуумной установке ИДГ РАН и обобщение результатов крупных взрывов на сброс, проведенных в бортах горных каньонов для возведения плотин (Медео, Байзапаз, Бурлыкия, Уч-Терех и др.). Необходимо заметить, что ранее установлена хорошая сходимость результатов моделирования в вакуумной камере и натурных взрывов.

Основные результаты моделирования, используемые в предлагаемом способе.

1. Установлена зависимость относительной высоты плотины от относительной длины линейного заряда H/W_од=f(l₃/W_од). Зависимость представлена на графике фиг. 4 и при l₃/W_од<2,5 аппроксимируется формулой

2. Установлена зависимость относительной высоты плотины (H/W_од) от приведенной линейной энергии заряда (длиной более 2,5 W_од) для угла склона каньона 45^o при разной ширине два каньона a, представленная на графиках фиг. 6, а для различных углов склона α - от обобщенной приведенной линейной энергии на графиках фиг. 7, где


где
E_л - линейная энергия газообразных продуктов взрыва в камуфлетной полости взрыва, Дж/м;
ρ - плотность грунта, кг/м³;
g = 9,8 м/с² - ускорение свободного падения;
P_a = 10⁵ Па - атмосферное давление.

Вид выражений для обоснован в книге В.Н. Родионова и др. "Механический эффект подземного взрыва" (Москва, Недра, 1971), для в техническом отчете Гидроспецпроекта N 276 "Уточнение методики расчета зарядов сброса при строительстве взрывонабросных плотин" (М., 1982).

На графиках имеются максимумы высоты плотины, при которых энергия взрыва используется наилучшим образом с точки зрения получения этой высоты, соответствующие зависимости (см. штрих-пунктирную линию). Отсюда оптимальная обобщенная для различных углов склона приведенная линейная энергия взрыва составляет
(3)
3. По экспериментальным графикам фиг. 5 установлена для зарядов с длиной более 2,5W_од зависимость относительной высоты плотины от относительной ширины каньона по дну a/H в виде

4. Экспериментальное исследование эффекта разделения заряда с некоторой линейной массой Q_л.0. на два заряда с линейной массой Q_л.1 и Q_л.2, суммарно равной Q_л.0, позволило определить наиболее эффективное по высоте образующейся плотины соотношение Q_л.1/Q_л.2= 1/3,5. Схема проведения соответствующих экспериментов представлена на фиг. 8, где 1 - склон каньона, 2 - дно каньона, 3 - одиночный заряд, 4 и 5 - заряды, на которые делится одиночный.

Результаты экспериментов представлены на фиг. 9, где 1 - зависимость при Q_л.1/Q_л.2= 1/2,8; 2 - то же при 1/3,5; 3 - то же при 1/5; 4 - данные при Q_л.1/Q_л.2=1/7; 5 - то же при 3/1.

При оптимальной схеме расположения и распределения масс для двух зарядов достигается высота плотины на 10% больше, чем при взрыве одиночного заряда (см. графики фиг. 9). Оптимальная схема расположения двух зарядов характеризуется следующими значениями линий наименьшего сопротивления: ЛНС одного заряда W_o соответствует оптимальному значению (формула 2), ЛНС второго из пары зарядов, на которые разделен один, составляет W₂=0,82W₀ и направлена в сторону первого заряда (см. фиг. 8), кратчайшее расстояние от второго заряда до склона каньона - R₂ = 1,07W₀, ЛНС первого заряда W₁= R₂-0,82W₀sinα.
5. При переходе от результатов моделирования к натуре следует учитывать разницу в значениях коэффициента разуплотнения песка (модель) и грунта (натура). Установлено, что при высоте пластин от 30 до 100 м и скальных грунтах занижение модельной высоты плотины относительно натурной за счет разницы в коэффициенте разуплотнения составляет приближенно 5%.

Расчетные формулы, используемые в предлагаемом способе, получены следующим образом.

Формула для принятия ЛНС одиночного заряда при его длине более 2,5W_од получена из формулы (4), которая преобразуется первоначально к виду

где
0,95 - поправка на разницу коэффициентов разуплотнения материала в модели и натуре.

Затем полученное расчетное выражение обобщено для условий взрыва как на одном, так и на обоих бортах каньона.

Для этого, во-первых, вместо проектной высоты плотины H введен параметр h, равный H при одностороннем взрыве, H₁ для первого взрываемого борта, H₂ = H - H₁ - для второго, где H₁ - высота плотины, создаваемая взрывом на первом борту, H₂ - то же на втором борту.

Во-вторых, вместо ширины каньона по дну a в расчетную формулу введен параметр B, причем при одностороннем взрыве B=a, при двухстороннем для заряда первого борта B=a, для заряда второго борта B = a+0,95H(ctgα₁+ctgα₂).
В последнем выражении параметр B равен ширине каньона на уровне высоты плотины, образованной первым взрывом. При этом некоторый запас надежности расчета создается неучетом наличия обрушенной породы выше уровня высоты плотины, образованной первым взрывом у этого борта (см. фиг. 1 и 2).

В результате расчетная формула получила окончательный вид

Формула для принятия ЛНС одиночного заряда при его длине менее 2,5W_од получена путем подстановки в выражение (4) для более длинных зарядов соотношения высоты плотины от взрыва "длинных" и "коротких" зарядов. Согласно (1)

где под H в данном случае понимается высота плотины при взрыве коротких зарядов.

Подстановка в (4) дает после преобразований

Далее, принимая в первом приближении усредненно

и вводя коэффициент 0,95 к значению H (на разницу в коэффициентах разуплотнения в модели и в натуре), получаем

или окончательно в обобщенном виде подобно предыдущей расчетной формуле

Формула для принятия линейной массы одиночного заряда получена путем преобразования (2) к виду

Приняв оптимальное значение E_лα по (3), получаем

В работе В. В.Адушкина "Исследование взрывов на выброс линейными зарядами" (Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1984, N 2, с. 43-49) установлено, что линейная энергия заряда пропорциональна линейной массе заряда, т.е.

E_л = KQ_л, (5)
причем коэффициент пропорциональности при использовании аммонита 6ЖВ составляет (в системе размерности единиц СИ)
K = 0,71·4,28·10⁶П^-0,31 = 3,04·10⁶П^-0,31, где П - показатель простреливаемости для обрушаемого взрывом грунта, дм³/кг.

Отсюда, произведя подстановки и преобразования, получаем искомую формулу в общем виде

где
e - коэффициент взрывной эффективности применяемого BB относительно аммонита 6ЖВ;
α₁ и α₂ относятся к разным бортам каньона, в зависимости от того, где расположен взрываемый заряд.

Перейдем к рассмотрению расчетных формул для действия системы из двух зарядов на одном или обоих бортах каньона согласно фиг. 8. По указанным выше экспериментальным результатам разделение одиночного заряда с принятыми по приведенным формулам параметрами на два при оптимальных линейной массе и схеме расположения приведет к завышению проектной высоты плотины в 1,1 раза. В связи с этим необходимо рассмотреть действие некоторого другого (условного) одиночного заряда, который способен обеспечить получение плотины с высотой, равной 0,9 проектной, а при разделении этого заряда на два - полную проектную высоту плотины. Параметры условного одиночного заряда могут быть приняты по тем же расчетным формулам, что для реального, но с подстановкой в них не полной проектной высоты плотины H, а значения 0,9H. При этом оказывается, что приближенно W₀ = 0,9W_од и Q_л.о = 0,9³Q_л.од = 0,73Q_л.од, где индексом "о" обозначены параметры условного заряда. Тогда параметры двух оптимальных линейных зарядов, на которые делится условный одиночный, должны составлять согласно указанным выше экспериментальным оценкам: ЛНС второго заряда в направлении первого
W₂ = 0,82W₀ = 0,82·0,9W_од = 0,74W_од;
кратчайшее расстояние от второго заряда до склона каньона
R₂ = 1,07W₀ = 1,07·0,9W_од = 0,96W_од;
ЛНС первого заряда

линейная масса первого заряда

линейная масса второго заряда

Формулы для принятия W₁, W₂, Q_л.1, Q_л.2 используют в предлагаемом способе.

Формула для принятия времени задержки второго заряда относительно первого получена из условия взрыва второго заряда в момент окончания стадии газового ускорения купола взрыва первого заряда, когда массовая скорость купола достигла максимума. Модельные исследования показали, что необходимое замедление в приведенном виде составляет

где
приведенная ЛНС первого заряда. Разворачивая приведенные величины, получаем

тогда время задержки составляет

Подставив в это выражение зависимость (5) и значение коэффициента К, получаем окончательно

Формула для принятия расстояния между горизонтом НПК и горизонтом размещения зарядов обеспечивает отсутствие наведенной взрывом трещиноватости породного массива выше горизонта НПУ при возведении напорных плотин. Вопрос о размерах зоны трещиноватости от взрыва в различных направлениях от удлиненных зарядов детально исследован в работе Е.А.Азарковича, М.И.Шуйфера и А. П.Тихомирова "Взрывные работы вблизи охраняемых объектов" (М., Недра, 1984). Согласно этой работе (стр. 41 и 14) для горизонтального линейного заряда радиус трещиноватости массива перпендикулярно оси заряда против его середины может быть с некоторым запасом определен по формуле

где
d_в - усредненный размер сечения зарядной выработки, м;
Δ _ плотность заряжения выработки, кг/м³;
γ₁ _ коэффициент, учитывающий положение точек прохождения трещин в массиве - для глубины массива γ₁= 0,5; γ₂ - коэффициент, учитывающий тип взрыва - для взрывов на выброс и сброс
e - коэффициент взрывной эффективности применяемого BB относительно аммонитов 6ЖВ;
C_т - показатель сопротивляемости трещинообразованию грунта, кг^1/3 м^-1, значения которого приводятся в указанной работе.

Подстановка численных значений γ₁ и γ₂ приводит к используемой в предлагаемом способе расчетной формуле

Приведем примеры осуществления способа.

Пример 1 - для условий створа строящейся Камбаратинской ГЭС N 2. Необходимо возвести в каньоне реки напорную плотину высотой H=70 м, шириной по гребню 50 м и полной шириной 160 м. Положение горизонта НПУ - на 5 м ниже гребня плотины. Ширина каньона по дну a=40 м, углы склонов α₁= 48,α₂= 35. Поперечный профиль каньона и схема расположения зарядов показаны на фиг. 10. Условия вырывания характеризуются контуром сечения каньона до взрыва 1, после взрыва 2, горизонтом НПУ 3. Борта каньона сложены песчаниками и алевролитами с плотностью ρ = 2,5·10³ кг/м³ и показателем простреливаемости П = 10 дм³/кг. В створе плотины на одном из бортов каньона располагаются охраняемые объекты, исключающие возможность двухстороннего взрыва.

При реализации способа принято решение о длине используемых линейных зарядов l₃ = 80 м и применении в качестве BB граммонита 79/21, для которого коэффициент взрывной эффективности e=1.

Работы по предлагаемому способу начинают с проведения подходных выработок на более крутом борту каньона. Для определения положения зарядов 4 и 5 принимают ЛНС одиночного заряда по расчетной формуле.

Линейная масса этого заряда согласно расчетной формуле
.

Далее, поскольку линейная масса заряда велика, принимают решение об использовании не одного, а двух линейных зарядов. Величину ЛНС заряда 4 принимают равной
W₁=0,74·128,5(1,3 - sin 48^o)=53,3 м,
заряда 5 -
W₂=0,74·128,5=195,1 м
и линейные массы - по предлагаемым расчетным формулам:
Q_л.1=0,16·81373=13020 кг/м;
Q_л.2=0,57·81373=46383 кг/м.

Проверка на возможность одноярусного взрывания по условию превышения величиной ЛНС половины высоты склона над зарадами показывает (см. фиг. 10), что оно соблюдается.

Положение горизонта размещения зарядов принимают по расстоянию от НПУ 3, которое при усредненном размере сечения зарядных выработок 4,4 и 8,2 м, плотности заряжания выработок Δ = 700 кг/м³, показателе сопротивляемости грунта трещинообразованию C_т=2 кг^1/3 м^-1 для первого заряда составляет
для второго - 31 м.

После принятия параметров взрыва проводят зарядные выработки и размещают в них заряды 4 и 5. Затем производят забойку подходных выработок, после чего осуществляют последовательный взрыв зарядов, причем заряд 4 взрывают мгновенно, а 5 - с замедлением, равным

Контур воронки выброса заряда 4 показан линиями 6, заряда 5 - линиями 7.

Пример 2 - для условий створа плотины на р. Бурлыкия.

Требуется возвести безнапорную плотину высотой H=45 м, шириной по гребню 140 м, полной шириной 270 м. Профиль каньона показан на фиг. 11. Условия взрывания характеризуются поперечным сечением каньона до взрыва 1, после взрыва 2, горизонтом НПУ 3. Ширина каньона по дну a=15 м, углы склонов α₁= 43,5°,α₂= 51°. Борта каньона сложены гранитом с плотностью ρ = 2,6·10³ кг/м³ и показателем простреливаемости П=5 дм³/кг. Плотина возводится в необжитом районе, при отсутствии поблизости охраняемых объектов.

Перед реализацией способа принято решение о производстве двухстороннего взрыва линейными зарядами граммонита 79/21 с длиной на одном борту l₃=180 м и на другом = l₃=120 м.

Работы начинают с проведения подходных выработок на обоих бортах каньона. Затем положение зарядов 4,5,6 принимают на основе определения ЛНС и линейной массы зарядов при различных значениях высоты плотины, возводимой взрывом на первом взрываемом борту H₁=25;22,5;20;17,5;15 и 13 м. Так при H₁= 25 м и соответственно H₂=45-25 = 20 м ЛНС одиночного заряда на взрываемом первом борту по расчетной формуле

Линейная масса этого заряда-
.

Для взрыва на втором борту каньона
B=15+0,95·25(ctg 43,5^o+ctg 51^o)=59,2 м.

Аналогичные определения производят для других вариантов значений H₁ и H₂.

Результаты сведены в табл. 1. Из нее следует, что наименьший расход BB соответствует значениям H₁= 17,5 м, H₂=27 м. Такие условия и принимают к реализации.

Поскольку линейная масса заряда на борту, взрываемом первым, относительно невелика (Q_л.од.1=521 кг/м), деление такого заряда на два нецелесообразно. Поэтому для взрыва на первом борту каньона принимают один линейный заряд 4 при W_од=22 м.

На втором борту используют два линейных заряда 5 и 6. ЛНС первого из них принимают равной W₁=0,74·40,4(1,3-sin 51^o)=15,6 м, второго - W₂=0,74·40,4=30 м, линейные массы = Q_л.1=0,16·2198=352 кг/м; Q_л.2=0,57·2198=1253 кг/м.

Проверка на возможность одноярусного взрывания по условию превышения величиной ЛНС половины высоты склона над зарядами показывает, что оно соблюдается.

Поскольку плотина безнапорная, горизонт размещения зарядов принимают на уровне гребня плотины.

После принятия указанным образом основных элементов взрыва проводят зарядные выработки, затем в них размещают заряды BB 4,5 и 6 и производят забойку подходных выработок. После этого выполняют последовательное взрывание зарядов, а именно заряд 4 взрывают мгновенно, заряд 5 на другом борту - с интервалом замедления относительно заряда 4

заряд 6 относительно заряда 5

Контур воронки выброса заряда 4 показан линией 7, заряда 5 - линией 8, заряда 6 - линией 9.

Пример 3. Необходимо возвести в каньоне горной реки напорную плотину высотой H= 100 м, шириной 150 м, в т.ч. по гребню 50 м. Положение горизонта НПУ - на 10 м ниже гребня плотины. Ситуация представлена на фиг. 12. Условия взрывания характеризуются профилем каньона до взрыва 1, после взрыва 2, горизонтом НПУ 3. Ширина каньона по дну a=30 м, углы склонов α₁= 50°,α₂= 40°. Борта каньона сложены песчаником с плотностью ρ = 2,4·10³ кг/м³ и показателем простреливаемости П=8 дм³/кг. Вблизи места возведения плотины отсутствуют существующие или проектируемые объекты.

Перед реализацией способа принято решение о производстве двухстороннего взрыва зарядами длиной l₃=120 м. В качестве BB принимается граммонит 79/21, для которого e=1.

Работы начинают с проведения в обоих бортах каньона подходных, а затем зарядных выработок. Для определения положения последних принимают варианты значения высоты плотины, образуемой взрывом на одном борту H₁=55;57;60;62 и 65 м, чему соответствует H₂=45;43;40;38 и 35 м на другом. Так при H₁=60 м ЛНС одиночного заряда на первом борту по расчетной формуле

Линейная масса этого одиночного заряда согласно расчетной формуле

Определение параметров одиночного заряда на другом борту каньона проводят по тем же расчетным формулам при h=H₂ и B=30+0,95·60(ctg 50^o+ctg 40^o)= 145,8 м:


Результаты всех определений сведены в таблицу 2.

Из нее следует, что наименьший расход BB соответствует значениям H₁=60 м, H₂= 40 м. Такие параметры принимают к реализации. Ввиду больших линейных масс зарядов на каждом борту используют по два линейных заряда.

На борту каньона, взрываемого сначала, ЛНС заряда 4 (N 1) принимают равной W₁=0,74·81,8(1,3-sin 50^o)=32,3 м, второго 5 (N 2) - W₂=0,74·81,8=60,5 м, их линейные массы - соответственно Q_л.1=0,16·17176=2748 кг/м и Q_л.2= 0,57·17176=9790 кг/м.

На другом борту каньона для заряда 6 (N 3)
W₁=0,74·91(1,3 - sin 40^o)=44,2 м;
Q_л.1=0,16·37432=5989 кг/м; для заряда 7 -
W₂=0,74·91=67,3 м;
Q_л.2=0,57·37432=21336 кг/м;
Проверка на возможность одноярусного взрывания по условию превышения величиной ЛНС половины высоты склона над зарядами, как видно на фиг. 12, показывает, что оно соблюдается.

Положение горизонта размещения зарядов принимают по расстоянию от НПУ, которое составляет при усредненном размере сечения зарядных выработок d_в на одном борту 2,0 и 3,8 м, на другом 3,0 и 5,8 м, плотности заряжания выработок Δ = 700 кг/м³, показателе сопротивляемости грунта трещинообразованию C_т=2 кг^1/3 м^-1 для заряда 4

для заряда 5 - 14,2 м, для заряда 6 - 11,2 м и для заряда 7 - 21,8 м.

После принятия указанных основных элементов взрыва приступают к проведению зарядных выработок, по окончанию которого в них размещают заряды 4,5,6 и 7 граммонита 79/21, и производят забойку подходных выработок. Затем выполняют последовательное взрывание зарядов, а именно заряд 4 - мгновенно, заряд 5 - с интервалом замедления относительно заряда 4.

заряд 6 на другом борту относительно заряда 5 -

заряд 7 относительно заряда 6 -
.

Контур воронок сброса зарядов 4,5,6 и 7 показан линиями соответственно 8,9,10 и 11.

Изобретение обеспечивает следующие положительные технические результаты:
- возведение плотины заданной высоты;
- экспериментальную обоснованность расположения и параметров линейных зарядов;
- наименьшую стоимость работ и трудовые затраты за счет применения оптимальных параметров взрыва;
- предохранение бортов каньона ниже НПУ от трещинообразования при взрыве.

Формула изобретения

Способ возведения плотин в горных каньонах взрывом линейных зарядов, включающий проведение подходных и зарядных выработок в грунтовых массивах одного или обоих бортов каньона, одноярусное размещение зарядов, забойку подходных выработок и последовательное взрывание зарядов, отличающийся тем, что при использовании однолинейного заряда в борту каньона линию наименьшего сопротивления заряда W_од принимают по формулам
при l_з/W_од ≥ 2,5 W_од = 0,23h [4,63 + (B/h)^1,1];

линейную массу по формуле

при использовании двух линейных зарядов в борту каньона их параметры принимают через расчетные величины для одиночного заряда
W₁ = 0,74W_о.д.(1,3 - sinα_1,2) ;
W₂ = 0,74 W_од;
Q_л.1 = 0,16 Q_л.од;
Q_л.2 = 0,57Q_л.од
и интервал замедления между взрывом первого и второго зарядов определяют по формуле
причем при возведении напорных плотин расстояние между горизонтом размещения зарядов и горизонтом НПУ воды принимают по формуле

где l_з - длина линейного заряда;
W₁ и W₂ - линия наименьшего сопротивления ЛНС при использовании первого и второго зарядов в борту каньона;
Q_л.1 и Q_л.2 - линейная масса первого и второго зарядов;
h - параметр проектной высоты плотины: при одностороннем взрыве h = H; при двустороннем взрыве h = H₁ для первого взрываемого борта каньона и h = H₂ для второго взрываемого борта каньона;
H - проектная высота плотины;
H₁ - высота плотины, создаваемая взрывом на первом борту;
H₂ = H - H₁ - то же для взрыва на втором борту;
B - параметр ширины каньона;
B = a - при одностороннем взрыве; при двустороннем взрыве - для первого борта B = a, для второго борта B = a + 0,95H₁
(Ctgα₁ - Ctgα₂) ;
a - ширина каньона по дну;
α₁ и α₂ - углы склона для бортов каньона;
e - коэффициент взрывной эффективности применяемого ВВ относительно эталонного аммонита 6ЖВ;
П - показатель простреливаемости взрываемого грунта;
ρ - плотность грунта;
q - ускорение силы тяжести;
P_а - атмосферное давление;
d_в - усредненный размер сечения зарядной выработки;
Δ - плотность заряжания выработок;
C_т - показатель сопротивляемости грунта трещинообразованию.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13