Взрывные работы (взрывать — sprengen, faire sauter, to blow up). При сооружении современных путей сообщения взрывная техника (см. Взрывчатые вещества, Запалы, Патроны) применяется для разрушения каменных препятствий. Это дало возможность проложить много туннелей (см. Туннельные работы), уничтожить рифы при входе в нью-йоркский порт, пороги в Железных воротах Дуная и т п. Разрушающее действие взрывчатых веществ основано на чрезвычайно быстром превращении их при известных условиях в газы. Динамиты (см. это слово) взрывают быстрее и с развитием большей силы, чем обыкновенный порох. При взрыве пороха первые газы расширяют зарядную камеру и производят радиальные трещины, которые затем увеличиваются в размерах от дальнейшего действия газов. При взрыве динамита происходит несравненно более сильное разрушение ближайших к заряду частей породы. Обыкновенно во взорванной мине различают три пояса: пояс раздробления (Zermalungszone ), пояс сдвига ( Verschiebungszone) и пояс трещин (Trennungszone). Пороховые взрывы дают совершенно ничтожные пояса раздробления, средней величины пояса сдвига и относительно большие пояса трещин. Динамитные взрывы, наоборот, дают относительно большие пояса раздробления и сдвига и относительно малые пояса трещин. Результат динамитного взрыва в твердой породе — обыкновенно коническое углубление (взрывной конус), радиус подошвы коего равен глубине заложения снаряда, и вокруг него более или менее широкий пояс трещин. Размеры последнего и состояние вынесенных частей породы зависят от силы и быстроты взрыва динамита и, следовательно, от способа взрыва и от сорта динамита. Так, например, 10 килограммов динамита № III (по шкале Нобеля), заложенные на глубину 3 метров в твердую породу, при правильном приготовлении и взрыве мины дают коническую яму примерно в 3 м радиусом. Такую же по размерам яму можно было бы получить, употребив вместо 10 килограммов динамита № III только около 6,8 килограмма динамита № II, но при этом пояс раздробления был бы больше, а пояс трещин меньше. Динамит № III дал бы, затем, большие глыбы камня, обнаружив на большое расстояние естественные трещины и плоскости напластования, но не произведя в отделенной породе многих новых трещин: полученный камень был бы вполне пригоден для построек. Динамит № II, напротив, измельчил бы оторванную породу, но действие его на окружающие части было бы гораздо слабее. При более высоких сортах динамита, каковы динамит № I, целлюлозный динамит и пр., местное разрушение оказывается еще сильнее, общее относительно еще слабее. Сильные сорта динамита применяются при устройстве штолен, шахт и т. п., т. е. узких ходов, стены которых должны быть по возможности мало повреждены. Слабые сорта служат при расширении туннелей, выломке камня и т. п. Применимость динамита для таких различных целей, его относительная дешевизна и безопасность, возможность употребления в местах сырых и даже под водой (в последнем случае без предварительного бурения для образования минных скважин) — все эти качества динамита сделали его в настоящее время универсальным средством для взрывных работ, почти совсем вытеснившим из употребления обычный, слабый, опасный, легко сыреющий обыкновенный порох.
Наиболее распространенный в практике способ употребления динамита состоит в следующем. В каменной породе, в которой должен быть произведен взрыв, делается буровая скважина (шпур) диаметра, соответствующего размерам динамитных патронов, и глубины, зависящей от условий работы и возможных размеров заряда. Скважина делается или ручной работой, или машинной, посредством особых бурильных машин, перфораторов (см. Бурение). Когда скважина готова, ее заряжают динамитными патронами, плотно прижимая их друг к другу и стенкам скважины деревянным шомполом. При уплотнении патронов их оболочки часто разрываются, но это не имеет никакого вредного значения, если только в скважине нет воды. Верхний патрон не прижимается, а устанавливается свободно; в него предварительно помещается взрывная капсула (см. Запал) с зажигательным фитилем или с электрической проволокой. Затем скважина заполняется осторожно продуктами бурения и глиной, причем последняя не уколачивается, а только прижимается к стенкам, и тогда мина готова для взрыва. Электрический способ взрыва должен быть предпочитаем всегда, как только поле действия хоть сколько-нибудь значительно. Так как продолжительность горения фитилей может быть определена только приблизительно и оказывается не одинаковой для фитилей равных длины и диаметра при разных условиях сырости и вентиляции, то они представляют большую опасность для работы. Взрыв может произойти прежде, чем рабочие отойдут достаточно далеко, или же они могут вернуться прежде времени в уверенности, что все мины взорваны. Притом горящие фитили при подземных работах очень портят воздух в галереях, и заполнение скважины при употреблении фитилей требует гораздо более работы; наконец, фитили не дают возможности произвести взрыв значительного числа мин одновременно, что легко достигается при употреблении запалов, взрываемых электричеством. Такие одновременные взрывы позволяют при правильном распределении скважин отделять куски пород почти произвольных размеров и формы со значительным сбережением взрывчатого вещества (до 50 % против фитильного способа). При подводных взрывах, в особенности на большой глубине, преимущества электричества еще очевиднее. Динамит при употреблении его под водой требует некоторых особых предосторожностей. Если взрывы производятся вскоре после заряжания, то прием приготовления мины остается тот же. Но отдельные патроны динамита должно до погружения в воду покрыть слоем водонепроницаемого вещества, напр. смолой или, лучше, спиртовым раствором шеллака, и затем в скважине не раздавливать. Верхний край взрывной капсулы после того, как в нее вставят фитиль, плотно замазывается салом или воском, чтобы вполне предохранить гремучий состав от воды. После вложения запала в патрон поверхность всего заряда прикрывается слоем просаленной пакли, и бумажный мешок плотно завязывается, причем его края замазываются воском или салом. Если заряд должен пробыть под водой некоторое время, то динамитный заряд необходимо опускать в скважину в общем помещении из пергаментной бумаги, покрытом шеллаком или, лучше, в жестянке, или же употреблять вместо обыкновенного динамита целлюлозный динамит. Непринятие этих мер может повлечь за собой выделение в воде из динамита нитроглицерина, который, скапливаясь в трещине породы, при бурении новых скважин может быть источником очень опасных взрывов. Указанные неудобства устраняются и вместе с тем значительно упрощаются работы, если динамит взрывают под водой не в скважинах, а просто положив патроны на поверхность породы, прикрыв металлическим колоколом или предварительно заложив их в мешки с бетоном. Однако в этом случае результаты ниже взрывов скважинных, так как динамит, лежащий на породе, разрушает ее сжатием, а заключенный в нее — растяжением и скалыванием. Сопротивление же камня этим усилиям во много раз менее, чем первому.
Динамит замерзает при 6—10° Ц. и тогда трудно взрывается; поэтому до погружения в скважину необходимо осторожно его оттаять в жестяном ящике с двойными стенками, между которыми наливается теплая вода. Если взрыв не удался, заряд не следует вынимать из скважины, а нужно уничтожать взрывом заложенной рядом новой мины.
Зависимость между глубиной заложения мины и размером заряда выводится для каждого частного случая работ путем опыта; при этом вообще нужно иметь в виду, что более глубокие мины относительно выгоднее и дают на единицу веса взрывчатого вещества более камня, так как при геометрически одинаковых условиях заложения объемы взрывных конусов возрастают быстрее, чем нужные для отделения их заряды. Получаемые при разных взрывных работах количества камня, или размеры произведенной выемки при одном и том же взрывчатом веществе, отнесенные к весовой единице последнего, зависят от очень большого числа обстоятельств, каковы цель работ, способ их производства, крепость породы, размеры фронта работ, характер бурильных приспособлений и т. д. Данные, представляющие особенный интерес по отношению к работам туннельным, где описанный выше способ взрывов посредством малых мин находит постоянное и широкое применение, приведены в следующей таблице:
| Место работ | Каменная порода | Средняя площадь разработки в квадр. метрах |
Расход динамита на кубич. метр добытого камня в килогр. |
Расход механической работы на кубич. сантим. объема скважины в килогр.-метрах |
|---|---|---|---|---|
| С.-Готтардский туннель (1878 г.) | Очень твердый, плотный гнейсогранит | — | 1,18 | — |
| С.-Готтардский туннель | Крепкий гнейсогранит | — | — | 67[1] |
| Леггистейнский туннель. Вход | Твердый гнейс (Augen-gneiss) | 6,0 | 1,42 | 56[1] |
| Леггистейнский туннель. Выход | Очень твердый, плотный гнейсогранит | 6,0 | 1,83 | — |
| Ваттингенский туннель. Вход | Мелкозернистый гнейсо-гранит со слюдяным сланцем | 6,0 | 1,13 | 52[1] |
| Ваттингенский туннель. Выход | Мелкозернистый гнейсо-гранит с трещинами | 6,0 | 1,53 | — |
| Шпицбергский туннель. | Слюдяной сланец | 4,4 | 3,0 | 57[1] |
| 17,1 | 1,3 | — | ||
| 26,0 | 1,19 | — | ||
| Трещиноватый кварцит | 4,4 | 2,0 | — | |
| 17,1 | 0,66 | — | ||
| 26,0 | 0,40 | — | ||
| Подъем на С.-Готтард. Участки: I, III и IV. Средняя для 8 туннелей |
Гнейс и гнейсо-гранит | 35,0 | 0,70 | — |
| Линия ж. д. Темешвар-Оршова. Энгельский туннель у Арменьес |
Крепкий, вязкий темно-серый гнейс | 5,0 | 1,35 | — |
| Энгельский туннель у Арменьес | Крепкий, вязкий темно-серый гнейс | 30,0 | 0,62 | — |
| Фрейберг | Фрейбергский гнейс | — | — | 50[1] |
| — | — | 76,5[2] |
Описанный выше способ производства взрывных работ посредством небольших буровых скважин значительно видоизменяется, когда массы породы, подлежащей отделению взрывами, бывают очень велики и фронт работы или поле взрывов при этом не стеснено. Этот случай чаще всего встречается при разработке каменоломен (каменных карьер) для портовых работ, а также при взрывах подводных скал и рифов с навигационными целями.
При добывании камня для портовых работ нет никакой надобности, чтобы куски его получались правильной формы. Существенно только, чтобы они были возможно больших (в пределах подъемной силы перевозочных средств) размеров и чтобы получение их стоило как можно дешевле. Для достижения этих целей мины должны быть заложены как можно глубже в породу. Но по мере увеличения глубины заложения мины размеры заряда возрастают; вместо скважины тогда делают штольни или шахты, а в конце их устраивают одну или несколько зарядных камер. Работы по сооружению таких ходов и камер вполне аналогичны с туннельными. После заряжания мин все выходы из них очень прочно и тщательно заделываются каменной кладкой на растворе. Необходимо также предварительно в камерной части заделать все трещины, чтобы взрывные газы, проникая в них, не теряли в своем полезном действии. Выдающиеся взрывные работы подобного рода были произведены во второй половине нашего столетия в карьерах порта Фриуль возле Марселя, в карьерах Систиана возле Триеста, в Фиуме и в Голихеде. Наибольшие мины в Фриуле были взорваны в 1851 и 1857 гг. в присутствии Наполеона III и великого князя Константина Николаевича. Мины эти были заряжены 32470 килогр. пороха и дали 100 тысяч куб. метров камня, что составляет на один куб. метр 0,3247 килогр. пороха. Из мин, взорванных в Систиане, наиболее замечательны № 16 с зарядом в 13100 килогр. пороха, № 18 с 17700 килогр. и № 12 с 30000 килогр. Первая дала 34977 куб. метров камня, вторая около 50000 куб. метров, третья 70000 куб. метров. Эти количества соответствуют 0,37 килогр., 0,35 килогр. и 0,43 килогр. пороха на куб. метр оторванного камня, но надо заметить, что во втором и третьем случаях оторванные части были очень больших размеров и потребовали значительных добавочных взрывных работ. В Голихеде заряды пороха изменялись от 600 до 21000 английск. фунтов, или примерно от 270 до 9500 кил. Наименьший расход пороха получился при взрыве мины № I с зарядом около 6000 кил., давшем около 30000 куб. метров камня, что составляет на куб. метр. 0,2 килограмма. Все эти работы, как ни громадны они, бледнеют перед колоссальным нью-йоркским взрывом подводного скалистого рифа Флёд-Рок (Flood-Rock) площадью в девять акров (3,33 десятины). На этот взрыв одновременно употреблено 240399 англ. фунтов новооткрытого взрывчатого вещества рёкерока (rakarock) и 42331 фунт динамита, всего 282730 английск. фунтов, или около 128 тысяч килограммов. Количество породы, которое взрывалось этим зарядом, было около 207 тысяч куб. метр., что соответствует расходу на кубич. метр 0,61 килограмма взрывчатого вещества (рёкерока и динамита). Внутри подводной скалы были проведены посредством бурильных машин (перфораторов) продольные и поперечные галереи в сложности длиной 21669 фут., в которых было размещено для упомянутого единовременного взрыва 13286 зарядов, вложенных в бурильные скважины общей длиной 113102 фута. Работы производились под руководством инженер-генерала Ньютона. В 11 часов 13 минут его двенадцатилетней дочерью ток был замкнут, и вода поднялась кипящей массой более чем на 1312 фут. длиной, 820 фут. шириной и различной высоты, достигавшей 198 фут., с большим количеством газов различных окрасок. Специальными наблюдениями было отмечено три последовательных толчка в течение 45 секунд, не причинивших вреда городу. Шум от взрыва слышался очень далеко и продолжался 40 секунд. Этим замечательным взрывом завершалась (если не считать уборки обломков скалы) 16-летняя работа по уничтожению и расчистке множества рифов и скал в проходе Хэлль-Гэт при входе в Нью-Йоркский порт; этим способом сократился более чем на 12 час. путь к Нью-Йорку из Атлантического океана. Работы эти, не считая расходов на уборку обломков скалы на Флёд-Роке, стоили 5139120 доллар. Они имеют большое значение и для взрывной техники вообще, так как благодаря им инженерами Абботом и Ньютоном были произведены подробные исследования о передаче взрывов под водой путем влияния одного снаряда на другой на расстоянии, т. е. над так называемыми симпатическими взрывами в воде, и сравнительные испытания (Аббот) над всеми почти взрывчатыми веществами относительно силы действия их под водой (см. Взрывчатые вещества).
Литература: Ed. Ržiha, «Die Theorie der Minen basirt auf der Wellenbewegung in concentrischen Kugelschichten» (Лемберг, 1866); В. В. Салов, «Портовые сооружения» (СПб., 1868); I. Lauer, «Spreng und Zündversuche mit Dynamit» (Вена, 1872); M. J. Callon, «Cours professé à l’Ecole des Mines» (Париж, 1874); J. Vogel, «Mauerwerks Sprengungen zu Linz» (Вена, 1874); Hamm, «Die Sprengcultur» (Берлин, 1877); H. Hoefer, «Beiträge zur Sprengoder Minen-Theorie» (Вена, 1880); Шах-Назаров, «Руководство для взрывов» (СПб., 1879); Mackensen et Richard, «Tunnelbau» (Лейпциг, 1880); Böckmann, «Die explosiven Stöffe und praktische Anwendung in der Sprengtechnik» (Вена, 1880); Kraft «Arbeitseffecte am Gestein» («Jahrb. f. B. u. H.», 1881); Krause, «Die moderne Sprengtechnik» (Лейпциг, 1881); Mahler et Eschenbacher, «Die Sprengtechnik» (Вена, 1881); «Technischer Unterricht für die K. K. Pionnier-Truppe. Spreng-Arbeiten» (Вена, 1881); J. Lauer, «Methode der Felssprengungen unter Wasser mit frei aufliegenden Sprengladungen» (Вена, 1882); Karmasch und Heeren’s, «Technisches Wörterbuch» (VIII т., Прага, 1885, Sprengen); L. Franzius, «Die Bau-Maschinen» (Лейпциг, 1885); R. v. Ržiha, «Ueber die Bohrfestigkeit der Gesteine» («Zeit. des Oes. Ing. u. Ar. Ver.», 1888); князь А. Т. Гинглят, «Уничтожение подводных рифов, скал и камней взрывным способом в Америке» (СПб., 1888); К. Dolezalek, «Der Tunnelbaut» (1889); А. Г. Нюберг, «Курс портовых сооружений» (СПб., 1891); Mich. vod. Könives-Toth, «Ueber Felssprengungen unter Wasser mit Bezug auf die Arbeiten am Eisernen Thore» («Zeitsch. der Oest. Ing. u. Ar. Vereins», 1891).
Примечания
править- ↑ а б в г д Существенное значение при бурении скважин имеют не их абсолютный объем, а возможно большее проникание их в толщу породы. Калибр буров поэтому не должен быть велик, и, как показал опыт, наиболее благоприятные результаты дают ударные перфораторы при ширине долота в 35—40 мм В случаях, отмеченных (1), она была равна 30—35 мм.
- ↑ Сверлильный перфоратор системы Брандта для скважин диаметром в 100 мм.