Источник: 15-я международная научная конференция молодых ученых. 2009 г.
Сооружение подземных хранилищ различного назначения с использованием энергии камуфлетных взрывов обеспечивает существенные технико-экономические преимущества по сравнению с другими методами строительства [1]. Широкая механизация сельского хозяйства с использованием машин с двигателями внутреннего сгорания, а также благоустройство населенных пунктов потребовали размеще- ния складов небольших объемов дизельного и другого топлива, сжиженных углеводородных газов, максимально приближенных к потребителям. Кроме того, для захоронения вредных отходов металлургического и другого производства оказывается наиболее целесообразным в определенных породах создание подземных емкостей небольших размеров способом камуф- летных взрывов.
Строительство подземных емкостей осуществляют с использованием камуфлетного заряда ВВ и используют в качестве хранилищ нефтепродуктов на автозаправочных станциях и глубинных нефтебазах, хранилищ для сжиженных углеводородов. Подземные хранилища имеют ряд преимуществ перед наземными резервуарами: они требуют меньших затрат, характеризуются меньшими эксплуатационными расходами и ме- таллоемкостью; земельные участки, отводимые под строительство подземных хранилищ, как правило, меньше, чем для равноценных по вместимости парков, укомплектованных металли- ческими резервуарами. Кроме того, они пожаро- и взрывобезопасны. Сущность способа заключается в следующем. В устойчивых пластичных породах с поверхности земли до требуемой глубины бурят скважину диаметром 250-300 мм. Для изо- ляции скважины от вышележащих водоносных горизонтов ее крепят металлическими труба- ми с последующей цементацией затрубного пространства. Затем скважину меньшим диамет- ром (150-200 мм) углубляют до отметки заложения ВВ. В скважину опускают прострелоч- ный заряд взрывчатого вещества (рис. 1), и заполняют ее гидрозабойкой и взрывают. В обра- зовавшуюся сферическую полость закладывают основной заряд ВВ и производят основной взрыв, в результате которого образуется емкость проектных размеров, соединенная с по- верхностью земли скважиной [2]. В [3] получено теоретическое решение задачи формирования воронки выброса при взрыве вертикального линейного заряда. Аналитические исследования на основе полученных зависимостей позволяют выделить по длине такого заряда участок, ответственный за эффект выброса грунтового массива с образованием воронки. Технологически такая воронка выбро- са может быть основной целью взрыва. Тогда параметры вертикального линейного заряда ограничиваются величиной участка выброса, превышение которой не увеличивает объема выброса. При увеличении длины заряда его действие переходит в камуфлетную фазу с обра- зованием вертикальной камуфлетной полости, которая в верхней части переходит в воронку выброса. При увеличении длины заряда газообразные продукты взрыва нижней части заряда неспособны выполнить работу выброса, их энергия идет на совершение работы по уплотне- нию прилегающей к заряду почвы (образование камуфлетной полости) и тепловые потери. Заряд делится на две части: в верхней части - заряд выброса, в нижней - камуфлетный. Одно- временно с образованием воронки выброса в верхней части заряда А происходит поднятие камуфлетной полости под действием давления газового пузыря, который расширяется в нижней части заряда Б . Механизм формирования камуфлетной полости и перспективы развития технологии рассмотрены в [3, 4].
Поскольку форма сечения образованной взрывом воронки выброса зависит от свойств грунта, наиболее устойчивыми являются воронки в вязких пластичных грунтах. В сыпучих грунтах из-за незначительного их сцепления сечение воронок имеет форму треугольника. В легких слабосвязанных грунтах типа суглинков, супесей сечение воронки представляет со- бой комбинацию треугольника с параболой [6]. Емкость может быть создана также через шурф с диаметром закрепленной части 1,25- 1,3 м, незакрепленной - 0,8 м. В этом случае прострелочных взрывов не осуществляют, а ос- новной заряд ВВ размещают в незакрепленной части шурфа [1]. Строительство емкостей че- рез шурф осуществляют в том случае, когда в ней предусмотрено возведение постоянной крепи. Камуфлетный взрыв заряда ВВ приводит к образованию в пластической породе зоны уплотнения, в которой первоначальные физико-механические свойства среды резко изменя- ются. Следует отметить, что уплотненные взрывом глинистые породы обладают способно- стью развивать под действием постоянного пластового давления деформации ползучести, и значительно снижать свою прочность во времени, причем этот процесс не стабилизируется. Как показывает практика, в большинстве разновидностей типов горных пород незакреплен- ные полости сохраняют свое устойчивое состояние в пределах 2-3 лет. В связи с этим для увеличения срока службы емкости, в ней должна быть создана постоянная крепь. При использовании асимметричных зарядов образуется вытянутая полость в форме круглого цилиндра или усеченного конуса, менее сферическая по сравнению со сферической [7]. Ее предельный диаметр 2,8-3 м. Приращение вместимости обеспечивается увеличением вертикального размера – до 7 м3 на 1 м глубины. Естественным решением задачи сооруже- ния подземных хранилищ повышенной вместимости (тысячи м3 ) является объединение не- скольких индивидуальных устойчивых полостей в один резервуар, т.е. создание хранилищ кассетного типа [7].
Все заряды, предназначенные для сооружения кассетного хранилища, инициируются одновременно. Известно, что в этом случае суперпозиция волновых процессов может при- вести к резкому увеличению интенсивности напряженного состояния грунтового массива в зоне, размеры которой соответствуют длине волны. Создают условия для увеличения радиу- са зоны необратимых деформаций (разрушение) на 35-40 % при линейно-протяженном и на 70-75 % при кустовом (равноудаленном) расположении зарядов в группе по сравнению со взрывом одиночного заряда [7].
Выводы: 1. Преимущества: подземные хранилища требуют меньших затрат, характеризуются меньшими эксплуатационными расходами и металлоемкостью; земельные участки, отводи- мые под строительство подземных хранилищ, как правило, меньше, чем для равноценных по вместимости парков, укомплектованных металлическими резервуарами. Кроме того, они по- жаро- и взрывобезопасны. 2. Недостатки проведения взрывных работ: необходимость помещения детонаторов в каждом из зарядов, что делает дороже работы и уменьшает надежность зарядов; невозмож- ность получить полость правильной цилиндрической формы при взрывании серии отдель- ных зарядов; получение выработки весьма ограниченных размеров.