ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный национальный исследовательский университет» Взрывные работы в сейсморазведке Выполнил: студент 4 курса, группы ГГР-1 -09 Кривощёкова Н. С.
Средства инициирования (взрывания) В современной литературе к средствам инициирования относят инициирующие ВВ с повышенной чувствительностью: первичные гремучая ртуть, азид свинца, азид серебра, смесь азида свинца и тринитрорезорцината свинца, и вторичные, более мощные, гексоген, тетрил, тэн. А также, «. . . огневое, электроогневое, электиреческое и радиоуправляемое инициирование. . . » , в частности «. . . к средствам электрического инициировании ВВ относятся КД капсюль детонатор, ЭД электродетонатор, взрывные и контрольно измерительные приборы, магистральные провода. . . » . В более ранней литературе исключая инициирующие ВВ, к средствам взрывания относили: капсюли детонаторы, электродетонаторы, детонирующий шнур, огнепроводный шнур, средства для зажигания огнепроводного шнура. В принципе, достаточно жесткой классификации средств взрывания или инициирования в данном случае не требуется, однако при изучении курса взрывного дела это следует учитывать.
Основным средством воспламенения являются элоктровоспламенители (ЭВ). Они предназначены для поджигания пороховых зарядов и взрывания инициирующих составов капсюлей детонаторов. Для передачи луча огня на расстояние служат огнепроводные шнуры. К средствам зажигания огнепроводных шнуров относятся электрозажигательные трубки и патроны. Схематически электровоспламенитель представлен на рис. 1. Рис. 1. Электровоспламенитель 1 мостик накливания; 2 воспламенителъный состав; 3 концевые провода
Мостик накаливания изготовляют из тонкой нихромовой проволоки с сопротивлением 1, 0 1, 5 Ом. В электрозапалах к мостику накаливания припаяны два конца провода, подсоединяемые к цепи источника тока. При включении тока мостик накаливания нагревается и поджигает воспламенителей состав. Капсюли детонаторы снаряжаются двумя, а отдельные из них тремя инициирующими ВВ. Эти ВВ разделяются на первичные (высокочувствительные) и вторичные (высокобризантные) инициаторы. Первичные инициаторы взрываются от теплового воздействия, а вторичные усиливают их начальный импульс.
Капсюли детонаторы № 8 (рис. 2) представляют собой комбинированный заряд инициирующих взрывчатых веществ весом 1, 3 1, 5 г, помещенный в металлическую или бумажную гильзу. Диаметр гильзы около 7 мм, средняя длина 49 мм. Дно гильзы имеет сферическое (у металлических) или коническое (у бумажных) кумулятивное углубление. В донную часть гильзы запрессовываются сначала вторичный, а затем первичный инициаторы, которые занимают около 2/3 длины гильзы. Свободная часть гильзы размером 17 23 мм предназначена для ввода огнепроводного шнура. Рис. 2. Капсюли детонаторы. а в металлической гильзе; б в бумажной гильзе; 1 гильза; 2 чашечка; 3 отверстие в чашечке; 4 первичный инициатор
Запрессованный в гильзу заряд сверху прикрывается металлической чашечкой с отверстием в центре диаметром 2 2, 5 мм. Отверстие чашечки предназначено для прохождения к заряду искр от огнепроводного шнура. В зависимости от рода первичного инициатора капсюли детонаторы подразделяются па гремучертутнотетриловые и азидотетриловые. Первые имеют медные, латунные и бумажные гильзы, а вторые алюминиевые или бумажные. Азидотетриловые капсюли детонаторы отличаются от гремучертутнотетриловых своей способностью сохранять взрывчатые качества в увлажненном состоянии, а также значительной мощностью и большей надежностью в действии.
Электродетонатор мгновенного действия ЭД 8 56 (рис. 3) состоит из капсюля детонатора, в дульце которого вставлен электровоспламенитель. Чтобы не допустить проникновение влаги и закрепить электровоспламенитель, в устье гильзы вводится пластикатовая пробка, которая напрессовывается в горячем состоянии на выводные провода электровоспламенителя, после чего па дульце гильзы электродетонатора делают три кольцевых обжатия. Мостик накаливания электровоспламенителя изготовляется из нихромовой проволочки диаметром 0, 03 мм. Рис. 3. Электродетонатор мгновенного действия ЭД 8 56. 1 капсюль детонатор; 2 электровоспламенитель; 3 пластикатовая пробка
Воспламенительный состав двухслойный. Состав первого слоя: хлората калия и роданистого свинца по 50 весовых частей, свинцового сурика одна весовая часть. Этот слой воспламенительного состава замешивается на 4% ном нитролаке. Состав второго слоя: хлората калия 78 весовых частей и угля древесного 22 весовых части. Второй слой воспламенительного состава замешивается на водном рас творе 20 26% ного костного клея. Воспламенительный состав покрывается нитролаком. Второй слой воспламенительного состава предназначен для воспламенения инициирующего ВВ капсюля детонатора.
К электродетонаторам мгновенного действия относится также сейсмический электродетонатор ЭДС (рис. 4). Он отличается от обычных электродетонаторов мостиком накаливания и хорошей гидроизоляцией. Мостик накаливания изготовлен из более тугоплавкого материала с высоким сопротивлением, которое составляет 3 4 Ом. Рис. 4. Электродетонатор сейсмический. 1 гильза; 2 чашечка; 3 первичный заряд; 4 вторичный заряд; 5 воспламенительная головка; 6 мостик накаливания; 7 пласт массовая пробка; 8 выводные провода
Хорошая герметичность ЭДС позволяет без дополнительной гидроизоляции проводить взрывы в скважинах и водоемах на глубине до 150 м. Сейсмический электродетонатор может находиться под водой в течение 3 ч и более, после чего взрывается. Особенность конструкции мостика ЭДС, который не перегорает от тока силой в несколько ампер, а разрушается взрывом заряда ВВ, позволяет фиксировать момент взрыва с точностью до 0, 001 сек, без наличия отдельной моментной магистрали. Это повышает точность отметки момента взрыва, ускоряет процесс работ и в значительной степени сокращает расход проводов. Перед введением в заряды ВВ все электродетонаторы должны подвергаться наружному осмотру. При этом электродетонаторы не должны иметь в металлических гильзах сквозных трещин или раковин, а в бумажных гильзах отслаивания бумаги и осколков тетрила у донной части.
Детонирующий шнур (ДШ) состоит из сердцевины (бризантного ВВ) и гибкой оболочки. Он служит для передачи детонации зарядам ВВ па расстояние. Применяется в сейсмической разведке для одновременного или последовательного взрывания при группировании зарядов, а также как самостоятельный линейный заряд в сейсмической разведке. Рис. 5. Детонирующий шнур ДШ-А 1 - направляющие нити, 2 - сердцевина, 3 - первичная спиральная оплетка, 4 - вторичная спиральная оплетка, 5 - третья спиральная оплетка, 6 - внешняя изолирующая оболочка.
Наиболее широкое применение имеет детонирующий шнур с сердцевиной из кристаллического или гранулированного тэна. Скорость детонации тэнового шнура 6, 5 7, 5 км/с. В 1 м шнура содержится 12 14 г тэна. Тэновый ДШ выпускается в бухтах по 50 м. Имеются три марки тэнового ДШ А, ДШ Б и ДШ В (водоустойчивый), отличающиеся главным образом оболочкой. Оболочка шнура марок ДШ А и ДШ Б по второй и третьей оплеткам из хлопчатобумажных ниток пропитана водоизолирующей мастикой, у шнура марки ДШВ оболочка по третьей оплетке покрыта полихлорвиниловым пластиком, что позволяет применять его в водной среде. Детонирующий шнур должен сохранять детонационные свойства после выдержки в воде на глубине 0, 5 1, 0 м в течение 12 24 ч. Практически шнур ДШВ при герметизации его концов резиновыми колпачками сохраняет детонационную способность в течение нескольких часов в воде, инистом растворе и нефти на глубине 2000 2500 м. Согласно техническим условиям шнуры марок ДШ А и ДШ Б должны сохранять способность к детонации при нагревании в течение 6 ч до температуры 50°С и охлаждении в течение 2 ч до 28°С, ДШВ соответственно до температуры 55°С и 35°С. Работы в скважинах показали, что шнур ДШ В но теряет способность детонировать при температуре до 100°С. Детонирующий шнур можно резать острым ножом на деревянной подкладке. Во время резки шнура бухта должна находиться на расстоянии не менее 10 м и на этом участке необходимо делать петлю. При случайном возникновении детонации такая петля локализует ее распространение по шнуру.
Огнепроводный шнур горит с определенной скоростью. Нормально горящий шнур имеет скорость (рис. 6) горения 1 см/сек, а медленно горящий 0, 5 см/сек. По составу гидроизоляционного покрытия они разделяются на следующие сорта: асфальтированный для работ в сухих и влажных местах, двойной асфальтированный, гуттаперчевый и полихлорвиниловый для работ в мокрых местах и под водой. Шашки - детонаторы. Предназначены для использования в качестве промежуточных детонаторов для надежного возбуждения детонации зарядов ВВ, недостаточно чувствительных к капсюлю детонатору и детонирующему шнуру. Рис. 6. Огнепроводный шнур 1 пороховая сердцевина, 2 нитяные оплетки
Основные параметры, определяющие сейсмическую эффективность взрыва • • В зависимости от характера и условий проведения сейсморазведочных работ применяются взрывы в воздухе или на поверхности грунта, взрывы в шурфах, в скважинах, взрывы в водоемах. Основная задача взрыва создание сейсмического сигнала (импульса) определенной (нужной) интенсивности. Амплитуда и частотный спектр этого сигнала зависят от способа и условий передачи грунту энергии взрыва. Для повышения эффективности действия взрыва в зависимости от местных условий применяют различные заряды ВВ: по форме: сосредоточенный заряд выполнен в виде куба, шара, цилиндра или параллелепипеда, длина которого не более трех размеров диаметра; удлиненный или колонковый имеет длину, превышающую утроенную величину его диаметра; по конструкции: сплошной заряд, не разделенный промежутками; рассредоточенный заряд, отдельные части которого разделены промежутками (участками) воздуха, породы, воды и т. п. ;
• по характеру действия: заряд камуфлета, действие взрыва которого не проявляется на поверхности, а ограничивается образованием полости вследствие уплотнения и измельчения окружающей среды; заряд рыхления, проявляющийся в дроблении и вспучивании горной породы и ее некотором перемещении, но без образования видимой воронки выброса; заряд выброса, взрыв которого сопровождается дроблением выброса породы за пределы воронки взрыва (рис. 7) Рис. 7. Характер действия взрыва при зарядах камуфлета (а) рыхление (б) и выброса (в)
Заряд одной и той же массы может быть как зарядом камуфлета, так и зарядом рыхления или выброса в зависимости от глубины его заложения. Различают следующие элементы воронки взрыва: W – глубин заложения сосредоточенного заряда, или линия наименьшего сопротивления удлиненного заряда (ЛНС), кратчайшее расстояние от центра сосредоточенного или оси удлиненного зарядов до свободной поверхности; 2 а угол раствора воронки взрыва; г радиус воронки взрыва; n = r/Wtga показатель действия взрыва (а половина угла раствора воронки). В зависимости от величины показателя действия взрыва различают разно видности зарядов выброса: нормальный, при п = 1, усиленный, при п >1, и умень шенный, при п <1. Воздушные взрывы. В некоторых районах бурение взрывных скважин затруднено или нежелательно в экономическом отношении. К примеру, в пустынных условиях, в условиях болот, рыхлых отложений. В таких случаях для возбуждения упругих колебаний используются воздушные взрывы. Воздушные взрывы менее эффективны, чем взрывы в шурфах или скважинах. Очень небольшая часть энергии в этом случае передается грунтам. Большая часть энергии теряется в воздушном пространстве, а также в ЗМС, где колебания рассеиваются и поглощаются. В практике установлено, чтобы создать колебания той же эффективности, что при взрыве в скважине, в воздухе необходим заряд приблизительно в 15 25 раз больший. При взрыве в воздухе необходимо принимать дополнительные меры предосторожности противопожарные и по действию ударной волны. Для устранения помех от звуковой волны приходится удалять пункт взрыва от сейсмоприемников, что не всегда желательно.
Параметры ударной волны, а следовательно и сейсмическая эффективность взрыва существенно зависят от высоты подвеса и формы заряда. Установлено, что плоские заряды заметно эффективнее удлиненных. Кроме того, существенную роль при возбуждении колебаний играет приведенная высота подвеса Если заряд подвешен слишком высоко, параметры ударной волны будут слабы для того чтобы возбудить колебания достаточной интенсивности, и если, наоборот, низко, то часть энергии ударной волны будет расходоваться на разрушение грунта у поверхности. Считается по ряду исследований, что оптимальная приведенная высота подвеса h заряда изменяется от 1, 4 до 1, 7 (м/кг). Слишком высоко большие по весу заряды подвешивать неудобно. Поэтому при воздушных взрывах для лучшей передачи энергии грунту надо использовать групповые заряды. Групповые взрывы позволяют, кроме того, подавлять волны помехи различного вида. Заряды взрываются так, что волны помехи находятся в противофазах. При группировании воздушных зарядов на эффективность взрыва влияет расстояние между отдельными зарядами, а также число зарядов в группе. Расчеты параметров группы зарядов для подавления конкретных волн помех выполняются в соответствии с частотной теорией группирования.
Взрывы в водоемах. При взрывах в реках, морях, прудах заряды либо подвешиваются на определенной глубине, либо располагаются на дне, иногда даже углубляются, располагают заряд поверхностью дна (где есть возможность). Вода является хорошим забоечным материалом. Иногда взрывы в водоемах эффективнее даже чем в скважинах. Но взрывы в водоемах имеют свои ограничения. При взрывных работах в водоемах соотношение между глубиной заложения и весом заряда является важным фактором, определяющим интенсивность волны. Если заряд на малой глубине, интенсивность ударной волны будет малой, поскольку значительная часть энергии уходит в воздух. При взрывных работах на достаточно большой глубине продукты взрыва ВВ образуют так называемую газовую полость, пульсации которой создают волны помехи, снижающие качество сейсмозаписи. Стараются применять специальные устройства для подавления пульсаций. Большое значение при взрывах ВВ в водоемах имеет проблема охраны ихтиофауны. Для большинства видов рыб нижняя граница поражающего давления во фронте волны находится в пределах 6 30 кг/см 2. Для определения безопасных и смертельных расстояний существуют формулы R 6 = K 64 g (безопасное) Ял = К (летальное или смертельное), где Кб и Кл зависят от видов рыб. Тарань Кб=22, Кл=17. Сазан Кб=12, Кл=7. Для уменьшения поражающего действия на обитателей водоемов нужно применять ВВ с меньшей скоростью детонации газообразные взрывчатые смеси.
Взрывы в грунтах. При наземной сейсморазведке основной объем наблюдений производится с использованием взрывов зарядов в грунте. Эффективность взрыва в грунтах будет зависеть от типа ВВ, энергии взрыва Е, скорости детонации Д, работоспособности А, бризантности, удельной теплоты взрыва Q. Энергия взрыва пропорциональна удельной теплоте и весу заряда Е ~ QG. Работоспособность пропорциональна удельной теплоте взрыва Q. Считается, что основными определяющими свойствами ВВ являются удельная теплота Q и скорость детонации Д. Экспериментально установлено, что амплитуда и частотный спектр возбуждаемых колебаний определяется выделившейся энергией и практически не зависят от скорости Д, если последняя меняется в пределах 3, 5 8 тыс. м/сек. , т. е. в диапазоне, характерном для ВВ, выпускаемых промышленностью. При наземной сейсморазведке чаще производят взрывы в скважинах. Обычно заряд помещают в скважину под ЗМС несколько ниже уровня грунтовых вод для обеспечения естественной забойки заряда, а также для улучшения качества сейсмозаписи. Реже применяют взрывы в шурфах. Форма заряда влияет на распределение энергии взрыва и в значительной мере определяет поле ударной волны в среде. Импульс продуктов взрыва действующих на преграду, находящуюся вблизи заряда связан с формой заряда следующим соотношением – 10 полный импульс взрыва – Sa площадь поверхности заряда, контактирующей с преградой – S суммарная площадь поверхности заряда
Представим себе заряд с радиусом г и высотой h, основание этого заряда параллельно преграде. Величина импульса, который действует на преграду 1, а величина импульса рассеиваемого (_1_) в перпендикулярных направления к 12. При постоянном G весе заряда с ростом отношения r/h увеличивается величина импульса Ii и уменьшается величина импульса 12, т. е. улучшается направленность взрыва. Распределение энергии взрыва в пространстве оказывает существенное влияние на характер возбуждаемого поля. Энергия волны сжатия, которая распространяется вниз, сосредоточена в пределах небольшого телесного угла. Энергия же распространяющаяся вне этого угла является причиной образования различных волн помех (поверхностные, преломленные неглубокими отражающими горизонтами, поперечные и т. д. ). Поэтому чем больше энергия или импульс взрыва направленные вниз, тем больше амплитуда полезного сигнала, т. е. больше отношение А сигнал IА помеха. Увеличение же горизонтального импульса снижает отношение А сигнал IА помеха в связи с увеличением интенсивности поверхностных и поперечных волн. Поэтому при взрывах в скважинах не рекомендуется применять заряды, у которых длина в 12 15 раз превышает диаметр. При увеличении массы заряда без изменения его формы амплитуда отраженных волн растет быстрее, чем при увеличении массы заряда за счет удлинения. Поскольку размеры скважин ограничивают размеры зарядов, следует применять групповой взрыв. Иногда специальные удлиненные заряды со скоростью Д близкой к скорости распространения продольной волны Vp с успехом применяются для подавления волн спутников.
Большинство исследователей, считают, что амплитуда упругой волны А изменяется с изменением массы заряда по закону A=KG 1/L , где К коэффициент, определяемый условиями возбуждения и регистрации; L вычисляется экспериментально и обычно изменяется от 1 до 3. При увеличении массы заряда G частотный спектр возбуждаемых колебаний смещается в область низких частот и при этом уменьшается ширина спектра. По данным A. M. Иванчука, частота f max, соответствующая максимуму спектра подчиняется закону: fm= Ki. G 1/L, где Кi коэффициент пропорциональности; L изменяется в пределах 3<1<6 для различных грунтов. Чрезмерное увеличении массы заряда нежелательно, как с экономической так и технической точки зрения, т. к. сигнал возрастает медленнее, чем масса заряда, кроме того, растет амплитуда волн помех. Поэтому при проведении сейсмических взрывных работ необходимо подбирать оптимальный заряд исходя из местных условий. При взрывах зарядов вблизи свободной поверхности, когда образуется воронка, на характер нарастания амплитуды колебаний оказывает влияние приведенная глубина заложения заряда h = -j. Амплитуды отраженной волны А от приведенной глубины заложения заряда h, типичной для случая, когда свойства грунта не изменяются с глубиной будет иметь вид гиперболы и будет несколько возрастать.
• • • Из выше рассмотренного можно сделать вывод, повысить коэффициент полезного действия взрыва можно путем группирования зарядов. Группированием зарядов называется расположение нескольких одиночных зарядов в одинаковых условиях и соединение их между собой в одну или несколько групп с помощью детонирующего шнура или электродетонаторов мгновенного действия для одновременного взрывания. Групповым взрывом называют одновременный взрыв нескольких зарядов, расположенных в нескольких точках. Групповые взрывы позволяют достичь следующих эффектов: Статистический эффект, повышающий отношение амплитуды сигнала к амплитуде случайных помех. Эффект осреднения условий взрыва, позволяющий снизить влияние местных условий (в районе очага взрыва) на интенсивность и форму возбуждаемых колебаний. Эффект направленности, который дает возможность выделить полезный сигнал на фоне волн помех. Расстояние между зарядами в группе в значительной мере определяет величину энергии взрыва, которая расходуется на разрушение грунта, так и на возбуждение колебаний. Если расстояние между соседними зарядами в группе таково, что зоны пластических деформаций перекрываются Li то в зоне перекрытия под действием повышенного давления будет проходить разрушение породы, чем больше эта зона , тем больше будет тратиться энергии на дополнительные разрушения связанные с действием волн сжатия.
Поэтому при выборе расстояний между зарядами надо основываться на радиусе действия пластических деформаций. Оптимальное значение L 0=2 R пл. при котором потери минимальные. Для определения радиуса пластических деформаций существует формула: Rnn = Knnl[G Для Кпл существуют сложные формулы (для различных условий работ он изменяется от 1, 0 до 2, 6). При полном камуфлетном взрыве в скважинах Rroi=l, 5 тогда Rnn = . 5 l[G , a Lo = 3[g , когда взрывают заряды различной массы Lo = 1. 5(з/(^ + JG^. Справедливость этих формул подтверждена экспериментально. Расстояние между зарядами влияет на частотный состав колебаний. С увеличением L спектр несколько смещается в область высоких частот, но только до определенного Lo, при котором спектр не изменяется (т. к. от 0 до Lo происходит нелинейное взаимодействие волн сжатия, в это момент действие взрыва как бы между одиночными зарядами и массой равно сумме единичных зарядов в группе. При достижение Lo такое взаимодействие исключено. Существуют специальные расчеты, показывающие что амплитуда сигнала меняется пропорционально числу зарядов в группе, т. е. А~т амплитуда пропорциональна суммарной массе зарядов группы. Частотный же состав колебаний не зависит от числа зарядов, а определяется (характером единичного взрыва) массой единичного заряда и условиями его подрыва.
Скачать презентацию ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Взрывные работы в сейсморазведке.ppt