способ взрывной резки толстостенных конструкций

Формула изобретения

1. Способ взрывной резки толстостенных конструкций, включающий размещение заряда взрывчатого вещества на разрезаемой поверхности и его инициирование, осуществляемое одновременно по всей длине встречно направленными импульсами, перпендикулярными разрезу, отличающийся тем, что на боковой поверхности в месте предполагаемого разреза размещают вспомогательный заряд взрывчатого вещества и осуществляют согласованное инициирование зарядов взрывчатого вещества.

2. Способ взрывной резки толстостенных конструкций по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательный заряд взрывчатого вещества заглубляют в разрезаемую конструкцию.

3. Способ взрывной резки толстостенных конструкций по п. 1 или 2, отличающийся тем, что на противоположной боковой поверхности разрезаемой конструкции размещают дополнительный вспомогательный заряд взрывчатого вещества.

4. Способ взрывной резки толстостенных конструкций по п. 1, отличающийся тем, что инициирование зарядов взрывчатого вещества осуществляют одновременно.

5. Способ взрывной резки толстостенных конструкций по п. 1, отличающийся тем, что инициирование вспомогательного заряда взрывчатого вещества осуществляют с задержкой после срабатывания заряда взрывчатого вещества.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к зарядам для взрывных работ, а именно к взрывной резке металлических, бетонных и железобетонных конструкций различной формы и размеров.

Известен способ, описанный в патенте РФ 2062162, кл. F 42 D 3/00 под названием "Способ дробления металлического монолита".

В металлическом монолите формируют отверстия, расположенные по линии предполагаемого разделения. В отверстиях размещают заряды ВВ, которые затем взрывают. Размещение зарядов ВВ и их взрывание производят по меньшей мере один раз в каждом отверстии. Отверстия формируются, в том числе и с помощью кумулятивных зарядов. Перед дроблением монолит подвергают локальному разупрочнению или охрупчиванию по линиям предполагаемого разделения.

Недостатком данного способа является его трудоемкость и малая эффективность.

Ближайшим техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ резки конструкций, описанный в патенте РФ 2105946, кл. 6 F 42 В 1/00 под названием "Способ резки конструкций и генератор взрывной волны".

Ленточный заряд ВВ размещается на разрезаемой поверхности и инициируется одновременно по всей длине встречно направленными импульсами, перпендикулярными разрезу.

Недостатками такого способа является недостаточная эффективность работы заряда в случае резки толстостенных плоских металлических конструкций, т.к. в результате волн разгрузки максимальные растягивающие напряжения в зонах, примыкающих к боковым поверхностям объекта, могут быть меньше динамического предела прочности и разрушения конструкции не будет. В частности, для железобетонных конструкций это приведет к выкрашиванию бетона, а армирующие стальные прутки будут не перерезаны. Для уменьшения влияния разгрузки требуется значительное увеличение массы ВВ в заряде или использовать другие технические решения.

Задачей настоящего изобретения является создание способа с повышенной эффективностью взрывной резки конструкций и особенно толстостенных металлических и железобетонных конструкций различной формы и профиля.

Настоящая задача решается тем, что в способе взрывной резки толстостенных конструкций, включающем размещение заряда ВВ на разрезаемой поверхности и его инициирование, осуществляемое одновременно по всей длине встречно направленными импульсами, перпендикулярными разрезу, на боковой поверхности в месте предполагаемого разреза размещают вспомогательный заряд ВВ и осуществляют согласованное инициирование зарядов ВВ.

Кроме того, вспомогательный заряд ВВ заглубляют в разрезаемую конструкцию или размещают на противоположных боковых поверхностях разрезаемой конструкции.

Кроме того, инициирование зарядов ВВ осуществляют одновременно или с задержкой после срабатывания основного заряда.

Технический результат выражается в том, что одновременный многоточечный симметричный режим инициирования основного линейного заряда ВВ обеспечивает режим столкновения двух нормальных детонационных волн по линии оси симметрии заряда ВВ, проходящей вдоль большего основания. В результате взаимодействия ударных волн, распространяющихся вглубь материала объекта, отраженных волн и волн разгрузки, возникают волны напряжения, приводящие к возникновению в плоскости, перпендикулярной поверхности объекта и проходящей через продольную ось симметрии заряда (вдоль большего основания) растягивающих напряжений, превышающих динамический предел прочности материала разрушаемого объекта.

Наиболее важным фактором, определяющим эффективность любой динамической системы нагружения, является возможность создания в определенной области материала разрезаемого объекта трехосного напряженного состояния. Создание необходимых радиальных растягивающих усилий, направленных перпендикулярно плоскости разреза, значительно повышают режущую способность способа.

Одновременный подрыв боковых зарядов одновременно с основным зарядом или спустя некоторое время после его подрыва позволяет сформировать дополнительные радиально направленные растягивающие усилия и тем самым нагрузить разгруженные области, примыкающие к боковым поверхностям.

В результате происходит полное разрушение в плоскости симметрии объекта, совпадающей с продольной плоскостью симметрии заряда.

Наличие признаков, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна".

На фиг. 1 и 2 представлены варианты схем размещения зарядов на разрезаемой конструкции.

На фиг.3, 4 и 5 представлена схема распространения детонационных и ударных волн.

На фиг.6 представлена фотография с разрезанным объектом.

Способ реализуют следующим образом.

Взрывная схема (фиг.1 и 2) содержит основной линейный заряд ВВ 1 в виде ленты, боковые заряды ВВ 5, инициирующие многоточечные элементы 2 (генераторы взрывной волны) и линии задержки 6, разрезаемый объект 4, капсюли-детонаторы 3.

Взрывная схема задействуется с помощью одного или нескольких капсюлей-детонаторов 3. На фиг.1 приведен пример двухточечного инициирования основного заряда, когда системы задержки инициирующих элементов зарядов подрываются одновременно с помощью, например, двух капсюлей-детонаторов, каждый из которых инициирует линию задержки только того инициирующего многоточечного элемента, на котором он установлен. Боковые заряды (один или больше на каждой боковой поверхности) подрываются одновременно с основным зарядом или с некоторой задержкой.

Основной и боковые заряды (включая заряды в отверстиях) располагают без зазоров с поверхностями разрезаемого объекта 4.

Рассмотрим работу взрывной схемы на примере случая размещения боковых зарядов в отверстиях (фиг.1, 3).

При многоточечном одновременном подрыве инициирующих элементов 2, расположенных на краях основного заряда 1 к продольной оси заряда с двух сторон, начинают распространяться два детонационных фронта со скоростью D (D, км/с, - скорость детонации для данного ВВ) (фиг.3), которые при многоточечном инициировании, в первом приближении, можно считать линейными (чем меньше шаг инициирования, тем более линейным является детонационный фронт и наоборот) (фиг.5).

При этом вглубь материала разрезаемого объекта распространяются два ударных фронта со скоростью С (фиг.3). Дальнейшее распространение детонационных фронтов по заряду 1 (рассматривается случай, когда толщина заряда ВВ намного меньше его ширины, т.е. заряд принимается условно тонким и толщина заряда не учитывается) приводит к их столкновению по линии продольной симметрии заряда (т. А). Это приводит к дальнейшему распространению вглубь материала разрушаемого объекта 4 по всей протяженности оси предполагаемого реза, совпадающей с продольной осью симметрии заряда ВВ, волнового процесса взаимодействия ударных волн с четко выраженной границей. В результате этого взаимодействия в плоскости, перпендикулярной поверхности объекта 4 и проходящей через продольную ось симметрии заряда 1, возникают волны напряжения, которые в свою очередь приводят к возникновению растягивающих напряжений, превышающих динамический предел прочности материала разрушаемого объекта 4 (A-A₁). В результате того, что растягивающие напряжения возникают в узкой локализованной зоне, то разрушение происходит с образованием трещины, возникающей в плоскости симметрии объекта, совпадающей с продольной плоскостью симметрии заряда. Боковые заряды 5 подрываются одновременно друг с другом в определенный момент времени, например в момент прихода ударной волны, распространяющейся от основного заряда, к месту их расположения (т.А₃) или ранее (фиг.4).

Очевидно также то, что из-за конечных размеров разрезаемого объекта 4 при выходе ударной волны на свободную боковую поверхность будут возникать откольные эффекты, особенно проявляющиеся на тыльных (торцевых) поверхностях разрезаемого объекта. При этом возникают разгруженные области (7, фиг.5), в которых при подрыве только основного верхнего заряда разрушения либо отсутствуют, либо малы.

С помощью боковых зарядов 5 возникают эффективные суммарные радиально направленные растягивающие усилия, что позволяет значительно увеличить эффективность взрывной резки.

Косвенным подтверждением эффективности данного способа является то, что суммарная масса боковых зарядов 5 в случае их размещения в отверстиях составляет менее 5% от массы основного заряда.

С помощью данного способа была разрезана стальная заготовка из малоуглеродистой стали (ст.10) толщиной 460 мм, длиной 800 мм и шириной 800 мм и были использованы следующие заряды, изготовленные из пластичного ВС на основе гексогена:

основной заряд - толщина 20 мм, ширина 410 мм, масса 12,7 кг;

боковые заряды - два заряда суммарной массой 50 г.

Удельный расход ВВ в данном случае составил примерно 3 г на 1 см² площади поперечного сечения заготовки или 5,6 кг/т.

Стальная заготовка была разрезана на две части за один подрыв (фиг.6).

Описанный способ позволяет значительно повысить эффективность взрывных схем для резки толстостенных конструкций, например, из стали или железобетона. При этом способ позволяет полностью за один подрыв разрезать конструкцию на две и более, в зависимости от количества задействованных зарядов, частей. Использование данного способа позволяет получать ровный (в случае металлических мишеней) характер среза без образования осколков.