RU2200933C2

RU2200933C2 - Process of blast cutting of thick-walled structures

Info

Publication number: RU2200933C2
Application number: RU99124531A
Authority: RU
Inventors: С.В. Баталов; Ю.А. Беленовский; В.П. Филин; Б.Г. Лобойко
Priority date: 1999-11-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: blasting operations, blast cutting of metal, concrete and reinforced concrete structures of various forms and dimensions. SUBSTANCE: process of blast cutting of thick- walled structures includes placement of explosive charge on surface to be cut and its initiation carried out simultaneously by means of opposing pulses perpendicular to section over entire length. Auxiliary explosive charge is positioned on side surface of structure in point of anticipated cut and is time-initiated . Auxiliary explosive charge is worked into structure to be cut. Additional auxiliary explosive charge is placed on opposite side surface of cut structure. Explosive charges are initiated simultaneously or with delay. EFFECT: enhanced efficiency of blast cutting of thick-walled structures of various form and profile. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к зарядам для взрывных работ, а именно к взрывной резке металлических, бетонных и железобетонных конструкций различной формы и размеров. The invention relates to charges for blasting, namely to explosive cutting of metal, concrete and reinforced concrete structures of various shapes and sizes.

Известен способ, описанный в патенте РФ 2062162, кл. F 42 D 3/00 под названием "Способ дробления металлического монолита". The known method described in the patent of the Russian Federation 2062162, cl. F 42 D 3/00 under the name "Method for crushing a metal monolith".

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. In the metal monolith form holes located along the line of the proposed separation. Explosive charges are placed in the holes, which then explode. The placement of explosive charges and their blasting is carried out at least once in each hole. Holes are formed, including using cumulative charges. Before crushing, the monolith is subjected to local softening or embrittlement along the lines of the proposed separation.

Недостатком данного способа является его трудоемкость и малая эффективность. The disadvantage of this method is its complexity and low efficiency.

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". The closest technical solution, selected as a prototype, is the method of cutting structures described in the patent of the Russian Federation 2105946, cl. 6 F 42 V 1/00 entitled "Method for cutting structures and blast wave generator".

Ленточный заряд ВВ размещается на разрезаемой поверхности и инициируется одновременно по всей длине встречно направленными импульсами, перпендикулярными разрезу. The tape charge of the explosive is placed on the cut surface and is initiated simultaneously along the entire length by counter-directed pulses perpendicular to the section.

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. The disadvantages of this method is the lack of charge efficiency in the case of cutting thick-walled flat metal structures, because as a result of unloading waves, the maximum tensile stresses in the zones adjacent to the side surfaces of the object can be less than the dynamic tensile strength and there will be no structural failure. In particular, for reinforced concrete structures, this will lead to concrete spalling, and reinforcing steel bars will not be cut. To reduce the effect of unloading, a significant increase in the mass of explosives in the charge is required or other technical solutions are used.

Задачей настоящего изобретения является создание способа с повышенной эффективностью взрывной резки конструкций и особенно толстостенных металлических и железобетонных конструкций различной формы и профиля. The objective of the present invention is to provide a method with increased efficiency of explosive cutting of structures and especially thick-walled metal and reinforced concrete structures of various shapes and profiles.

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. The present problem is solved in that in the method of explosive cutting of thick-walled structures, including the placement of the explosive charge on the cut surface and its initiation, carried out simultaneously along the entire length with counter-directed pulses perpendicular to the cut, an auxiliary explosive charge is placed on the side surface in the place of the proposed cut and the agreed initiation of explosive charges.

Кроме того, вспомогательный заряд ВВ заглубляют в разрезаемую конструкцию или размещают на противоположных боковых поверхностях разрезаемой конструкции. In addition, the auxiliary explosive charge is buried in the cut structure or placed on opposite side surfaces of the cut structure.

Кроме того, инициирование зарядов ВВ осуществляют одновременно или с задержкой после срабатывания основного заряда. In addition, the initiation of explosive charges is carried out simultaneously or with a delay after the operation of the main charge.

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. The technical result is expressed in the fact that the simultaneous multi-point symmetric mode of initiation of the main linear explosive charge provides a collision mode of two normal detonation waves along the line of the axis of symmetry of the explosive charge passing along the larger base. As a result of the interaction of shock waves propagating deep into the material of the object, reflected waves and unloading waves, stress waves arise, which lead to the appearance in the plane perpendicular to the surface of the object and passing through the longitudinal axis of charge symmetry (along the larger base) tensile stresses exceeding the dynamic tensile strength of the material destructible object.

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. The most important factor determining the effectiveness of any dynamic loading system is the ability to create a triaxial stress state in a certain area of the material of the cut object. The creation of the necessary radial tensile forces directed perpendicular to the plane of the cut significantly increase the cutting ability of the method.

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. The simultaneous undermining of the lateral charges simultaneously with the main charge or after some time after its detonation allows the formation of additional radially directed tensile forces and thereby load the unloaded areas adjacent to the side surfaces.

В результате происходит полное разрушение в плоскости симметрии объекта, совпадающей с продольной плоскостью симметрии заряда. As a result, complete destruction occurs in the plane of symmetry of the object, which coincides with the longitudinal plane of symmetry of the charge.

Наличие признаков, отличающих заявляемое изобретение от прототипа, позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна". The presence of signs that distinguish the claimed invention from the prototype, allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

На фиг. 1 и 2 представлены варианты схем размещения зарядов на разрезаемой конструкции. In FIG. Figures 1 and 2 show variants of charge placement schemes on a cut structure.

На фиг.3, 4 и 5 представлена схема распространения детонационных и ударных волн. Figure 3, 4 and 5 presents a diagram of the propagation of detonation and shock waves.

На фиг.6 представлена фотография с разрезанным объектом. Figure 6 presents a photograph with a cut object.

Способ реализуют следующим образом. The method is implemented as follows.

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. The explosive circuit (FIGS. 1 and 2) contains the main linear explosive charge 1 in the form of a tape, side explosive charges 5, initiating multipoint elements 2 (blast wave generators) and delay lines 6, cut object 4, detonator caps 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. The explosive circuit is activated using one or more detonator capsules 3. Figure 1 shows an example of two-point initiation of the main charge, when the delay systems of the initiating elements of the charges are blown up simultaneously using, for example, two detonator caps, each of which initiates a delay line only initiating multipoint element on which it is installed. Side charges (one or more on each side surface) are detonated simultaneously with the main charge or with some delay.

Основной и боковые заряды (включая заряды в отверстиях) располагают без зазоров с поверхностями разрезаемого объекта 4. The main and side charges (including charges in the holes) are positioned without gaps with the surfaces of the object being cut 4.

Рассмотрим работу взрывной схемы на примере случая размещения боковых зарядов в отверстиях (фиг.1, 3). Consider the operation of the explosive circuit as an example of the placement of lateral charges in the holes (Fig.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). With a multipoint simultaneous detonation of the initiating elements 2 located on the edges of the main charge 1 to the longitudinal axis of the charge from two sides, two detonation fronts begin to propagate at a speed D (D, km / s, is the detonation velocity for this explosive) (Fig. 3), which, with multipoint initiation, as a first approximation, can be considered linear (the smaller the initiation step, the more linear the detonation front and vice versa) (Fig. 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).In this case, two shock fronts with a velocity C extend deep into the material of the object being cut (Fig. 3). The further propagation of detonation fronts along charge 1 (the case is considered when the explosive charge thickness is much smaller than its width, i.e., the charge is assumed to be relatively thin and the charge thickness is not taken into account) leads to their collision along the line of longitudinal charge symmetry (T. A). This leads to further in-depth propagation of the material of the destructible object 4 along the entire length of the axis of the proposed cut, which coincides with the longitudinal axis of symmetry of the explosive charge, of the wave process of interaction of shock waves with a clearly defined boundary. As a result of this interaction, stress waves arise in a plane perpendicular to the surface of object 4 and passing through the longitudinal axis of symmetry of charge 1, which in turn lead to tensile stresses exceeding the dynamic tensile strength of the material of the destroyed object 4 (AA ₁ ). As a result of the fact that tensile stresses arise in a narrow localized zone, the destruction occurs with the formation of a crack that occurs in the plane of symmetry of the object, which coincides with the longitudinal plane of symmetry of the charge. Lateral charges 5 are blown simultaneously with each other at a certain point in time, for example, at the moment of arrival of a shock wave propagating from the main charge to their location (T.A ₃ ) or earlier (Fig. 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. It is also obvious that due to the finite dimensions of the object being cut 4, when the shock wave exits to the free lateral surface, spalling effects will occur, especially manifested on the back (end) surfaces of the object being cut. In this case, unloaded regions arise (7, Fig. 5), in which, when only the main upper charge of destruction is undermined, they are either absent or small.

С помощью боковых зарядов 5 возникают эффективные суммарные радиально направленные растягивающие усилия, что позволяет значительно увеличить эффективность взрывной резки. Using lateral charges 5, effective total radially directed tensile forces arise, which can significantly increase the efficiency of explosive cutting.

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. An indirect confirmation of the effectiveness of this method is that the total mass of side charges 5 in the case of their placement in the holes is less than 5% of the mass of the main charge.

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.Using this method, a steel billet of mild steel (st.10) was cut with a thickness of 460 mm, a length of 800 mm and a width of 800 mm and the following charges were used, made of a plastic aircraft based on RDX:
the main charge is a thickness of 20 mm, a width of 410 mm, a mass of 12.7 kg;
lateral charges - two charges with a total mass of 50 g.

Удельный расход ВВ в данном случае составил примерно 3 г на 1 см² площади поперечного сечения заготовки или 5,6 кг/т.The specific consumption of explosives in this case amounted to about 3 g per 1 cm ² the cross-sectional area of the workpiece or 5.6 kg / t.

Стальная заготовка была разрезана на две части за один подрыв (фиг.6). Steel billet was cut into two parts for one blasting (Fig.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. The described method can significantly increase the efficiency of explosive circuits for cutting thick-walled structures, for example, steel or reinforced concrete. Moreover, the method allows you to completely cut the structure into two or more in one blast, depending on the number of charges and parts involved. Using this method allows to obtain a smooth (in the case of metal targets) the nature of the cut without the formation of fragments.

Claims

1. The method of explosive cutting of thick-walled structures, including the placement of an explosive charge on the cut surface and its initiation, carried out simultaneously along the entire length with counter-directed pulses perpendicular to the cut, characterized in that an auxiliary explosive charge is placed on the side surface in the place of the intended cut and carry out coordinated initiation of explosive charges.

2. The method of explosive cutting of thick-walled structures according to claim 1, characterized in that the auxiliary charge of the explosive is buried in the cut structure.

3. The method of explosive cutting of thick-walled structures according to claim 1 or 2, characterized in that an additional auxiliary explosive charge is placed on the opposite side surface of the cut structure.

4. The method of explosive cutting of thick-walled structures according to claim 1, characterized in that the initiation of explosive charges is carried out simultaneously.

5. The method of explosive cutting of thick-walled structures according to claim 1, characterized in that the initiation of an auxiliary explosive charge is carried out with a delay after the explosive charge is triggered.