Оценка разрушающей способности взрывов и безопасности человека от ударной волны - Использование взрывчатых веществ
На основании значительных исследований на базе реальных повреждений типовых зданий и промышленных сооружений, вызванных ударными волнами при взрывах ВВ, широко используется в мировой практике формула, устанавливающая зависимость массы заряда взрывчатого вещества M(эквивалентна энергии взрыва Е ) от расстояния R , соответствующего расстоянию от места взрыва до объекта разрушения:
, (5.1)
Где К - константа соответствующего уровня разрушения.
При массе M >5000 кг формула (5.1) принимает вид
Или. (5.2)
Известные и найденные по характеру разрушений тротиловые эквиваленты позволяют определить энергию взрыва Е различных ВВ. Однако при этом следует учитывать и конкретные условия взрыва.
Известно, что первоначально вся энергия сосредоточена в источ-нике в форме потенциальной энергии. В момент взрыва она переходит как в тепловую и кинетическую энергию различных областей и фрагментов системы, так и в энергию излучения.
Энергия волны взрыва как движущейся части газовой среды складывается из тепловой энергии
(5.3)
И кинетической
, (5.4)
Где r - плотность ВВ;
С - теплоемкость;
Q0 , q - начальная и конечная температуры;
V - объем волны.
На поздней стадии развития процесса суммарная энергия волны Е=ЕТ +ЕК оказывается величиной постоянной и не изменяется во времени. Это постоянство на стадии слабого взрыва характерно для всех взрывных процессов. При взрывах конденсированных ВВ на образование воздушной ударной волны расходуется практически вся (более
90 %) энергия взрыва.
Ориентировочные значения энергетических показателей взрывоопасности Е , M , QВ и R 0Определяют по зависимостям, приведенным в [34], или другими уточненными методами, исходя из конкретных условий. Из уравнения энергетического баланса ударной волны с учетом конкретных условий определяют реально возможный эквивалент ТНТ (тринитротолуола), а по закономерностям "кубического корня" (зависимость (5.2)) - реальные расстояния R соответствующих уровней разрушения, площади, описываемые этими радиусами, а также другие параметры воздействия ударной волны на объекты.
Выделяется пять зон опасности, соответствующих следующим значениям константы К (формула (5.1)):
- 1) К =3,8 - полное разрушение зданий; 2) К =5,6 - 50%-ное разрушение зданий; 3) К =9,6 - разрушение зданий без обрушения; 4) К =28 - умеренное разрушение зданий с разрушением дверей, оконных переплетов, кровли, внутренних перегородок; 5) К =56 - малые повреждения с разрушением "10 % остекления.
Более точно разрушающую способность взрывов можно характеризовать избыточным давлением, воздействующим на объект. В таблице 5.1 приводятся уровни разрушения некоторых зданий и соответствующие им избыточные давления, при которых достигается данная степень разрушения.
На рисунке 5.1 изображена соответствующая зависимость избыточного давления и приведенных расстояний [2]. Определение разрушающей способности по тротиловому эквиваленту и совмещению зависимостей радиуса разрушения и избыточного давления от приведенного расстояния является приемлемым и широко используемым для оценки взрывов.
Несмотря на некоторую неадекватность высвобождения энергии различными энергоносителями, метод совмещения энергетического эквивалента ТНТ и основных принципов "кубического корня" позволяет достаточно точно прогнозировать уровни возможного разрушения при взрывах на технологических объектах.
Таблица 5.1 - Уровни разрушения некоторых зданий при соответствующем избыточном давлении ударной волны
Категория повреждения |
Характеристика повреждения Здания |
Избыточное давление, кПа |
К |
A |
Полное разрушение здания |
70 |
3,8-5,6 |
B |
Тяжелые повреждения, здание подлежит сносу |
33 |
5,6-9,6 |
C |
Средние повреждения, возможно восстановление здания |
25 |
9,6-28 |
D |
Разбито 90 % остекления |
4 |
28-56 |
E |
Разбито 50 % остекления |
0,2 |
>56 |
F |
Разбито 5 % остекления |
0,05 |
>56 |
Рисунок 5.1 - Зависимость давления Р на фронте ударной волны при взрыве ВВ от приведенного расстояния (R /m 1/3 )
Для практических расчетов безопасности в конкретных условиях можно оценить максимальное избыточное давление, при котором объект (здание, сооружение) будет сохранять еще необходимую устойчивость. Непревышение этого давления может быть обеспечено соответствующим безопасным расстоянием RВ (от источника взрыва до объекта) или при известном расстоянии RВ уменьшением энергетического потенциала. При этом для больших значений массы M >4000 кг используется принцип Хопкинсона RВ =К M 1/3 . Однако при малых значениях M показатель степени существенно изменяется в зависимости от массы M и находится в пределах от 1/3 до 2/3. Этим объясняется то, что в ряде стран (США, Англия, Франция) используют показатель степени 1/2 при определении безопасных расстоянийRВ .
При зарядах ВВ меньше нескольких тонн расстояния RВ будут несколько меньше расстояний, рассчитанных по кубической зависимости. Так, для M <100 кг расстояния RВ почти не имеют значения в целом. На рисунке 5.2 приведена зависимость значений безопасных расстояний RВ для зданий от массы M , которая может быть использована для выбора безопасных условий в случае конкретных технологических объектов.
Рисунок 5.2 - Зависимость безопасных расстояний R В от массывзрывающихся зарядов m
Для оценки предполагаемого уровня разрушений широко применяют графический метод оценки разрушающей способности ударных волн с помощью диаграмм влияния давления взрыва Р (кПа) и импульса взрыва I (кПа-с), построенных с помощью уравнения (5.3). Примером такой диаграммы является диаграмма P- I (рисунок 5.3) для трех степеней разрушения кирпичных зданий: 1 - минимальные пов-реждения; 2 - значительные разрушения; 3 - частичные разрушения (от 50 до 75 % стен разрушено или находится на грани разрушения). Степень повреждения объекта увеличивается с ростом давления и импульса; при этом не обязательна конкретизация источника, от которого получена ударная волна. Диаграмма P- I применима для оценки возможного уровня разрушения кирпичных зданий, административных построек, легких промышленных сооружений каркасной конструкции с прочностными характеристиками, приближающимися к характеристикам кирпичных зданий. По диаграмме P- I можно установить степень повреждения конструкции при известных комбинациях значений P и I . Кривые на диаграмме представляют собой линии равной степени повреждения объектов и определяют комбинацию этих значений, необходимую для получения заданной деформации. Если на объект действуют нагрузки со значениями амплитуды и импульса, изображаемыми точкой, расположенной выше кривой, то данный объект будет поврежден, так как в этом случае деформация превысит критические значения. Для выбора безопасных условий точка, отражающая соответствующие значения давления Р и импульса I , должна лежать ниже кривой. Вертикальная часть кривой характеризует импульсный режим нагружения (А ), и для того, чтобы отклониться от линии равных степеней повреждения, необходимо изменить импульс I , поскольку изменение амплитуды нагружения не влияет на состояние объекта.
1 - граница минимальных повреждений; 2 - граница значительныхповреждений; 3 - частичное разрушение зданий(от 50 до 75 % стен разрушено)
Рисунок 5.3 - Диаграмма Р - i
В области низких давлений взрыва (Р <40 кПа) преобладает квазистатический режим нагружения объектов, и за основной критерий опасности их разрушения необходимо принимать избыточное давление ударной волны. В областях высоких давлений при I >0,6 кПаЧс, когда преобладает импульсный режим нагружения объектов, за основной критерий следует принимать импульс взрыва.
Для оценки разрушающей способности ударных волн и устойчивости объектов широко используют P- IДиаграммы в сочетании с кривыми зависимости параметров взрывных волн от тротилового эквивалентаDТ (энергетического потенциала Е ) и расстояния от энергоносителя до объекта R , нанесенными в виде сетки на диаграммы. Сетка кривых R- DТ , как показано на рисунке 5.4, позволяет определять различные комбинации энергии взрыва и расстояния от энергоносителя, соответствующие нагрузкам, при которых достигается заданный допустимый уровень повреждения зданий (конструкций). Кривая равной степени повреждения 1 на диаграмме P- I (см. рисунок 5.4) показывает, что к одинаковому разрушающему эффекту приводят энергоносители, эквивалентные 1/8, 1/7, 1/2, 1 и 2 кг ТНТ на расстояниях соответственно R =0,43; 0,85; 1,33; 2 и 3 м.
Такие диаграммы справедливы только для данной степени повреждения конструкции. В сложных объектах для каждого элемента конструкции, который имеет свой уровень устойчивости, на графике наносят несколько диаграмм P- I (рисунок 5.5) различных уровней повреждения (например, I и II). Это необходимо для того, чтобы учесть уровень всех возможных повреждений и предусмотреть меры, исключающие развитие аварий.
Рисунок 5.5 - Диаграмма Р - i для оценки устойчивости (уровней разрушений) сложных объектов с разнопрочными элементами (конструкциями)
Таким образом, безопасные расстояния по действию воздушной ударной волны от взрыва заряда ВВ на земной поверхности регламентируются Едиными правилами безопасности и могут быть вычислены по формулам (5.1), (5.2).
Радиус зоны безопасности по действию воздушной ударной волны на человека определяется как
, (5.5)
Где M - масса заряда, кг.
При наличии блиндажа радиус RMin может быть уменьшен в 1,5 раза. Предельная величина заряда при ведении взрывных работ вблизи зданий и сооружений
, (5.6)
Где R Ф - фактическое расстояние от места взрыва до охраняемого объекта, м.
При подземных массовых взрывах опасные расстояния по действию воздушной ударной волны могут быть определены в зависимости от величины давления в ней [38]:
, (5.7)
Где M - масса заряда, кг;
H У - коэффициент перехода энергии взрыва в воздушной ударной волне, значение H У от 0,005 до 0,1;
R - длина выработки, м;
SS - суммарная площадь сечения выработок, сообщающихся с выработкой, в которой размещен заряд, м2 ;
B - коэффициент сопротивления выработки;
- приведенный диаметр выработки, м;
N - показатель действия взрыва.
Формула (5.7) справедлива для промышленных ВВ с удельной энергией взрыва около 4300 кДж/кг (аммонит 6ЖВ). Для других ВВ массу заряда следует умножить на отношение удельных энергий используемого ВВ и аммонита 6ЖВ. Если принять максимально допустимую для человека величину давления воздушной ударной волны равной 20 кПа, то из выражения (5.7) может быть также найдено минимальное безопасное расстояние по действию ее на человека.
Зоны, опасные для людей по разлету отдельных кусков взорванной породы, в зависимости от показателя взрыва N и линии наименьшего сопротивления (ЛНС) приведены в таблице 5.2.
Таблица 5.2 - Зоны, опасные для людей по разлету породы, в зависимости от показателя взрыва N и ЛНС
ЛНС |
Радиус опасной зоны (м) при значении показателя действия взрыва N | |||||||
Для людей |
Для механизмов и сооружений | |||||||
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5-3,0 | |
1,5 |
200 |
300 |
350 |
400 |
100 |
150 |
250 |
300 |
2 |
200 |
400 |
500 |
600 |
100 |
200 |
350 |
400 |
4 |
300 |
500 |
700 |
800 |
150 |
250 |
500 |
550 |
8 |
400 |
600 |
800 |
1000 |
200 |
300 |
600 |
700 |
12 |
500 |
700 |
900 |
1200 |
250 |
400 |
700 |
800 |
20 |
700 |
800 |
1200 |
1500 |
350 |
400 |
800 |
1000 |
30 |
800 |
1000 |
1700 |
2000 |
400 |
500 |
1000 |
1200 |
Безопасные расстояния при передаче детонации между зарядами ВВ при взрывных работах рассчитываются по формуле, предложенной И. И. Таммом и М. Л. Радовским:
, (5.8)
Где К - коэффициент, зависящий от типов ВВ активного и пассивного зарядов (для тротила К =1,5, для аммонита 6ЖВ К =0,65);
M - масса активного заряда, кг;
DЭ - эффективный размер пассивного заряда, принимаемый равным его ширине при удвоенной высоте, м.
Похожие статьи
-
Разрушающие факторы взрывчатых веществ - Использование взрывчатых веществ
Детонация ВВ Детонация представляет собой самоподдерживающийся процесс перемещения по ВВ со сверхзвуковой скоростью ударного фронта (скачка давления),...
-
Оценка устойчивости работы объекта к воздействию воздушной ударной волны Избыточное давление -- это разница между максимальным давлением воздуха во...
-
Оценка БЖД людей и устойчивости функционирования объекта связи в случае взрыва склада ТНТ Из общей характеристики объекта и данных для расчета известно,...
-
Оценка безопасности при механических воздействиях - Использование взрывчатых веществ
В разделе 4.2 изложены общепринятые методы определения чувствительности к различным механическим воздействиям на ВВ, применяемые в лабораторных условиях,...
-
Критерии оценки взрывоопасности при вибрации - Использование взрывчатых веществ
Критерии оценки взрывоопасности при получении и переработке взрывчатых материалов с применением вибрации существенно отличаются от рассмотренных выше...
-
Чувствительность ВВ к тепловому импульсу - Использование взрывчатых веществ
Обычно тепловые воздействия подразделяются на гомогенный - равномерный подогрев всей массы ВВ до некоторой критической температуры с развитием процесса...
-
Безопасность взрывных работ при наличии блуждающих токов - Использование взрывчатых веществ
Одним из опасных явлений при эксплуатации ВВ являются преждевременные взрывы зарядов ВВ, которые могут происходить в результате "ложного" воздействия на...
-
Оценка электростатической безопасности при эксплуатации ВВ - Использование взрывчатых веществ
Одним из перспективных направлений в области совершенствования техники и технологии взрывных работ, повышения производительности труда является...
-
Возбуждение взрывных превращений и начальный импульс - Использование взрывчатых веществ
Наличие взрывчатых свойств у того или иного вещества определяет его потенциальную способность к взрывным превращениям в форме горения или детонации....
-
Чувствительность ВВ к разрядам статического электричества - Использование взрывчатых веществ
Многие производственные процессы, особенно с применением диэлектрических материалов, сопровождаются образованием и накоплением электростатических...
-
Область применения взрывчатых веществ - Использование взрывчатых веществ
На протяжении многих веков ВВ состоят на службе у человека. И сегодня существуют области человеческой деятельности, где без взрывчатых веществ обойтись...
-
ЛИТЕРАТУРА - Использование взрывчатых веществ
1. Штетблехер, А. А. Пороха и взрывчатые вещества / А. А. Штетблехер. - М.: ОНТИ: Главная редакция химической литературы, 1936. - 610 с. 2. Бесчастнов,...
-
Чувствительность к удару - Использование взрывчатых веществ
Чувствительность ВВ к удару определяют в основном на копрах, состоящих из двух, иногда из трех строго параллельных вертикальных направляющих, по которым...
-
В процессе пневмотранспорта сыпучих ВВ за счет накопления зарядов могут возникать следующие электрические разряды. 1. Искровые разряды, при которых...
-
Смесевые взрывчатые вещества - Использование взрывчатых веществ
Смеси на основе жидких нитропарафинов и солей гидразина (астралиты) Жидкие ВВ давно привлекали внимание исследователей в связи с повышенной плотностью,...
-
Токсичность взрывчатых веществ и продуктов взрыва - Использование взрывчатых веществ
Важной мерой промышленной санитарии при эксплуатации ВВ является защита людей от токсичного действия ВВ и продуктов их взрыва. Контакт с ВВ и их...
-
При воздействии поражающих факторов взрывов, землятресений, цунами и разрушения плотин здания могут получить ту или иную степень разрушения. Анализ...
-
Оценка обстановки - Оценка устойчивости работы отрасли растениеводства в чрезвычайной ситуации
В результате аварии на радиационно-опасном объекте 17 июня, уровень радиации на территории СХО через 5 часов после взрыва составил 45 Р/ч, установленная...
-
Безопасность при чрезвычайных ситуациях - Охрана труда
Наиболее часто происходят чрезвычайные ситуации, связанные с влиянием на людей ударной волны при взрыве. Разработаем меры, направленные на повышение...
-
Общая характеристика взрывных явлений - Классификация взрывов
Особую опасность с точки зрения возможных потерь и ущерба представляют взрывы. Взрыв - это освобождение большого количества энергии в ограниченном объеме...
-
Причины возникновения взрывов - Безопасность жизнедеятельности
Взрывы происходят за счет высвобождения химической энергии главным образом взрывчатых веществ, внутриядерной энергии, механической энергии, энергии...
-
При ядерном взрыве действуют пять поражающих факторов: ударная волна, световое излучение, проникающая радиация, радиоактивное заражение, проникающая...
-
Введение - Общее понятие о взрывчатых веществах
В большинстве случаев техногенные аварии связанны с неконтролируемым, самопроизвольным выходом в окружающее пространство вещества и/или энергии....
-
Бризантные ВВ применяются для снаряжения боеприпасов (всех видов снаряды, мины, авиабомбы), производства нитроцеллюлозных (бездымных) порохов и средств...
-
Горение взрывчатых веществ - Использование взрывчатых веществ
Взрыв представляет собой одну из форм химического превращения взрывчатых веществ. Другой его формой является горение. Для горения также характерны...
-
В большинстве случаев для предотвращения опасных проявлений статического электричества стараются устранить или, по крайней мере, уменьшить величину...
-
Чувствительность к трению - Использование взрывчатых веществ
Чувствительность ВВ к трению определяют применительно к требованиям техники безопасности при изготовлении и использовании ВВ. Применяемые методы в той...
-
Энергетические характеристики Критериями действия взрыва являются количество тепла, выделяемое при взрыве, объем образующихся газообразных продуктов и...
-
[7]. - Использование взрывчатых веществ
Таблица 5.4 - Состав продуктов взрыва смесей аммиачной селитры С тротилом Состав смеси, % Кислородный баланс, % Содержание газов в ПВ, % Аммиачная...
-
Чувствительность ВВ к механическим воздействиям - Использование взрывчатых веществ
При выполнении взрывных работ взрывные материалы подвергаются различного рода механическим воздействиям в процессе испытания, транспортировки, заряжания,...
-
Основные типы взрывчатых веществ и их классификация Взрывчатые вещества весьма разнообразны по своему химическому составу, физическим свойствам и...
-
Анализ опасности взрывчатых веществ В нашей стране многие годы было принято, что тема трагических событий и катастроф в сфере материального производства...
-
ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ - Использование взрывчатых веществ
Взрывчатое вещество токсичность безопасность Эксплуатационная безопасность заключается в совокупности всех мероприятий по обеспечению безопасности работ...
-
КРИТЕРИИ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ - Использование взрывчатых веществ
В технической литературе и научных публикациях к взрывчатым характеристикам ВВ относят Чувствительность веществ к различным внешним воздействиям...
-
Пожары и взрывы - Чрезвычайные ситуации техногенного происхождения: группы и виды
Наиболее распространенными источниками возникновения чрезвычайных ситуаций техногенного характера являются пожары и взрывы, которые происходят: На...
-
Производственная санитария. Оценка условий на рабочем месте - Основы безопасности жизнедеятельности
Санитария - это совокупность практических мероприятий, направленных на оздоровление среды, окружающей человека. Производственная санитария - это система...
-
Из оценки обстановки известно, что в районе н. п. Сеновцы и объекта связи возможно землетрясение интенсивностью I = 5 баллов. В этом случае, (в...
-
Наиболее полно проведено изучение электростатических явлений, сопровождающих пневмозаряжание россыпных ВВ в СКГМИ на экспериментальном стенде (рисунок...
-
Чувствительность к разбуриванию - Использование взрывчатых веществ
Чувствительность ВВ к разбуриванию имеет особенно важное значение, так как при взрывании в шахтах зачастую остаются так называемые "стаканы" с остатками...
-
Чувствительность ВВ к совместному воздействию - Использование взрывчатых веществ
Кроме достаточно изученных и описанных выше воздействий на ВВ в процессе подготовки, переработки и эксплуатации, могут возникать сопутствующие...
Оценка разрушающей способности взрывов и безопасности человека от ударной волны - Использование взрывчатых веществ