«Химические технологии энергонасыщенных материалов и изделий» (стр. 22 из 31)
Ориентировочные значения энергетических показателей взрывоопасности Е, m, QВ и R0 определяют по зависимостям, приведенным в [34], или другими уточненными методами, исходя из конкретных условий. Из уравнения энергетического баланса ударной волны с учётом 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/m1/3) |
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=Кm1/3. 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 расстояний RВ.
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 RВ от массы взрывающихся 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. Горизонтальная часть кривой – квазистатический режим нагружения (В), и здесь для отклонения от линии равных степеней повреждения необходимо изменение амплитуды.
 |
| 1 – граница минимальных повреждений; 2 – граница значительных повреждений; 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 кПа×с, 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-i диаграммы в сочетании с кривыми зависимости параметров взрывных волн от тротилового эквивалента dт (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.
 |
| Рисунок 5.4 - Зависимости избыточного давления Р и импульса взрыва i от массы ВВ m и расстояния от энергоносителя до объекта R [2] |
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