Взрывное дело - Купалов-Ярополк И.К., Ловля С.А., Каплан Б.Л., Майоров В.В., Балашканд М.И.

Author: Купалов-Ярополк И.К. Ловля С.А. Каплан Б.Л. Майоров В.В. Балашканд М.И.
Tags: горное дело горные предприятия (рудники, шахты, карьеры) добыча нерудных ископаемых физика взрывчатые вещества геофизика взрывные работы издательство недра
Year: 1976
Similar
Основы бурения и горного дела
Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания
Разведочная геофизика
Горная энциклопедия. Том 4. Ортин - Социосфера
Text
                    
ВЗРЫВНОЕ ДЕЛО
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ
Допущено Министерством
высшего и среднего
специального образования СССР
в качестве учебника
для студентов вузов,
обучающихся по
специальности
«Геофизические методы поисков и разведки
месторождений полезных ископаемых»
МОСКВА
«НЕДРА» 1976
УДК 622. 235 (071.1)
Взрывное дело. Изд. 2-е, переработанное. М., «Недра», 1976.
272 с. Авт.: С. А. Ловля, Б. Л. Каплан, В. В. Майоров и др.
В книге изложены общие вопросы взрывных превращений, охарак-
теризованы условия возникновения детонации, ее развития во взрыв-
чатых веществах, различающихся по физическим свойствам и форме
заряда; действие сосредоточенного заряда в среде, в полупространстве
(при производстве взрывов на поверхности земли). В ней описаны
заряды направленного действия, главным образом используемые
в скважинных приборах и стреляющих аппаратах, бризантные взрыв-
чатые вещества, пороха, средства взрывания, их физические свойства,
отличительные признаки и условия применения.
Взрывы в различных средах порождают побочные эффекты —
пульсацию газового пузыря при подводных взрывах, звуковые волны
при взрывах в воздухе и др. Детальное описание причин этих явлений
и мер, принимаемых к их устранению, сопровождается рассмотрением
возможности увеличения полезного эффекта от заданного количества
взрывчатых веществ, а также исследованием экономически оптималь-
ного сочетания объемов бурения взрывных скважин и количества
взрывчатых веществ для обеспечения требуемого сейсмического аф-
фекта при минимальных затратах.
В текст включены описания принципов устройства «невзрывных
источников» упругих колебаний, в основном используемых при сей-
сморазведке на акваториях, где такие источники полностью вытеснили
концентрированные взрывчатые вещества.
Уделено также внимание новым механизированным способам зало-
жения взрывчатых веществ в горные выработки. Описание применения
взрывчатых веществ в глубоких скважинах охватывает все известные
виды взрывных работ — перфорацию, торпедирование, установку
пакеров, чистку фильтров, ликвидацию аварий и т. д.
Кратко изложены правила безопасности, в том числе при транспор-
тировке, организации складского хозяйства для взрывчатых материа-
лов, определении расстояний при различных видах работ, что позво-
ляет читателю легче ориентироваться в действующих «Единых прави-
лах безопасности при ведении взрывных работ».
Книга предлагается как учебник для студентов вузов геофизиче-
ской специальности, но она представляет интерес для всех специалистов,
использующих взрывчатые материалы при геофизической разведке.
Табл. 25, ил. 111, список лит. — 5 назв.
Авторы: С. А. ЛОВЛЯ,
И. К. КУПАЛОВ-ЯРОПОЛК,
Б. Л. КАПЛАН, В. В. МАЙОРОВ,
М. И. БАЛАШКАНД.
„	20804-145
В 043 (01) —76 109-76
© Издательство «Недра», 1976
ВВЕДЕНИЕ
Для создания материально-технической базы коммунизма и
обеспечения высоких темпов развития социалистического про-
изводства необходимы устойчивая топливно-энергетическая база
и наличие достаточных запасов сырья для черной и цветной ме-
таллургии. Научно-технический прогресс в области поисков и
разведки новых месторождений полезных ископаемых, в первую
очередь нефти и газа, связан с дальнейшим совершенствованием
геофизических методов разведки, из которых основным является
сейсмор азведк а.
Ежегодно сотни сейсморазведочных партий проводят изыска-
ния в различных районах с целью способствовать открытию
новых залежей и оконтуриванию уже известных, увеличению
запасов полезных ископаемых, изучению геологической обста-
новки как в региональном плане, так и на отдельных площадях,
подготавливаемых для заложения скважины, горной выработки
или крупного инженерного сооружения.
Упругие волны, используемые при сейсмической разведке,
создаются преимущественно при помощи взрывов зарядов кон-
денсированных взрывчатых веществ. При взрыве возникает мощ-
ный кратковременный единичный волновой импульс. Это облег-
чает наблюдение за распространением в среде этого импульса и
различных волн, образующихся при его прохождении через гра-
ницы и неоднородности среды. Накоплен значительный опыт
преимущественного возбуждения заданного типа упругих коле-
баний путем управления взрывом, который сохранил свое зна-
чение в качестве основного способа возбуждения колебаний
в толще пород, несмотря на появление иных способов, основан-
ных на вибрации тяжелой плиты, ударе груза, электрическом
разряде и других процессах.
Широко применяются взрывы при исследовании разведочных
и эксплуатационных скважин. Эти работы называются простре-
лочно-взрывными и включают следующие операции:
1)	перфорацию стенок скважин стреляющими аппаратами —
пулевыми и снарядными, а также кумулятивными перфорато-
рами;
2)	перфорацию (простреливание) колонн бурильных или на-
сосно-компрессорных труб;
1*	3
3)	отбор образцов пород боковыми стреляющими грунто-
носами;
4)	прострелы каналов в стенках скважин для отбора проб
жидкостей или газов каротажными опробователями пластов;
5)	ликвидацию аварий в скважинах путем разрушения ме-
талла, попавшего на забой скважины, или обрыва колонн труб
(бурильных, эксплуатационных, обсадных);
6)	разделение пластов в скважине при помощи взрывных
пакеров;
7)	разрыв пластов в скважинах пороховыми генераторами
давления;
-8) создание сети сообщающихся трещин в породе, в стенках
или забое скважины торпедами (для повышения отдачи или
приемистости пластов).
Перечисленные операции органически связаны с геофизиче-
скими исследованиями скважин, выполняются зачастую одними
и теми же отрядами.
Использование взрывчатых материалов (ВМ) в разведочной
геофизике существенно отличается от применения их в других
отраслях народного хозяйства либо по своему назначению —
создание упругих колебаний при сейсморазведке, либо по усло-
виям применения — в глубоких и сверхглубоких скважинах от-
носительно небольшого диаметра, где температура может дости-
гать 250° С и более при гидростатическом давлении 1500 кгс/м2.
В связи с этим в разведочной геофизике применяют взрывчатые
вещества (ВВ), средства взрывания (СВ) и взрывное оборудование,
отличающиеся от используемых при других видах взрывных работ.
Меняющиеся условия проведения геофизической разведки
почти непрерывно создают новые требования к взрывным ра-
ботам, для решения которых требуется непрестанная работа боль-
шого отряда научных работников, конструкторов, испытателей.
Авторы ставили себе цель изложить основы теории взрывных
процессов и действия взрывов в среде, принципы, на которых
основано применение взрывчатых материалов в разведочной гео-
физике, охарактеризовать свойства последних, а также назна-
чение и основы устройства приборов и оборудования, исполь-
зуемых при проведении взрывных работ, ознакомить с правиль-
ным и безопасным обращением с взрывчатыми веществами. Они
избегали вдаваться в описание конструктивных особенностей
отдельных приборов, поскольку благодаря интенсивному техни-
ческому развитию последние часто видоизменяются. Специалист
перед использованием нового прибора обязан ознакомиться
с инструкцией по его применению, в которой описаны конкрет-
ные использованные узлы, их функционирование, приведены пра-
вила безопасности обращения с прибором.
Задача данного учебника — дать инженеру-геофизику ми-
нимум знаний, необходимых для активного использования взрыв-
ных процессов и взрывчатых веществ в своей практической дея-
4
дельности, подготовить специалиста для руководства взрывными
работами, проводимыми геофизическими партиями и отрядами, и
ознакомить его с объемом теоретических знаний, достаточным
для успешного освоения новой техники и технологии взрывных
работ, связанных с новыми видами взрывчатых веществ, при-
годными для использования при высоком гидростатическом да-
влении или обладающими заданной скоростью детонации, для
выбора оптимальной формы заряда или сочетания зарядов, обес-
печивающих при прочих равных условиях оптимальное соотно-
шение между величиной отдельного заряда и числом зарядов,
необходимых для создания воздействия заданной интенсивности.
При выполнении взрывных работ особое внимание необхо-
димо уделять обеспечению безопасности всех лиц, которым при-
дется иметь дело с взрывчатыми материалами, изделиями из
них, приборами. Следует помнить о потенциальной опасности
взрывчатых материалов, возможности случайного взрыва при
неправильном обращении с ними, что создает угрозу для лиц,
оказавшихся в зоне действия взрыва. Успешное руководство
взрывными работами в производственных условиях можно обес-
печить при условии тщательного изучения и освоения вопросов
техники безопасности.
За период, прошедший со времени выхода первого издания
учебника, значительно расширились области применения сейсмо-
разведки и прострелочно-взрывных работ, появились новые
методы сейсморазведки (метод общей глубинной точки, метод
вертикального сейсмического профилирования), получили про-
мышленное применение методы плоского фронта и сейсморазведка
поперечными волнами. Использование конденсированных взрыв-
чатых веществ при сейсморазведке на акваториях полностью
прекратилось. Здесь как генераторы упругих колебаний теперь
применяются пневматические излучатели и другие «невзрывные»
источники, например установки газовой детонации. Последние,
смонтированные на транспортных средствах, используются также
при сейсморазведке на суше. Значительные изменения произошли
в технике взрывных работ. В связи с этим авторы существенно
переработали учебник. Второе издание дополнено новой главой
«Возбуждение сигнала при сейсморазведочных работах на аква-
ториях», описанием «невзрывных» источников сейсмических коле-
баний, погружателя ЛД1П, новых способов механического заря-
жания взрывных скважин, прострелочно-взрывной аппаратуры,
взрывных пакеров, разработанных за последние годы. Введены
параграфы, связанные с видами сейсморазведочных работ, органи-
зацией последних, ликвидацией последствий взрывов. Учтены
новейшие изыскания в области подводных взрывов.
Одновременно исключены из текста описания ВМ и приборов,
утративших значение для геофизических работ, в том числе
взрывных машинок реечной и СВМ-2, методики проведения
взрывных работ на море и др.
Глава I
ТЕОРИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ
§ 1. Общие сведения о взрыве и взрывчатых веществах.
Теплота взрыва
Развитие современной техники немыслимо без широкого при-
менения математических методов и средств, использования дости-
жений физики, химии и других отраслей науки и техники при
проектировании любого нового оборудования. От лиц, занима-
ющихся созданием новой техники и работающих с ней, требуются
понимание специфики реализуемых в ней физических процессов
и учет изменения в широком диапазоне условий, в которых она
используется. В связи с этим работа с взрывчатыми веществами
в современных условиях немыслима без знания законов, опре-
деляющих их поведение при хранении и взрыве, в условиях
действия на них удара, трения, высоких температур и давления,
без учета особенностей взрывных процессов. Теория взрывча-
тых веществ изучает законы, управляющие их поведением, и
дает возможность выбора оптимальных режимов применения ВВ.
Главные преимущества ВВ перед другими источниками энер-
гии заключаются в компактности, транспортабельности и в том,
что выделение энергии может протекать за короткие времена,
позволяя развивать огромные мощности. Так, при взрыве сфе-
рического заряда массой 1 кг и плотностью 1,65 г/см3, который
изготовлен из мощного ВВ — гексогена, возбуждаемого (иници-
ируемого) в центре, скорость распространения взрывчатого пре-
вращения по веществу (детонация) составляет 8300 м/с. Путь
r-радиус заряда, который пройдет детонация, определяется из
равенства
4/ яг3 — G/p,
где Сир — соответственно масса и плотность заряда.
Время реализации процесса т = r]D (D — скорость дето-
нации).
Мощность N (ккал/с), развиваемую при взрыве, можно оце-
нить, зная выделяющееся количество тепла q при взрывчатом
превращении 1 кг гексогена:
N = 4лг2р7/)/3.
6
Для гексогена q = 1320 ккал/кг. Рассчитанная мощность
завышена, так как не было учтено время, в течение которого
расширяющиеся газы совершают работу. Следует отметить, что
она превышает мощность самых больших электростанций мира.
Взрывчатые вещества, способные к столь быстрому превращению,
н азывают бризантными.
Однако существуют ВВ, превращение которых в газы в ра-
бочем режиме применения — горении протекает медленней. Это
пороха, использующиеся в стреляющих, ракетных и других'
устройствах (в промысловой геофизике, например, для деформи-
рования металлического корпуса взрывных пакеров или разрыва
пласта энергией пороховых газов, получаемых в аппаратах
АСГ) (см. гл. VI).
Скорость превращения порохов в газы во много раз меньше,
чем бризантных ВВ при детонации. Пороха обычно сжигают
в полузамкнутом или замкнутом объеме, чтобы образующиеся
газы сообщали нужную скорость (метательное действие) снарядам
и пулям, тягу ракетам или обеспечили нужное повышение давле-
ния. Большую часть порохов при необходимости можно приме-
нять и как бризантные ВВ х, заменив поджигание возбуждением
детонационного процесса при помощи средств взрывания.
Из бризантных взрывчатых веществ выделяют иницииру-
ющие ВВ, практически не имеющие самостоятельного применения
и используемые лишь для приготовления средств взрывания.
Средства взрывания (капсюли-детонаторы, взрывные патроны,
взрыватели, детонирующие шнуры и т. д.) объединяют в специ-
альную подгруппу. Бризантные ВВ, пороха и средства взрыва-
ния составляют группу взрывчатых материалов. Как при дето-
нации, так и при сгорании при выстреле, на превращение ВВ в газы
накладываются дополнительные условия: для порохов — устой-
чивое с расчетной скоростью горение при разных давлениях,
для бризантных ВВ — чрезвычайно большая скорость распростра-
нения превращения по веществу.
Однако взрывчатые вещества способны не только к быстрым
превращениям. Если поджечь небольшое количество ВВ обыч-
ными средствами и дать ему гореть в атмосферных условиях, не
затрудняя отвод газов, то сгорание пройдет медленно и спокойно.
На этом основан метод уничтожения негодных ВВ сжиганием,
при квалифицированном выполнении достаточно безопасный
и удобный. При неправильном сжигании могут возникнуть об-
стоятельства, при которых горение самопроизвольно перейдет
в детонацию с более быстрым превращением ВВ в газы.
Что же такое взрыв? Взрывом называют физиче-
ское или химическое превращение веще-
ства, при котором его энергия быстро
1 Для взрывных работ в сейсморазведке, например, используются под-
лежащие уничтожению пороха, срок хранения которых истек.
7
переходит в энергию сжатия и движения
самого вещества или продуктов его пре-
вращения и окружающей среды. Энергия
взрыва может быть различной. Выделение химической, электри-
ческой, ядерной, термоядерной, тепловой, кинетической энер-
гии, энергии упругого сжатия способно сопровождаться взрыв-
ными процессами. Например, при электроискровом способе раз-
рушения материалов используются микровзрывы, источником
энергии которых служит электрический разряд, а носителем
энергии — продукты испарения и разложения или просто нагрева
среды, в которой разряд осуществляется. Взрыв, вызванный раз-
рушением баллонов со сжатым газом, паровых котлов, сосудов
высокого давления, также может протекать с большой скоростью
и вызывать серьезные повреждения в окружности.
Однако основное значение имеет использование потенциаль-
ной химической энергии, которая у многих веществ в определен-
ных условиях (в результате химической реакции) может быстро
переходить в энергию сжатых газов. Вещества, способные к та-
ким превращениям, называются взрывчатыми, а взрыв — хими-
ческим. В дальнейшем под взрывом, без специальных оговорок,
будем понимать только химический взрыв, а все рассматрива-
емые процессы относить к процессам, протекающим при химиче-
ском взрыве.
Взрыв можно характеризовать количеством выделяющейся
энергии. Поскольку этот процесс иногда задается параметрами
аппаратуры (например, у пневматических излучателей — объ-
емом камеры и давлением сжатого воздуха), нужно уметь опре-
делять его энергию. Для пневматического излучателя она равна
pV[(k— 1), где р —давление сжатого газа, V — объем камеры
(для воздуха к = 1,4), для электроискрового излучателя —
UC2/2, где С — емкость, U — напряжение. Энергию химиче-
ских взрывчатых веществ чаще всего задают теплотой взрыва
в килокалориях на килограмм. Естественно, что сравнение источ-
ников предполагает перевод энергии из одних единиц в другие
(калории в джоули и др.).
В связи с рассмотрением взрыва коснемся процесса, в изве-
стной мере противоположного ему, — имплюзиона, который на-
чинают применять в технике. При взрыве заряда ВВ уровень
энергии позволяет газам благодаря расширению совершать ра-
боту над внешней средой. При имплюзионе вещество среды, окру-
жающей источник, обладает более высоким давлением, чем в са-
мом источнике, и при снятии разделяющей преграды получает
возможность устремляться внутрь источника. Такой процесс
может стать источником волновых возмущений. Простейший
пример имплюзиона — колба электрической лампочки (она ва-
куумирована), разбиваемая на воздухе. Чем выше давление среды,
тем больше энергии может выделиться при схлопывании по-
лости. В глубоких скважинах она становится значительной даже
8
у малых полостей. Аналогичное явление наблюдается при под-
водном взрыве, когда происходит схлопывание перерасшири-
вшихся продуктов взрыва под действием гидростатического давле-
ния. В сейсмике это регистрируется как второй удар взрыва,
производимого в водоеме, при достаточной глубине расположения
заряда в нем.
Химический взрыв — самораспространя-
ющееся химическое превращение веще-
ства, протекающее с большой скоростью,
выделением тепла и образованием газов,
сжатых до высокого давления. Детонация —
частный случай взрыва, осуществляемого с постоянной, макси-
мальной для данного вещества скоростью.
Прежде всего нужно оценить энергию (количество тепла)
выделяющуюся при взрыве. Реакции бывают двух типов —
с выделением тепла (экзотермические) и с поглощением (эндо-
термические). Теплоты образования молекул — соединений из ато-
мов (теплота образования последних равна нулю) могут быть
как отрицательные (на их образование из элементов нужно до-
полнительно тратить энергию), так и положительные. Выделение
тепла у В В обычно вызывается реакцией между горючими со-
ставляющими и окислителем (кислородом)1, входящим в его со-
став. Если ВВ — индивидуальное химическое соединение, то
ими будут разные группы в молекуле, если смесевое — то раз-
ные вещества, входящие в состав смеси. Их соотношение опре-
деляет кислородный баланс вещества. Когда кислорода недоста-
точно для полного окисления горючей составляющей ВВ —
баланс отрицательный. У веществ с положительным кислородным
балансом часть кислорода при взрыве остается неиспользован-
ной и непроизводительно теряется. Свойства смесевых взрыв-
чатых веществ можно менять путем подбора соответствующих
окислителей и горючих.
Кислородный баланс определяется как недостаток или из-
быток (в граммах) кислорода, необходимого для окисления или
остающийся при окислении 100 г взрывчатого вещества. Для
тетранитрометана C(NO2)4 он равен +49, аммиачной селитры
NH4NO3 +20, тротила C7H6N3Oe —74, гексогена (CH2N2O2)3
—21,6. Максимальный отрицательный кислородный баланс по
определению — у водорода (—794), максимальный положитель-
ный — у кислорода (+100).
Примером ВВ, имеющего отрицательный кислородный баланс,
может служить тротил — распространенное бризантное взрыв-
чатое вещество. Химическое название его — тринитротолуол,
1 Окислителями могут быть и другие элементы, однако у подавляющего
числа ВВ — это кислород.
9
встречаются названия «тол»,
формулы
«ТНТ».
/и
н-с(
Гн
Как видно из структурной
О
О
N=O
О
горючие составляющие — атомы водорода и углерода и окисли-
тель — кислород, входящий в состав нитрогруппы (NO2), в мо-
лекуле тротила еще не связаны между собой. Исходя из формулы
вещества, можно указать, по какому направлению пойдет в нем
реакция, какие продукты могут образоваться при этом.
Для тротила реакция взрывчатого разложения имеет следу-
ющий вид:
C7H5N3O6 > aCOo + bCO + cNa + rfHaO+cC . . .
Состав продуктов зависит от условия взрыва и их конечного
состояния (степени расширения). У многих взрывчатых систем
первыми реализуются те реакции, которые характеризуются
максимальным выделением энергии. Так, в веществе, имеющем
формулу вида CqHjNcO^, при сравнительно небольшой нехватке
кислорода [d < (2а 4- Ь/2)] в первую очередь происходит реакция
водорода с кислородом, как наиболее выгодная, поскольку при
образовании Н20 на единицу кислорода выделяется 57,8 ккал,
а при образовании СО2 — 47,25 ккал (теплота образования СО2 —
94,5 ккал/моль).
Подход к расчету теплоты превращения ВВ, при котором за-
писываются те из возможных продуктов реакции, образование
которых обеспечивает ее максимальный тепловой эффект, назы-
вают принципом максимальной работы. Расчет в известной мере
идеализирует процесс и дает наибольшую точность для систем
с положительным или со слабоотрицательным кислородным ба-
лансом. В действительности состав продуктов взрыва (ПВ) обычно
не отвечает такому расчету. Последнее обусловлено тем, что
в ПВ некоторое время после взрыва продолжается взаимодей-
ствие и устанавливается равновесие между продуктами реакций,
идущих как с положительными, так и с отрицательными тепло-
выми эффектами. Примером последних служит реакция 2СО2
2СО 4- О2 (—135,4 ккал), 2Н2О 2Н2 4- О2 (—115,6 ккал)
или N2 4- О2 # 2NO (—43,2 ккал).
10
Для приближенных расчетов систем с отрицательным кисло-
родным балансом можно воспользоваться методом Ле-Шателье,
основанным на принципе максимального объема, причем, если
объемы одинаковы, то приоритет имеет реакция с большим вы-
делением тепла. Метод наиболее справедлив для определения
конечного состояния продуктов взрыва. Преобладающей реакцией
считается окисление углерода до СО. Если кислород недорасхо-
дован, то он в равной степени расходуется на доокисление СО
и Н2. Реакция разложения гексогена в этом случае записы-
вается так:
C3HeNeOe —► 1,5CO2+1,5CO + 1,5H2O-|-1,5H2-|-3N2.
Более точный расчет составов продуктов взрыва выполняется
с учетом кинетики и условий протекания реакций. Точность этих
вычислений не всегда достаточна из-за отсутствия достоверных
сведений о состоянии вещества при высоких температурах и да-
влениях. Данные о теплоте и о составе продуктов взрыва полу-
чают и экспериментально, для чего разработаны и успешно при-
меняются специальные методы исследования взрыва.
Как уже отмечалось, энергию взрыва характеризуют теплотой
взрывчатого превращения ВВ. Зная теплоту образования исход-
ных веществ и продуктов взрыва и пользуясь законом Гесса
(тепловой эффект процесса зависит не от пути превращения,
а от начального и конечного состояния веществ), можно рассчи-
тать теплоту и ряд других параметров взрыва. Такие расчеты
могут встретиться и в практике работы инженера-геофизика,
поскольку смесевые ВВ и пороха применяются и будут приме-
няться в увеличивающихся количествах.
Выполним расчет дешевой взрывчатой смеси типа игданитов
из гранулированной аммиачной селитры с жидким горючим. Для
простоты расчета вместо используемых нефтепродуктов — соля-
рового масла или керосина1, являющихся смесью веществ, возь-
мем бензол (СвН6). Рассмотрим случай, когда взрывчатая смесь
задается указанием компонентов и кислородного баланса. Пусть
дано, что смесь из бензола и аммиачной селитры должна иметь
кислородный баланс —10, иначе у нее для полного окисления
100 г смеси будет не хватать 10 г кислорода. Для начала опре-
делим, какой состав должна иметь смесь, чтобы удовлетворить
заданию.
С целью упрощения решения представим, что наше ВВ как
бы состоит из двух частей — одного из компонентов (в рассмат-
риваемом случае — горючего, поскольку баланс отрицательный),
взятого в количестве, обеспечивающем нужный баланс, и смеси
заданных веществ нулевого кислородного баланса (последнюю
иногда называют стехиометрической). Если к расчетному
1 Для солярового масла, например, в справочниках дается формула
C7.2H134O0>1N0,1S();1.
11
количеству горючего добавить такой смеси, доведя общий вес до
100 г, получим состав с заданным кислородным балансом.
Последовательно проведем вычисления.
На окисление молекулы бензола (его молекулярный вес 78)
СвНв+ 7,5О2 —> 6СО2+ ЗН2О
потребуется 15 атомов кислорода. Соответственно, количество
бензола хг, на окисление которого нужно 10 г кислорода, по-
лучим из пропорции
(бензол) (требуется кислорода)
78 - 7,5-32	3,25 г.
I , Э • oZ
хг—10
Добавив к этому количеству 100 — г смеси нулевого кисло-
родного баланса, получим смесь заданного состава.
Перейдем к вычислению содержания компонентов в 96,75 г
стехиометрической смеси. Определим избыток кислорода в окисли-
теле. Селитра, разлагаясь, выделяет кислород:
NH4NO3 —> 2Н2О +N2+1/2О2,
причем 80 г окислителя (молекулярный вес аммиачной селитры
80) выделит 16 г кислорода. Реакция между бензолом и аммиач-
ной селитрой в смеси нулевого кислородного баланса запишется
в виде
С6Нв+ 15NH4NO3 —> 6СО2+ 15N2+ ЗЗН2О.
Тогда
(бензол) (вся смесь)
78 -(78+ 15-80)
^2—96,75
Следовательно, в 96,75 г смеси будут входить 5,85 г бензола
и 90,85 г аммиачной селитры. Таким образом, окончательный
состав смеси с заданным кислородным балансом и состав продук-
тов взрыва, рассчитанный по принципу максимальной работы,
будут:
_^-C6Hc + -^-NH4NO3 —> 0,4C02 + 2,6H20 + 0,31C + 1,1N2.
Не прибегая к расчету, можно было сразу записать содержа-
ние в продуктах взрыва свободного углерода, поскольку именно
его наличие и будет определять отрицательный кислородный
баланс смеси. Поскольку для полного окисления 12 г углерода
12*10
требуется 32 г кислорода, 10 г кислорода смогут окислить —— г
12 • 10
углерода, или долей моля углерода. Эти соображения
oZ * 1Z
12
хорошо использовать для проверки правильности сделанных
вычислений.
Приготовить подобную смесь весьма просто: нужное количе-
ство селитры надо смешать с бензолом. Имея исходные компо-
ненты и зная состав продуктов взрыва, легко рассчитать теплоту
взрыва системы. Теплоту образования исходных компонентов и
продуктов взрыва находят в соответствующих справочниках.
Так, для 1 моля бензола она составляет (в ккал/моль) —8,3,
аммиачной селитры 4-87,4, СО2 4-94,51, Н2О 4-57,8.
Тепловой эффект взрыва Qx заряда в задаче можно опре-
делить из уравнения
0,116CeHe4-l,13NH4NOs	2,6H20 + 0,39C02+1,1N2+0,31C;
0,116 (- 8,3)4-1,13 • 87,44- Qx = 2,6 • 57,8 4- 0,39 • 94,5.
Он составит 93 ккал/100 г смеси, или 930 ккал/кг.
Объем образующихся газообразных продуктов (в л) можно
рассчитать по уравнению реакции путем перемножения числа
молей газа на 22,4 (объем граммолекулы). Естественно, что йри
этом следует учитывать, в каком состоянии находится вещество.
Так, углерод (температура возгонки выше 3700° С при атмосфер-
ном давлении) не даст газовой фазы, вода, естественно, будет
паром. Объем продуктов взрыва, отнесенный к нормальным
атмосферным условиям, называют приведенным объемом. В за-
даче, рассмотренной выше, он составит около 800 л/кг.
Если известны теплота и состав продуктов взрыва, то их
температура Твз может быть определена из соотношения Тъз =
= Q[Cy сР, где CvСр — средняя теплоемкость продуктов взрыва
(при постоянном объеме) для интервала То—Твз. Существенно
отметить, что теплоемкость является функцией температуры.
Таблица 1
Изменение теплосодержания (внутренней энергии) некоторых газов
(ккал/моль)
Темпера- тура, К	и,	о2 	N,	СО	СОг	HsO	с (графит)
300	0,045	0,045	0,045	0,045	0,062	0,054	0,0188
600	1,542	1,646	1,562	1,573	2,534	1,958	0,962
1000	3,591	4,069	3,771	3,826	6,639	4,889	2,839
1400	5,752	6,682	6,199	6,295	11,233	8,239	5,006
1800	8,081	9,407	8,762	8,889	16,087	11,955	—
2200	10,555	12,233	11,407	11,560	21,092	15,949	—
2600	13,145	15,124	'14,105	14,278	26,202	20,128	—
3000	15,829	18,112	16,839	17,029	31,382	24,466	14,894
3600	19,987	22,725	20,993	21,199	39,294	31,114	—
4000	22,828	25,874	23,783	24,003	44,615	35,679	21,364
4600	27,173	30,697	28,007	28,234	52,687	42,537	—
5000	30,118	33,943	30,840	30,971	58,118	70,57	—
13
Последнее вносит некоторые (чисто технические) усложнения
в расчет, поскольку вид зависимости известен. Однако проще
воспользоваться готовыми данными по теплосодержанию газов
при разных температурах (табл. 1).
Задавшись температурой и зная состав продуктов взрыва,
можно найти их теплосодержание и сопоставить его с теплотой
взрыва. Сравнение позволит определить характер ошибки, сде-
ланной при выборе температуры. Повторяя операцию, но уже
с иной (скорректированной) температурой, можно методом при-
ближений найти температуру взрыва.
Следует заметить, что энергия, выделяющаяся при взрыве,
сравнительно невелика: наиболее мощные ВВ имеют теплоту
взрыва 1500—1700 ккал/кг. При взрыве 1 кг тротила на воздухе
выделяется приблизительно 1000 ккал тепла, при сгорании 1 кг
солярового масла — около 11 000 ккал. Но теплота сгорания
1 кг смеси солярового масла с кислородом составит уже только
2400 ккал, а 1 кг смеси солярового масла и воздуха — 670 ккал.
Неоднократно подчеркивалось, что кроме выделения энергии
взрыв характеризуется образованием продуктов, находящихся
в газообразном состоянии при тех температурах, которые дости-
гаются при взрыве.
Хотя теплота реакции термита
Fe2O3+2А1 = А120з+2Fe
примерно в 2,3 раза выше теплоты взрывного разложения тро-
тила, его горение протекает спокойно; образующиеся продукты,
даже при тех температурах, до которых они разогреваются,
остаются жидкими. Но стоит только подмочить термит, как кар-
тина меняется: тепло превращает воду в пар и горение сопрово-
ждается взрывоподобными процессами. У взрывчатого вещества
в объеме, занимаемом зарядом, при взрыве сразу образуются
сжатые до огромного давления газы — продукты реакции, обес-
печивая реализацию выделившейся энергии в форме работы, со-
вершаемой расширяющимися газами.
Создавая взрывчатое вещество, мы, естественно, заинтересо-
ваны в том, чтобы при его взрыве выделялось больше энергии
и образовывались сжатые газы, способные реализовать энергию
нужным образом. Иногда эти требования вступают в противо-
речие. Так, энергию взрывчатого разложения можно увеличить
за счет подбора соответствующих горючих, в частности введения
в состав ВВ металлов, например алюминия (теплота образова-
ния А18О3 — 399 ккал/моль). Продукты окисления алюминия —
твердые вещества. Добавка (до определенного предела) алюми-
ния в состав некоторых взрывчатых смесей способна повышать
работоспособность последних. Существуют взрывчатые вещества с
повышенной теплотой взрыва, содержащие в своем составе металлы.
Как уже отмечалось, состав продуктов взрыва зависит не
только от взрывчатого вещества, но и от условий взрыва: способа
14
инициирования, размеров и конструкции заряда и оболочки,
условий среды, в которой проводится взрыв. Если исходные
продукты остаются постоянными, а состав продуктов взрыва ме-
няется, то будет меняться и тепловой эффект взрыва, поэтому
для некоторых ВВ приводятся разные значения теплот взрыва
в зависимости от условий, в которых он осуществляется. В ка-
честве примера в табл. 2 приведен (по данным Шмидта) состав
продуктов взрыва тротила (плотность 1,52) при возбуждении
взрыва заряда слабым и сильным инициаторами.
Таблица 2
Состав продуктов взрыва тротила
Инициатор	Содержание, моль/кг										
	С	со.	со	Н2О	Н2	CH1	СтиНп	n2	HCN	c2n2	nh4
Слабый	6,6	1,78	18,63	4,25	5,34	0,1	0,9	4,74	1,1	1,2	0,3
Сильный	15	5,3	8,79	7,05	1,69	0,03	0,05	5,2	1,4	0,1	0,9
Чтобы превращение ВВ вследствие начавшейся быстрой хими-
ческой реакции прошло по всему заряду, процесс должен быть
самораспространяющимся. Для этого химическая реакция должна
обладать соответствующими кинетическими характеристиками,
а выделение энергии — компенсировать неизбежные потери.
Скорость реакции, способность к самораспространению, экзотер-
мичность, газообразование тесно взаимосвязаны и влияют друг
на друга и на границы осуществления взрывного процесса.
В табл. 3 приведены характеристики ряда взрывчатых веществ
и порохов, используемых промышленностью.
Таблица 3
Взрывные характеристики некоторых взрывчатых веществ
ьэ
Наименование В В	Теплота взрыва, ккал/кг	Скорость детонации, м/с	Приведенный объем про- дуктов взры- ва, л/кг
Дымный порох		600			280
Бездымные пороха 		600—1350	—	750—970
Тротил (р = 1,61 г/см3) 		950—1100	7000	750-870
Аммонит № 6 (р = 1,15 г/см3) . . .	1020	4500	900
Гексоген (р = 1,65 г/см3) . . .	1320	8400	890 — 950
Нитроглицерин 		1480	8000	690
Несколько слов о классификации ВВ. Деление взрывчатых
веществ на пороха, бризантные и инициирующие, имеет физиче-
скую основу. К этому вопросу мы вернемся ниже, рассматри-
вая особенности горения ВВ.
Кроме классификации по применению, ВВ можно разделять
по агрегатному состоянию, а также по условиям изготовления.
15
До недавнего времени в производственных условиях использо-
вались только твердые, редко жидкие взрывчатые вещества за-
водского изготовления. Сейчас все чаще ВВ приготавливают на
месте их применения путем смешения компонентов, входящих
в их состав. Такие ВВ (а они бывают газообразными, жидкими
и пастообразными; к последним можно отнести игданит) имеют
ряд технологических и экономических преимуществ, позволяя
в широком диапазоне и направленно изменять их свойства.
Классификация по агрегатному состоянию обладает опреде-
ленной условностью: например, тротил — твердое ВВ при при-
менении на дневной поверхности, в глубокой скважине с темпе-
ратурой более 80° С будет жидким.
Кроме того, ВВ, как уже упоминалось ранее, делятся на ин-
дивидуальные и смесевые, иногда в особую группу выделяют
мощные ВВ.
§ 2. Физическая и химическая стойкость взрывчатых веществ.
Тепловой взрыв
Физическая стойкость ВВ связана с физическими процессами,
протекающими при хранении. Испарение компонентов или эк-
судация (выделение жидких составляющих), увлажнение и свя
занное с этим слёживание сильно влияют на сохранность многих
ВВ. Так, например, оксиликвиты — взрывчатые вещества, полу-
чаемые непосредственно на месте применения путем пропитки
жидким кислородом пористых органических горючих, «живут»
ограниченное время из-за интенсивного испарения кислорода.
Несколько большие сроки жизни имеют взрывчатые системы на
основе жидких четырехокиси азота, тетранитрометана, концентри-
рованной азотной кислоты и других окислителей, обладающих
высокой упругостью паров. Все сказанное в полной мере отно-
сится и к газовым взрывчатым смесям, применяющимся в не-
замкнутом объеме.
Эксудация капелек нитроглицерина из динамитов и неко-
торых порохов резко повышает опасность обращения с ними.
Однако подобные случаи при работах с ВВ, используемыми
в сейсмической разведке, нечасты.
Большое практическое значение имеет гигроскопичность ВВ,
содержащих соли азотной кислоты, — черного пороха (азотно-
кислый калий) и аммонитов (азотнокислый аммоний). В резуль-
тате увлажнения за счет влаги, поглощенной из воздуха, у ВВ при
слёживании снижается чувствительность к возбуждению взрыва
вплоть до отказов и ухудшаются взрывные характеристики.
Иногда ВВ слёживаются до такой степени, что даже последу-
ющие сушка и измельчение не восстанавливают их начальных
свойств. Это может быть вызвано перекристаллизацией увлаж-
ненного окислителя, в результате которой после удаления влаги
взрывная смесь уже состоит из кристаллов большего размера,
чем начальная.
16
Рис. 1. Схематиче-
ское изображение
энергии активации
молекул взрывчатых
веществ
Для защиты от увлажнения патроны аммонитов парафини-
руются — покрываются тонким слоем парафина или лаками
(применяются и пленки из синтетических материалов). С этой
же целью аммиачную селитру выпускают в виде гранул с поверх-
ностью, покрытой водоотталкивающими веществами. Такая се-
литра наиболее удобна для приготовления смесевых ВВ типа
игданитов.
Переходя к химической стойкости ВВ, остановимся на про-
цессах, определяющих разложение их при хранении, — процес-
сах, способных длиться годами без заметного влияния на свойства
ВВ. В составе любого взрывчатого вещества есть все необходимое
для осуществления реакции. Реакции со-
провождаются выделением тепла. У всех
практически применяемых ВВ они начина-
ются только в том случае, если молекулам
сообщают энергию (энергию активации),
достаточную для приведения их в возбуж-
денное реакционно-способное состояние. Чем
ниже стойкость ВВ, тем меньше требуется
энергии для его разложения, тем легче
вызывается разложение. Если молекулу
представить лыжником, стоящим на горе
(рис. 1), то потенциальную энергию лыж-
ника Gh можно сравнить с потенциальной
энергией ВВ, а дополнительную энергию
G\h, которую лыжник затратит для подъема
на барьер, — с энергией активации. Усло-
вием спуска с горы будет преодоление барьера, условием начала
' реакции — сообщение молекуле энергии активации.
Таким образом, чем труднее возбудить процесс, тем, есте-
ственно, меньше вероятность того, что при случайном подводе
энергии (удар, трение и т. д.) возникнет нежелательное в этих
условиях горение или взрыв.
В любом ВВ непрерывно, хотя и медленно, идет процесс
разложения. Если средний уровень энергии молекул в заряде
намного меньше энергии активации (иначе вещество не могло бы
храниться), отдельные из них способны к реакции. Чем ниже
температура, тем меньше таких молекул. В простейшем случае
мономолекулярной реакции 1 скорость — количество молекул ВВ,
прореагировавших в единицу времени dmjdt — пропорциональна
концентрации молекул а и константе скорости процесса М; по-
следняя зависит от температуры Т и энергии активации Еа. Связь
величин описывается формулой
dtn/dt =Ма = ab ехр( — EJRT),	(1-1)
где Ь — предэкспоненциальный множитель; Л — газовая постоянная.
1 Мономолекулярной называют реакцию, для осуществления которой
требуется одна молекула.
2 Заказ 419
17
Если реакция сопровождается выделением тепла, то его ко-
личество (с единицы массы) пропорционально скорости реакции.
Количество вещества, остающегося в единице объема, по мере
развития процесса уменьшается. Как же это все сказывается
на применении ВВ?
Известно, что скорость реакции при повышении температуры
на 10 °C увеличивается примерно в 2—4 раза. При повышении
температуры на 100 °C она может увеличиться в 1000—50000 раз.
Следовательно, изменение температуры может привести к тому,
что теплоприход (количество выделяющегося тепла) превысит
теплоотвод в окружающую среду и возникнут условия для
ускорения реакции и теплового взрыва.
В ряде случаев реакции, идущие в ВВ при хранении, сопро-
вождаются образованием химически активных продуктов, к ко-
торым, в частности, относятся окислы азота. Для устранения
их вредного действия в пороха при изготовлении добавляют
стабилизаторы (например, дифениламин), нейтрализующие хими-
чески активные вещества. При накоплении активных продуктов
могут возникнуть условия для самоускорения реакции, особенно
если ВВ хранится в больших количествах и неправильно.
Наибольшую опасность этот процесс представляет при сейсмо-
разведочных работах, когда в качестве бризантных ВВ исполь-
зуется порох, прошедший сроки хранения. Во избежание само-
воспламенения пороха должны периодически проверяться на
стойкость; частота контрольных проверок зависит от степени
пригодности пороха: от одного раза в год до одного раза в три
месяца. Анализы следует проводить в специальных лаборато-
риях, а использование (включая и завоз) планировать преимуще-
ственно на холодные зимние месяцы, особенно при работе в юж-
ных районах.
У взрывчатых веществ, составленных из окислителя и горю-
чего, при хранении между компонентами ВВ могут происходить
реакции с образованием более опасных в обращении (более чув-
ствительных) взрывчатых соединений. Вода может ускорять этот
процесс. Так, амматолы могут превращаться в более чувствитель-
ные химические соединения — тротилаты. В реакции могут
принимать участие оболочки зарядов, прежде всего металличе-
ские.
Небольшое знакомство с реакциями, протекающими во взрыв-
чатых веществах, позволяет нам рассмотреть тепловой взрыв
заряда ВВ. Выполняя работы в глубоких или термальных сква-
жинах, храня ВВ при повышенной температуре на дневной по-
верхности, следует считаться с тем, что в неблагоприятных усло-
виях оно может самовоспламениться по тепловому механизму.
Чтобы разобраться в этом вопросе, остановимся на тепловом
взрыве, теория которого детально разработана в Советском Союзе
Н. Н. Семеновым, Д. А. Франк-Каменецким, Г. А. Мержановым
и другими исследователями.
18
Как известно, практически при любых условиях хранения
во взрывчатом веществе протекает реакция. Однако у ВВ, на-
ходящих применение, ее скорость при обычных температурах
невелика — в единицу времени реагирует мало молекул. Реак-
ция и вызываемое ею разложение заметно не сказываются на
Рис. 2. Характер измене-
ния температуры заряда со
временем в зависимости от
температуры окружающей
среды
свойствах заряда даже при длительном хранении. Любое исполь-
зуемое ВВ должно удовлетворять этому требованию.
Поскольку тепловыделение незначительно, то тепло успевает
отводиться в окружающую среду. С увеличением температуры
среды, в которой находится заряд, а следовательно, и его тем-
пературы, растут скорость реакций ий
тепловыделение. Если поместить заряд
в среду с более высокой температурой,
то до момента полного прогрева основ-
ное тепло будет поступать к заряду
из окружающей среды, а после завер-
шения прогрева начинается охлажде-
ние ВВ той же окружающей средой,
поскольку температура в заряде вслед-
ствие собственного тепловыделения ста-
новится больше, чем в ней. На начальных
этапах теплоотвод осуществляется при
незначительной разности температур
на поверхности заряда и среды. При
больших периодах индукции в ходе
саморазогрева максимальная темпера-
1 3
Рис. 3. Соотпоитгние теи-
лопрпхода и теплоотвода
у взрывчатых веществ
тура устанавливается в центре заряда,
откуда отвод тепла наиболее сложен. Схематически про-
цесс изображен на рис. 2 (кривая I), где участки ОВ —
время прогрева заряда, ВС — время его саморазогрева, Тх —
температура окружающей среды. К рассмотрению рис. 2 мы
вернемся ниже.
Поскольку скорость химической реакции относится к еди-
нице массы вещества, общее количество тепла будет опреде-
2*
19
ляться массой заряда. Зная энергию активации, температуру,
а также тепловой эффект реакции, можно по формуле (1.1) вы-
числить теплоприход. На рис. 3 кривой 1 выражен теплоприход
за счет химической реакции при разных температурах, а пря-
мыми 2, 3, 4 — теплоотвод в окружающую среду, определяемый
уравнением
-dQ = KkTF dx,	(1.2)
где Q — количество тепла; К — коэффициент теплопередачи;
ДТ — разность температур между поверхностью заряда F и
окружающей средой; т — время; Т — температура окружающей
среды в разных опытах.
Соотношение теплоприхода и теплоотвода определяет харак-
тер развития процесса: перейдет он в самовоспламенение или
нет; последний случай имеет, два варианта — длительное суще-
ствование ВВ без заметного изменения свойств, отвечающее
обычному хранению ВВ, или разложение, ’ протекающее с само-
разогревом вещества в течение иногда достаточно большого, но
ограниченного срока пребывания его в условиях повышенных
температур (см. рис. 2, кривые 1, 2). Минимальную температуру
среды, при которой данный заряд из конкретного ВВ, конкрет-
ных плотности, величины и формы самовоспламеняется в конкрет-
ных условиях теплоотвода, называют критической температурой
Гкр теплового взрыва. На рис. 3 это температура Т2, когда кри-
вая теплоотвода является касательной к кривой теплоприхода
и во всем интервале температур Т2—Т теплоприход превышает
теплоотвод (см. рис. 2, кривая 3, температура окружающей
среды Т3).
Теплоотвод сильно зависит от коэффициента теплопередачи К,
определяющего угол наклона прямых 2, 3, 4 на рис. 3; меняя К,
можно увеличить или уменьшить теплоотвод. Пунктирными пря-
мыми показано, как будет изменяться картина, если теплоотвод
увеличится (3') (например, за счет более интенсивного движения
омывающей заряд жидкости) или, наоборот, уменьшится (3"):
в первом случае критическая температура для заряда возрастает,
во втором — уменьшается.
В лабораторных условиях тепловой взрыв изучается следу-
ющим образом. Заряд (чаще цилиндрический) длиной, равной
двум диаметрам (дальнейшее увеличение не сказывается на термо-
стойкости, поскольку условия теплоотвода из центральной части
не меняются), помещают в сосуд, где обеспечивают постоянные
температуру и условия теплоотвода средой, контактирующей
с зарядом, например путем омывания последнего жидкостью,
имеющей фиксированную температуру.
На рис. 2 показано изменение температуры в заряде в ходе
выполнения опытов по тепловому взрыву; Г3 — температуры
среды в двух разных опытах, причем Т:, — критическая. После
прогрева (участок ОВ) в заряде при температурах окружающей
20
самовоспламенения зарядов
разных диаметров из взрыв-
чатого вещества ГФГ-2
среды Т\ и Т2 происходит медленный подъем температуры за
счет тепла химической реакции, идущей в веществе. В опытах,
характеризуемых кривыми 1 и 2, повышение температуры не
вызывает самовоспламенения, поскольку большая часть веще-
ства к моменту максимального ее роста успевает разложиться.
С повышением начальной температуры с первого момента реак-
ция идет быстрее, что ускоряет подъем температуры в заряде.
Наконец, при критической температуре саморазогрев приводит
к самовоспламенению, так как к мо-
менту достижения высоких темпера-
тур в заряде еще сохраняется до-
статочное количество вещества.
Этому отвечает критический период
индукции т *. Таким образом, можно
говорить о связи критических зна-
чений диаметра, температуры и пе-
риода индукции у конкретного заряда
в конкретных условиях теплоотвода.
При более высоких значениях Т
применение заряда происходит уже
в надкритическом режиме — заряды
во всей этой области с той или иной
задержкой обязательно воспламе-
няются.
Теория теплового взрыва рас-
сматривает условия саморазогрева
заряда с учетом отвода тепла в ок-
ружающую среду, теплопроводности
вещества и тепловыделения в самом
заряде, зависящего от параметров его
теплового поля и свойств ВВ. Тео-
ретические расчетные формулы получают при совместном реше-
нии уравнений теплопроводности и химической кинетики. Постро-
енная на основании , экспериментальных данных номограмма
(рис. 4) для одного из термостойких ВВ — ГФГ-2 позволяет опреде-
лить период индукции самовоспламенения разных зарядов из этого
ВВ в зависимости от их диаметров d3 и температуры среды Т.
Это важно для использования ВВ в производственных условиях.
Обычно же, осуществляя практические работы, пользуются кон-
кретными рекомендациями по температурным пределам приме-
нения изделия (заряда). Пунктирными линиями на рис. 4 даны
кривые с большим разбросом значений периода индукции и
температуры, получаемых в эксперименте.
Если заряд не герметичен, на границы применения влияют
гидростатическое давление, а также свойства среды, в которой
он находится. Характер влияния индивидуален для разных взрыв-
чатых веществ, так как давление влияет и на развитие реакций
в веществе и на растворимость образующихся продуктов.
21
Вернемся еще раз к рис. 3. Мы ставили опыт при температуре
причем теплоотвод определялся прямой 2. В начальный
момент опыта теплоприход равен Q, теплоотвод — нулю (АТ1 =
= 0) и заряд начинает нагреваться. При нагреве, который в дан-
ном случае продолжается до температуры происходит и рост
теплоприхода. Но одновременно значительно быстрее будет уве-
личиваться теплоотвод. При 7\ они сравняются. Если начать
опыт несколько иначе, т. е. предварительно нагреть заряд до
температуры Т5 и опустить его в среду с температурой и
условиями теплоотвода, характеризуемыми прямой 2, то, по-
скольку на участке Т\—Т5 теплоотвод больше теплоприхода,
заряд охладится до температуры Т’4, при которой теплоприход
и теплоотвод сравняются.
С увеличением диаметра заряда отвод тепла из его центральной
части дополнительно затрудняется и там легче возникают вы-
сокие температуры. У больших зарядов критическая температура
падает с ростом диаметра, однако параллельно возрастает и период
индукции. Так, для состава ГФГ-2 при переходе от диаметра
50 мм к диаметру 20 мм он изменяется примерно с 250 на 3 ч,
а температура — с 150 до 180° С. В грубом приближении номо-
грамма рис. 4 пригодна для других ВВ при условии изменения
(смещения) значений величин d3 по оси ординат. Последнее нужно
делать по результатам 1—2 опытов с конкретными ВВ. Это гру-
бая прикидка, пользоваться которой следует только при отсут-
ствии данных по термостойкости ВВ.
Характеризуя термостойкость, необходимо учитывать такие
факторы, как свойства ВВ, геометрию заряда, условия теплоот-
вода. Так, логично считая, что при прочих равных условиях
количество тепла, выделяющегося при разложении 1 кг ВВ,
будет больше, чем при разложении 10 г, ошибочно утверждать,
что 1-килограммовый заряд будет во всех случаях обладать
меньшей термостойкостью. В самом деле, если 10-граммовый заряд
представляет собой шар (объем с минимальной удельной поверх-
ностью), а 1-килограммовый — длинный и тонкий, например
детонирующий шнур, то картина будет иной. Следовательно,
сравнивать разные ВВ по термостойкости следует у одинаковых
по массе и форме зарядов и в равных условиях теплоотвода.
Из теории теплового взрыва вытекает ряд требований к скла-
дированию ВВ, конструированию изделий, рассчитанных на
применение в условиях высоких температур, и другие.
§ 3. Горение взрывчатых веществ
Как известно, существуют две формы быстрого химического
превращения — горение и детонация. Они имеют различные ско-
рости распространения и механизмы передачи тепла из зоны реак-
ции к новым порциям ВВ, вступающим в реакцию.
Скоростью горения ВВ называют скорость пере-
мещения фронта границы превращения по взрывчатому веществу
22
в направлении, перпендикулярном к поверхности заряда *. Она
измеряется в единицах длины в секунду. Иногда горение характе-
ризуют массовой скоростью, определяемой как количество
сгоревшего вещества в граммах на единицу площади сечения
заряда за единицу времени (г/см2-с). Процесс зависит от харак-
тера химической реакции, протекающей в ВВ, и скорости пере-
дачи тепла к новому, прогреваемому слою. Скорость горения в зави-
симости от условий изменяется в больших пределах (от долей
миллиметра до нескольких метров в секунду) даже у одного и
того же вещества.
Тепло, поступающее в ходе горения к прогреваемому, под-
готавливаемому к реакции слою ВВ, передается ему благодаря
движению горячих газов (конвекции), теплопроводности и луче-
испусканию. В обычных условиях горение — сравнительно мед-
ленный процесс. Если изменить скорость теплопередачи, это
сразу же скажется на горении ВВ. Горение лежит в основе исполь-
зования порохов.
Горение взрывчатых газовых или пылегазовых смесей возможно
при определенной концентрации в них окислителя и горючего.
Минимальное содержание горючего, при котором смесь способна
гореть, называют нижним пределом горючести, максимальное —
верхним пределом. Пределы горючести зависят от условий, в ко-
торых находится взрывчатая смесь, в частности от диаметра со-
суда, температуры и давления. Большое значение могут иметь
и добавки к смеси. В табл. 4 даны предельные концентрации
по горючести для некоторых газовых смесей.
У смесей горючих газов с воздухом и кислородом при бли-
зости нижних пределов верхние сильно различаются. Диаметр
сосуда, влияя на величину тепловых потерь при горении,
Таблица 4
Концентрационные пределы горючести газовых смесей
Компоненты взрывчатой смеси	Температура, °C	Объемная доля, %	
		верхний предел	НИЖНИЙ предел
Водород и воздух 		20	72	9
Водород и воздух 		400	82	6,3
Водород и кислород 		20	93,9	4,65
Пропан и воздух 		20	9,35	2,12
Пропан и кислород 		20	37	3,1
Метан и кислород		20	59,2	5,4
Нельзя путать это понятие с распространением пламени вдоль поверхно-
сти заряда — процессом, имеющим самостоятельное значение и играющим
ольшую роль во внутренней баллистике стреляющих систем.
23
изменяет концентрационные пределы и скорость распространения
пламени. Так, наблюдаемые скорости распространения горения
смеси метана с воздухом в трубках диаметром 2,5 и 10 см со-
ставляют соответственно 59 и 110 см/с. Это обусловлено разным
соотношением между теплоприходом за счет реакции и теплоот-
водом через стенки сосудов в этих опытах. Скорость горения
зависит также от состава газовой смеси; на нее сильно влияют
примеси, присутствующие даже в малых количествах. Если ра-
боты ведутся с воздушными смесями, то на скорость горения
может влиять изменение влажности воздуха. К таким же резуль-
татам приводит и применение недостаточно чистых продуктов
Рис. 5. Схема горения
взрывчатого вещества
(например, кислорода с повышенным
содержанием азота) для приготовления
взрывчатых газовых смесей.
При поджигании газовой взрывчатой
смеси, помещенной в трубку, продукты
сгорания благодаря трению о стенки
трубки вызывают неравномерное по сече-
нию движение газа, сопровождающееся
увеличением поверхности горения и ко-
личества газа, сгорающего в единицу вре-
мени. Происходящее при этом сжатие
газа сопровождается образованием слабых
ударных волн (скачков давления), идущих
впереди фронта горения, причем^каждая
последующая, распространяясь по уже сжатому и потому обла-
дающему большей плотностью веществу, догоняет предыдущую.
В результате сложения волн давление может подняться до ве-
личин, при которых возникает детонация (устойчивый режим
распространения химической реакции, в котором передача вызы-
вающей реакцию энергии от слоя к слою происходит не путем
теплопередачи, как при горении, а путем сжатия вещества в удар-
ной волне; подробнее см. гл. I, § 5).
Участок разгона горения до детонации зависит от диаметра
трубки: чем больше диаметр трубки, тем длиннее участок разгона.
Шероховатости стенок увеличивают турбулизацию потока и со-
кращают участок разгона. Концентрационные пределы, в ко-
торых возможен переход горения в детонацию, уже пределов
по горению. При соответствующем конструировании разгонных
трубок можно обеспечить у многих смесей переход горения в де-
тонацию на участках длиной в несколько десятков сантиметров.
Для того, чтобы лучше понять процессы, протекающие при
горении в твердом ВВ, рассмотрим горение заряда, помещенного
без зазоров в стеклянную трубку. Схематически картина вы-
глядит следующим образом. На участке АВ (рис. 5) вещество
еще не нагревается, поэтому сохраняется постоянная темпера-
тура То. На участке ВС вещество начинает подогреваться. Тепло
в эту зону поступает из зоны горения DE, оно может пополняться
24
горения от давления
сти
теплотой химической реакции, протекающей в конденсированной
фазе. Для летучих ВВ температура Т2 соответствует температуре
кипения вещества, у веществ с высокой температурой кипения
или даже не имеющих ее (разлагающиеся вещества) — темпе-
ратуре газификации вещества. На участке CD испарившееся ВВ
продолжает нагреваться, и температура его поднимается до Т,л.
В нем идет реакция. Участок DE — зона активной химической
реакции, в которой заканчивается сгорание ВВ (Т^.
Устойчивый режим горения достигается тогда, когда выпол-
няется ряд дополнительных условий. Для ВВ, помещенного
в трубку и горящего с торца, он возможен в том случае, еслй
диаметр заряда будет превышать неко-
торый минимальный. Кроме характери-
стик выбранного ВВ, диаметр заряда
будет зависеть от материала трубки,
температуры и давления, при которых
протекает горение. Влияние этих фак-
торов хорошо объясняется, если их
связывать с условиями передачи тепла
из зоны реакции к подогреваемому
слою и с тепловыми потерями.
устойчивого горения нужно,
чтобы неизбежные тепловые потери,
слагающиеся из отвода тепла за пре-
делы заряда и в глубь прогреваемого
теплом, выделяющимся при реакции. Если этого нет, процесс
прекратится.
Скорость горения конденсированного ВВ U практически не
зависит от диаметра заряда. Ее зависимость от давления для
многих ВВ описывается уравнением
U — A-]-Bpv,	(1.3)
ВВ
где коэффициент v близок или равен единице, и изображена на
рис. 6.
Значения постоянных А и В зависят от давления, поэтому
обычно указывают, в каких пределах формула верна. С ростом
температуры скорость горения увеличивается; при повышении
начальной температуры на 100° С она возрастает в 1,5—2,0 раза.
Максимальное давление ртях, развиваемое при сгорании по-
рохового заряда в замкнутом объеме при плотности заряжания Д
(плотность заряжания — отношение массы заряда к объему, в ко-
тором он размещен) в интервале 0,1—1,0 г/см3, определяется
по формуле ртах — 18 000Д1’23. Для Д = 0,25 г/см3 оно составит
около 3000 кгс/см2.
Стационарное горение осуществляется в условиях, когда
образующиеся газы свободно удаляются с поверхности горящего
вещества и давление над зарядом не повышается. Если в связи
с увеличением газообразования или из-за затруднений с отводом
25
газов давление будет расти, горение может стать неустойчи-
вым, пульсирующим и способно либо прекратиться (при интен-
сивном газоотводе), либо перейти в детонацию.
Рассмотрим пример. Пусть трубка заполнена взрывчатым
веществом, подожженным с торца. Над горящим ВВ создается
давление рг, превышающее давление в окружающей среде р0.
Под действием перепада давления рг—р0 продукты сгорания
начинают удаляться из трубки, причем чем больше перепад, тем
интенсивнее они удаляются.
Газоприход пропорционален скорости горения, также зави-
сящей от давления. На рис. 7 в координатах р (давление) и М
Рис. 7. Соотношение газопри-
хода и газоотвода при горении
рис. 8. Соотношение газоприхода (7)
и газоотвода (2) при изменяющейся
скорости горения ВВ
(массовая скорость горения) показан характер зависимости газо-
прихода (кривые 1 и 3 — два разных вещества) и газоотвода
(кривая 2) от давления, при котором протекает процесс. Если
газоприход определяется прямой 1, то на участке р0—рг он
превышает газоотвод (кривая 2) и давление в зоне горения, а сле-
довательно, и скорость горения начнут увеличиваться до зна-
чений, определяемых точкой В, в которой газоприход и газо-
отвод равны. Если поджигание произойдет при более высоком
давлении над зарядом, искусственно созданном на короткое
время, то начавшееся горение будет протекать при газоотводе,
превосходящем газоприход, давление над поверхностью ВВ начнет
падать, скорость горения уменьшится до значения, характери-
зуемого точкой В. В условиях, определяемых этой точкой, при
данных условиях опыта ВВ горит устойчиво и с постоянной
скоростью, j Но устойчивость нарушится, если затруднить газо-
отвод (кривая 2'). Для прямой 3 газоприход во всем интервале-
давлений больше газоотвода и горение неустойчиво.
При достижении некоторых пределов по давлению может
изменяться не только скорость, но и характер реакции, На рис.8
это соответствует точке В, где газоприход резко возрастает и,
начиная с точки С, превышает газоотвод.
Нарушение устойчивости горения происходит следующим об-
разом. Если горит жидкое ВВ, то на его поверхности вследствие
турбулизации появляются волны (эффект Ландау), увеличива-
26
ющие поверхность горения и соответственно газоприход. Затруд-
няют процесс силы тяжести, вязкость и поверхностное натяжение,
а также уменьшение размеров сосуда. Условия устойчивости
горения формулируются следующим образом: максимальная
массовая скорость горения UM(p г-с/см2) не должна быть больше
Вр'12, где р — давление в кгс/см2, а В ~ 0,25. Этот механизм
может наблюдаться и у твердых (в нормальных условиях) ВВ,
на поверхности которых при горении образуется слой распла-
вленного вещества.
Изображенная на рис. 6 кривая газоприхода для твердых
ВВ, если последние обладают порами, верно описывает процесс
только до определенного давления. При повышенном давлении
газоприход зависит и от газопроницаемости заряда. Скорость
горения начинает возрастать благодаря тому, что горячие про-
дукты по порам проникают внутрь вещества, поджигая его из-
нутри, вследствие чего газоприход может превысить газоотвод.
У бризантных ВВ это давление обычно достаточно высоко. Про-
цесс может ускоряться еще и потому, что образующиеся газы
способны уносить в зону горения частицы ВВ, увеличивая тем
самым поверхность горения и количество ВВ, сгорающего в еди-
ницу времени. Увеличение поверхности горения за счет дробле-
ния горящей шашки также может способствовать ускорению
горения. Такие случаи возможны и при использовании порохов
в геофизической аппаратуре.
Пути повышения устойчивости горения вторичных ВВ хорошо
иллюстрируются на примере нитроглицериновых порохов, сго-
рающих без перехода в детонацию при давлении (8—20) • 103 кгс/см2.
Нитроглицериновый порох состоит из двух ВВ — твердого пиро-
ксилина и жидкого нитроглицерина. Неустойчивость горения
первого определяется высокой пористостью, второго — турбу-
лизацией поверхности. Нитроглицерин, заполняя поры пиро-
ксилина, уничтожает его пористость, а малые размеры пор за-
трудняют турбулизацию горящего нитроглицерина.
У порохов, используемых в стреляющих системах, измене-
ние величины газообразования во времени регулируют формой
заряда и плотностью заряжания. Зная законы горения пороха,
можно точно определить газоприход и рассчитать скорости пуль,
снарядов, тяговые усилия ракет — различные формы работы,
совершаемые пороховыми газами.
Знакомство с особенностями горения позволяет дать физи-
ческое обоснование делению ВВ на инициирующие, бризантные
и пороха. Главное отличие горения инициирующих ВВ в том,
что уже при атмосферном давлении оно становится неустойчивым
и переходит в детонацию. Нужны ничтожные доли грамма азида
свинца PbNe для того, чтобы его горение перешло в детонацию.
Вели увеличить газоотвод, например, сжигая другое иницииру-
ющее вещество — гремучую ртуть Hg(CNO)2 в вакууме, то
оно может спокойно сгореть.
27
У вторичных (бризантных) ВВ горение более устойчиво.
Переход горения в детонацию у них происходит при давлении
от нескольких до сотен килограмм-сил на квадратный санти-
метр. Чем ниже давление, при котором происходит срыв нормаль-
ного горения, тем опаснее ВВ в обращении.
Максимальной устойчивостью обладают пороха. Их режим
работы — горение при давлении 1000—10 000 кгс/см2. Но если
повысить давление, то и у порохов будет наблюдаться переход
горения в детонацию.
Таким образом, давление, соответствующее срыву нормаль-
ного горения, способно служить тем критерием, по которому
можно классифицировать принадлежность ВВ к одному из трех
классов — инициирующих, бризантных и порохов.
Условия срыва нормального горения тесно связаны с плот-
ностью заряда, его агрегатным состоянием, размерами частиц
вещества, из которого приготовлен заряд, и т. п., поэтому могут
служить лишь качественной границей, разделяющей эти три
класса ВВ. Так, спрессованная до плотности р0 = 4,2 г/см3
гремучая ртуть способна спокойно сгорать при атмосферном
давлении. По-разному идет горение у пористых и сплошных за-
рядов, изготовленных из одного и того же ВВ. Но для условий,
в которых эти ВВ обычно применяются, такое деление их на три
группы оправданно и, как правило, выдерживается.
Говоря о горении, мы подразумевали распространение фронта
горения внутрь вещества. Распространение горения по поверх-
ности заряда протекает значительно быстрей. При применении
пороховых зарядов в изделиях условия поджигания заряда
сильно влияют на качество работы аппаратуры. В некоторых
конструкциях грунтоносов поджигающие основной заряд горю-
чие газы должны обеспечивать начальное давление в камере по-
рядка 100 кгс/см2. Подобные требования к поджиганию не
являются исключительными.
§ 4. Чувствительность взрывчатых веществ к удару, трению
начальному импульсу и быстрому нагреву
Обязательными условиями применения ВВ являются безо-
пасность в обращении и надежность срабатывания заряда.
Заряды не должны самопроизвольно взрываться от ударов и
трения при перевозке и во время работы, а взрыв должен без-
отказно вызываться существующими средствами инициирования.
Очень многие химические соединения, обладающие взрывча-
тыми свойствами, не нашли применения как ВВ только из-за
высокой чувствительности, которая делает их опасными в об-
ращении. Но существует ряд химических веществ, обладающих
взрывчатыми свойствами, применение которых в основном не
связано с использованием этих свойств, например аммиачная
селитра — слабое взрывчатое вещество, широко используемое
28
как удобрение. Это вещество также входит в состав многих
взрывчатых веществ, используемых промышленностью.
Чувствительность к удару и трению — свойство, присущее
каждому ВВ, может быть понижена или повышена введением
в его состав специальных веществ. Понижение чувствительности
называется флегматизацией, а добавки,
снижающие чувствительность, — флегмати-
заторами. Повышение чувствительности на-
зывается сенсибилизацией, а добавки, повы-
шающие чувствительность, — сенсибилизаторами.
Если говорить о чувствительности ВВ, помещен-
ного в изделие (перфоратор, торпеду, корпус
снаряда), то во многих случаях оболочка (ее
конструкция, материал) может играть суще-
ственную роль, увеличивая или уменьшая опас-
ность обращения с ВВ. При этом следует учи-
тывать и такие факторы, как легкость электри-
зации материала, возникновение искры при ударе
по нему и ряд других.
Испытание на чувствительность проводят
на приборах — копрах (рис. 9, а), сбрасывая
груз на навеску ВВ, помещенную в штемпельный
приборчик между металлическими цилиндрами
(рис. 9, б, в), и находя минимальную высоту,
прп которой получается 100 или 50% взрывов;
наиболее обоснованно последнее определение.
Определяя высоту, при которой срабатывает
испытуемое вещество (или процент взрывов при
фиксированной высоте), можно оценить степень
опасности обращения с ним, сопоставив для
этого полученные данные с данными по чув-
ствительности хорошо известных ВВ (тротил,
гексоген и другие), полученными по этой же
методике на копре.
Рис. 9. Прибор для испытания взрывчатого вещества на
чувствительность к удару (а), приборчики № 1 (б) и
№ 2 (в)
Для бризантных ВВ существует так называемая стандарт-
ная проба, заключающаяся в том, что процент взрывов опре-
деляется при сбрасывании на навеску ВВ, размещенную в при-
борчике б (см. рис. 9), 10 кг груза с высоты 25 см. Для тетрила,
часто используемого как эталон, стандартная проба дает 44%
взрывов, для порошкообразного тротила — 28%. Так как в этих
Испытаниях возникновение взрыва носит вероятностный характер,
то для каждой высоты выполняют большое число опытов, доста-
точное для статистического обобщения.
29
Испытание на трение проводится на приборе, позволяющем
прикладывать к ВВ касательные воздействия заданной интен-
сивности. Проба применяется сравнительно редко, и обычно
чувствительность ВВ характеризуют только данными испытаний
на копре (к удару). В табл. 5 приведены сведения о чувствитель-
ности некоторых ВВ к удару.
Таблица 5
Чувствительность взрывчатых веществ к удару
при массе груза 10 кг и высоте его падения 25 см
Наименование ВВ	% взрывов
Тэн		44
Гексоген 		70—80
Тротил (насыпной) 		28
Бездымный порох 		70—80
Тетрил 		44
Инициирующие ВВ обладают намного большей чувствитель-
ностью к удару, чем бризантные.
Теория чувствительности ВВ к удару разрабатывалась мно-
гими исследователями. Основные положения теории заключаются
в следующем. Процесс начинается с поджигания ВВ. Подожжен-
ное ВВ может гореть неустойчиво и в определенных условиях
способно детонировать. Для поджигания нужно нагреть его
примерно до 350—400° С, причем достаточно ограничиться на-
гревом небольшой части заряда. Таким образом, возникновение
взрыва связано с созданием условий, при которых удар вызывает
поджигание ВВ. Эти вопросы были детально исследованы
Н. А. Холево.
Удар, динамически сжимая вещество, вызывает его разогрев.
Однако для достижения очень высоких температур требуются
большие давления. Обеспечивающая детонационное превраще-
ние температура ВВ достигается в том случае, если давление
при ударе имеет порядок 105 кгс/см2. Для поджигания ВВ тре-
буются намного меньшие температура и давление при ударе.
Еще меньшие ударные давления нужны для создания очагов
поджигания сжатием газовых включений, обычно содержащихся
в порах твердых ВВ, и пузырьков газа в жидких ВВ. Особенно
легко сжимаются газовые включения, находящиеся в жидких
взрывчатых веществах.
Температура разогрева Т (в градусах Кельвина) газа с ис-
ходными параметрами р0 и То при сжатии до давления р в пред-
положении адиабатичности процесса будет:
К-1
Т = То ( -£-) к ,
\ ро J
30
С D
где л = у- — отношение теплоемкости при постоянном давле-
нии к теплоемкости при постоянном объеме.
Простое вычисление показывает, что для достижения высоких
температур достаточно сжатия газа давлением 5—10 кгс/см2. Из
этой же формулы следует, что начальное давление, при котором
находится ВВ (а следовательно, и газовые включения в заряде),
должно влиять на его чувствительность. Механизм возбуждения
взрыва поджиганием ВВ газом, нагретым за счет сжатия и на-
ходящимся в объеме заряда, многие специалисты не признают:
они связывают влияние газовых включений на чувствительность
ВВ к удару с особенностями волновых процессов, возникающих
при ударе в заряде « включениями воздуха.
При всестороннем сжатии заряда движения ВВ не будет;
если сжатие не всестороннее, может наступить течение вещества.
Благодаря градиенту скоростей между ВВ и оболочкой, а также
трению между слоями ВВ разогревается. Чем больше градиент,
тем выше (при прочих равных условиях) температура разогрева.
Абсолютное значение температуры зависит от коэффициента внут-
реннего трения вещества и давления. Н. А. Холево показал,
что вязкостное трение чрезвычайно сильно зависит от условий,
в которых осуществляется течение ВВ.
При испытании на чувствительность к удару в приборчике № 2
(рис. 9) вещество может свободно течь в кольцевую выемку,
в приборчике № 1 течение ВВ из-за малых размеров зазора
затруднено. Два ВВ, обладающих одинаковой температурой вос-
пламенения, но различной текучестью, при испытаниях на этих
приборах поведут себя по-разному. Текучее вещество в при-
борчике № 2 легко и при малых давлениях будет вытекать
в кольцевую полость, коэффициент внутреннего трения из-за
отсутствия высокого давления не возрастает, температура не
поднимется. В приборчике № 1 при движении вещества в узкие
зазоры возникнет высокое давление и повысится температура,
хотя само движение будет затруднено размером зазора. Для
малотекучего ВВ течение в приборчике № 1 станет вообще не-
возможным, а в приборчике № 2 в силу большого внутреннего
трения оно будет сопровождаться разогревом.
Вводя в состав ВВ различные добавки, можно изменить его
свойства и чувствительность к удару.
Высокую температуру может дать трение друг о друга твер-
дых тугоплавких примесей (например, частиц песка), находящихся
в ВВ, а также элементов оболочки заряда или посторонних пред-
метов, вводимых в ВВ, например при резке или разбуривании.
Возникновение таких «горячих» точек может быть причиной
поджигания заряда. Для этого нужно, чтобы частицы, на
гранях которых возникают высокие температуры, обладали до-
статочно высокой температурой плавления. Если вещество пла-
вится при низких температурах, то «горячая» точка не может
31
возникнуть, поскольку тепло будет расходоваться на увеличение
количества расплавленного материала, а не на повышение темпе-
ратуры у образовавшейся жидкости (для этого нужны очень вы-
сокие давления — повышению температуры плавления на 1° С
отвечает увеличение давления над веществом на 200 кгс/см2).
Однако, говоря о чувствительности, влияние каждого из этих
факторов следует рассматривать в комплексе с другими, по-
скольку могут создаться условия, в которых действие по одному
механизму, например поджигание за счет вязкостного трения,
будет противоположно действию по другому — поджиганию по
механизму «горячих» точек на гранях примесей.
Для всесторонней проверки безопасности обращения с изде-
лиями, содержащими ВВ, их иногда испытывают, сбрасывая
с различной высоты на плиты или подвергая интенсивной тряске,
в условиях, приближающихся к наихудшим, которые могут
встретиться на практике. Однако в подавляющем большинстве
случаев заключение о пригодности ВВ для практического исполь-
зования (с позиций безопасности обращения с ними) делают на
основании результатов их испытаний на копре. Испытание ВВ на
специальных приборах на чувствительность их к трению не нашло
массового применения.
Самостоятельное значение имеет чувствительность ВВ к бы-
строму нагреву (определение температуры вспышки). Как из-
вестно, для того, чтобы в результате подвода тепла ВВ загоре-
лось, нужно, чтобы в какой-то части заряда теплоприход обес-
печил прогрев заряда до температуры воспламенения. При мед-
ленном нагреве это сводится к схемам теплового взрыва, при
быстром нагреве до высоких температур — к первоочередному
прогреву и развитию процесса в периферийной, прилегающей
к теплоносителю части заряда (навески). Температура вспышки
очень зависит от условий, при которых подводят тепло, и разные
методы исследования одного и того же вещества дают существенно
различные результаты. Чувствительность ВВ к нагреву не кор-
релируется с чувствительностью ВВ к удару. В отличие от удара
при поджигании процесс возникает и развивается при нормаль-
ном давлении и вероятность возникновения неустойчивого го-
рения меньше.
Чувствительность к начальному инициирующему импульсу
позволяет оценивать, насколько легко возбуждается детонация
ВВ. Ее определяют величиной минимальной навески иницииру-
ющего ВВ, помещаемой на испытуемый заряд и безотказно вызы-
вающей детонацию. Так, взрыв тротила вызывается навесками
азида свинца 0,09 г и гремучей ртути 0,36 г.
Обычно для возбуждения детонации достаточно применить
капсюль-детонатор, энергия взрыва которого в зависимости от
его размера составляет Л—2 ккал. Но чувствительность неко-
торых ВВ такова, что импульс детонатора оказывается недоста-
точным и его приходится усиливать взрывом специального
32
заряда — промежуточного детонатора. С таким построением за-
ряда (капсюль, электродетонатор, или взрывной патрон—проме-
жуточный детонатор — основной заряд) на практике встречаются
часто. Иногда к ВВ промежуточного детонатора предъявляют
дополнительное требование, касающееся скорости детонации,
которая в одних случаях должна быть максимальной, а в дру-
гих — не больше определенной величины1. Неправильный подбор
ВВ для боевиков может стать причиной плохой работы основного
заряда в производственных условиях.
§ 5. Теория детонации взрывчатых веществ
Прежде чем остановиться на теории детонации, следует по-
знакомиться с особым видом возмущения, который может воз-
никать и распространяться в сре
де, — с ударной
ная волна
ляет собо
сжатия ср
ким скачке
и л от н о с т и
туры на
фронте,
волной. У д а р-
представ-
й область
еды с рез-
> м давления,
и темпера-
переднем
перемеща-
ющуюся со сверхзву-
ковой скоростью. Ударные волны могут распространяться
практически в любой среде. Распространением ударных волн
можно объяснить тот факт, что взрыв способен вызывать раз-
рушения в окружающем заряд пространстве на больших рас-
стояниях.
Типичный профиль ударной волны показан на рис. 10, где
р—р0 — скачок давления, который наблюдается на фронте
волны, когда давления в среде от исходного р0 возрастает до р
(во фронте волны). Затем в течение периода фазы сжатия АВ
происходит быстрый спад давления. Сразу за сжатием идет фаза
разрежения ВС. Ударная волна характеризуется еще и тем, что
при прохождении вызывает движение среды в направлении
своего распространения. Характер изменения скорости среды при
прохождении через нее ударной волны аналогичен изменению
давления в волне. В фазе сжатия среда движется в направлении
распространения волны, в фазе разрежения — в обратном напра-
- влении.
Ударная волна, распространяясь, растягивается, поскольку
передний ее фронт движется со сверхзвуковой скоростью, а
1 При применении промежуточных детонаторов из мощных В В для
возбуждения взрыва ряда ВВ типа аммонитов наблюдается эффект «пере-
инициирования», когда детонация у основного заряда не успевает развиться
из-за разброса продуктами взрыва промежуточного детонатора прилегающей
к нему части основного заряда (до завершения в нем реакции).
3 Заказ 41»	33
хвостовая часть (где давление уже мало) — со скоростью, близкой
к скорости звука. Ее распространение сопровождается большими
потерями энергии на разогрев и разрушение среды. С удалением
от источника скорость ударной волны стремится уменьшиться
до звуковой, а скорость перемещения вещества в направлении
волны (массовая скорость) — до нуля. С удалением от источ-
ника ударная волна превращается в акустическую.
В основе всех способов технического применения бризантных
ВВ лежит использование детонационного превращения. Попытки
объяснить этот процесс предпринимались еще в прошлом столе-
тии. Наиболее удачно это сделал Бертло, предложивший теорию
1	2	3
	ЛР, V	РоРо То
/	2 '	3
		
	ЛГ	
Рпс. 11. Схема, использу-
емая для вывода уравнений
гидродинамической теории
детонации
взрывной волны, основные положения
которой справедливы и сейчас.
Рассмотрим, как протекает процесс
у газовых взрывчатых смесей. Воз-
буждение их взрыва вызывается сжа-
тием слоя смеси; при быстром сжатии
уже сравнительно невысокие давления
обеспечат ее разогрев до температур,
при которых реакция идет быстро.
Сжатие, в частности, может быть вы-
звано взрывом капсюля-детонатора. Бы-
строе сжатие ведет к реакции в газовой
смеси, завершающейся в короткое время благодаря высокой
температуре. В силу экзотермичности процесса газообразные
продукты реакции до расширения имеют более высокую темпе-
ратуру, чем исходная сжатая' смесь. Волна давления начинает
распространяться по соседнему слою газовой смеси, с описанной
выше последовательностью процесс повторяется, проходя по
всему объему заряда. Скорость распространения такого превра-
щения — детонация значительно выше скорости горения, так
как сообщение энергии новым, вступающим в реакцию слоям
вещества ударным сжатием происходит намного быстрее, чем
теплопередачей (при горении).
Современная теория детонационной волны (гидродинамиче-
ская теория детонации) рассматривает детонацию как движение
скачка давления (ударной волны) по заряду, сопровождающееся
химической реакцией, энергия которой поддерживает стационар-
ное распространение ударной волны, компенсируя потери.
Предположим, что в трубе сечением S, заполненной газом
плотностью р0, давлением р0 и температурой Гц, в момент вре-
мени т = О начал двигаться поршень со скоростью со (рис. 11).
За время т поршень переместится на расстояние сот. Возникшая
перед поршнем ударная волна распространяется по невозмущен-
ному газу со скоростью D и к моменту т будет находиться
в точке 3. Граница 3—3 отделяет сжатый газ с параметрами рг,
Pi и 7\, находящийся между поршнем и передним фронтом удар-
ной волны (на участке 2—3 трубы), от невозмущенного газа.
34
Определим, как будут изменяться параметры газа при про-
хождении ударной волны. Для этого воспользуемся законами
сохранения массы, количества движения и энергии.
Закон сохранения массы. Масса газа до и после сжатия
ударной волной не изменяется. Масса несжатого газа равна
р0/)5т, после сжатия — рДО — со)5т:
p0DSr = рх (D — со) St,
p0D = p1(D — a).	(1.4)
Из этого соотношения
ю = д_Р1-Ро .	(1.5)
Pi
Так как р = 1/И, где V — удельный объем (объем единицы
массы), то, подставив в формулу (1.4) соответствующие значения
р0 и р1; получим
D/V0^(D-^)/V1	(1.6)
или
a-D^-VJ/V,-,	(1.7)
D^V^-VJ.	(1.8)
Закон сохранения количества движения. По второму закону
Ньютона импульс силы равен изменению количества движения.
Начальная скорость движения газа равна нулю, следовательно,
изменение количества движения равно p0Z>coSr. Приравнивая
его к импульсу действующей силы (рг—P0)St:, получим
Pi — Po^PoDa
или
Pl — p0 = Doi/V0.	(1.9)
Из соотношений (1.7) и (1.9)
. Р1-Ро==й-(^о-^)	(1.10)
у о
И
иМл-Ж-гд	(Ы0')
а из соотношения (1.10)
При рассмотрении весьма сильных и особенно детонационных
волн значением р0, которое мало по сравнению с plt практически
всегда можно пренебречь. Формула (1.9) позволяет рассчитывать
давление на фронте детонационной волны, так как величины
Ро, D и со могут быть сравнительно просто определены
3*	35
экспериментально, в то время как замер давления встречает
большие трудности.
Закон сохранения энергии. Примем, что система изоли-
рована и потерь энергии нет. В нашем случае это не вносит
ошибки, так как процесс протекает за очень короткое время.
Тогда работа, произведенная над газом, должна быть равна
изменению его полной энергии. Полная энергия слагается из
внутренней (тепловой) и кинетической. Обозначим через Ео и
Е1 начальную и конечную внутренние энергии единицы массы.
Кинетическая энергия единицы массы будет ы2/2. Полное изме-
рение энергии сжатого газа равно изменению внутренней и ки-
нетической энергий p0D (£\ — Ко + <jj2/2)St, так как в началь-
ный момент скорость движения газа о> = 0. Это изменение вы-
звано действием силы p±S на участке сот:
p^Sx = p0D (Е1 — Ео + со2/2) St;
Pi® = p0D (Ei — Ео+ о>2/2).
Законы сохранения массы и количества движения одинаковы
как для ударной волны, так и для детонационной. Но поскольку
при детонационном процессе выделяется дополнительная энер-
гия q — удельная теплота взрыва, то для идеального газа к те-
пловой части внутренней энергии единицы массы Ео = cvT0
(где cv — удельная теплоемкость при постоянном объеме) сле-
дует в случае детонационной волны добавлять q:
Ео = cvT 0+ q.
Для идеального газа внутренняя энергия единицы массы
Е = рУ/(Е-1),
а внутренняя энергия единицы объема
Ev = p!(K— 1).
Из формулы (1.9) можно найти значения р в детонационной
волне и, пренебрегая р0, определить внутреннюю энергию еди-
ницы объема в детонационной волне Еу^
Ev =p0D<d/(K—l).	(1.12)
Воспользовавшись приведенными выше уравнениями, можно
получить
Е1-Е0 = ^±^(У0-У1).	(1.13)
Для вещества с известными термодинамическими свойствами
удельная энергия может быть выражена функцией от р и У.
Подставив значения Ео и Е± в уравнение (1.13), получим уравне-
ние кривой, связывающей величины р и У и проходящей через
33

точку р0, Vo. Эта кривая называется ударно
той или адиабатой Гю
Для идеального газа, когда
р -Ро^о „
уравнение адиабаты Гюгоньо
Пр _ Pi _____________________
V1 ро (К — 1) Pi+ (А -|- 1) ро
г о н ь о.
р __ Р1У1
К-1 ’
имеет вид
(К 4-1) Р1+(А — 1) Ро
й а д и а б а-
~ 0,2 О.Ч 0,6 0,8 l,Ou/lr„
Рпс. 12. Адиабаты Пу-
ассона и Гюгоньо
(1.14)
или
Р1 _ (А + 1) Р1-(А-1) Ро
Ро (А+1)ро-(А-1)Р1 •
Адиабата Гюгоньо представляет собой
геометрическое место точек, которые по-
лучаются из исходного состояния р0, Vo
путем однократного сжатия среды удар-
ными волнами разной интенсивности А
При сжатии имеют место необратимые
потери: чем оно сильнее, тем больше
возрастает энтропия газа.
В отличие от ударной адиабаты Гю-
гоньо при изменении состояния по адиабате Пуассона (pVK =
= const) процесс протекает при постоянной энтропии.
Считая, что р0 мало по сравнению с р1г можно получить сле-
дующие соотношения:
Р^-кТТ
<й
(1.15)
(1.16)
2
А + 1
Предельное увеличение плотности газа в сильной ударной
волне определится соотношением
р1/р0 = (А+1)/(А-1).	(1.17)
На графике рис. 12 показаны ударная адиабата 1 и адиабата
Пуассона 2 для двухатомных газов. Пунктирная прямая 3 по-
казывает предельное изменение плотности в сильных ударных
волнах, достижимое при ударном сжатии.
Гидродинамическая теория детонационной волны. Как уже
говорилось ранее, детонационная волна отличается от ударной
тем, что в ней осуществляется химическая реакция, в ходе которой
1 Не следует думать, что при сжатии ударной волной газ проходит все
промежуточные точки ударной адиабаты от/?070 до ртУг. В действительности
он скачком переходит из состояния р0Г0 в состояние уч,!7,. В этом смысле
название «ударная адиабата» неудачно.
37
внутренняя энергия газов возрастает. В некоторых случаях можно
принять, что скорость реакции обеспечивает практически мгно-
венное превращение вещества из одного состояния в другое.
Однако для получения правильной картины Явления учет фак-
тора времени во многих случаях обязателен.
Допустим, что состояние вещества за счет сжатия ударной
волной быстро изменится от р0, Уо до р1; У1 (кривая 1 на
рис. 13, а). В результате реакции, начавшейся в сжатых газах,
выделится тепло и изменится их состав и состояние вещества
станет описываться уже другой адиабатой (кривая 2). Проведем
прямую 5, соединяющую точки р0, Уо и рг, У1.
в веществе
Давления, удельные объемы и скорость детонации связаны
между собой следующим соотношением:
<L18)
где р—у- — тангенс угла наклона прямой 5.
Чем круче прямая 3, тем больше скорость детонации, распро-
страняющейся по веществу. В случае установившегося про-
цесса детонации можно утверждать, что и другие промежуточные
процессы, протекающие в веществе и сопровождающиеся выде-
лением энергии, осуществляются со скоростью детонации, в про-
тивном случае процесс был бы неустойчив. В связи с этим все
изменения состояния вещества в ходе химической реакции при
стационарной детонации могут протекать только по прямой 3,
по которой осуществляется переход с одной адиабаты на дру-
гую. Эта прямая называется прямой Михельсона. Ее формула
Р1 = Ро+^-(^о-^)-	(Ы9)
Рассмотрим, как происходит переход от ударной адиабаты
для исходного вещества к адиабате для продуктов реакции
(рис. 13, б). Устойчивой детонации будет отвечать прямая Михель-
38
сона являющаяся касательной (точку касания называют точкой
Жуге) к ударной адиабате продуктов взрыва. Любая прямая
(например, С А на рис. 13, б), лежащая ниже прямой BDA, не
попадает на ударную адиабату конечных продуктов взрыва.
Относительно прямых, расположенных выше и являющихся се-
кущими для адиабаты продуктов взрыва, прямая BDA отвечает
минимальной скорости детонации. Экспериментально найдено и
показано теоретически (Я. Б. Зельдович), что из возможных
скоростей детонации осуществляется наименьшая, отвечающая
переходу к адиабате продуктов взрыва по прямой Михельсона
и касательной к ней. Точка D, в которой завершается хими-
ческая реакция в детонационной волне, отвечает полному выде-
лению тепла. Точки на участке прямой BD соответствуют про-
межуточным адиабатам, описывающим состояние продуктов взрыва
с еще не завершившимися реакциями. Но, несмотря на значитель-
ное выделение тепла в ходе превращения ВВ, давление во фронте
детонационной волны будет больше, чем в точке Жуге, так как
за время реакции продукты взрыва расширятся.
Энтропия, достигающая в точке касания максимума, на бес-
конечно малых участках касательной, примыкающей к точке
касания, изменяется на бесконечно малую величину второго
порядка. Это значит, что на этом участке ударная адиабата Гю-
гоньо совпадает с адиабатой Пуассона. Воспользовавшись этим
условием, можно показать, что скорость детонации D равна
сумме скоростей движения продуктов взрыва ю и местной ско-
рости звука с в продуктах взрыва. В связи с этим на любых уча-
стках секущих, расположенных выше касательной, местная ско-
рость звука будет больше D — и и волна разрежения, следующая
за ударной волной, догонит и снизит давление во фронте дето-
национной волны. Этим объясняется, в частности, факт сниже-
ния скорости детонации в заряде до нормальной по мере уда-
ления от точки инициирования в том случае, если взрыв вы-
зывался 'инициатором, обладающим более высокой скоростью
детонации, чем вещество основного заряда.
Законы сохранения массы, количества движения и энергии,
уравнение состояния и уравнение, которое может быть написано
для точки касания адиабат Гюгоньо и Пуассона, дают необхо-
димые уравнения для расчета параметров детонации при условии,
что известны начальные параметры газа и теплота взрыва. Из
этих уравнений получаем
= V2(№— 1)g ,	(1.20)
где q — удельная теплота взрыва (на моль). Значение К (напом-
ним, что К — отношение теплоемкостей cp]cv) для трехатомных
газов СО2, Н2О составляет 1,28, двухатомных СО, N2, О2
одноатомных Аг, Не — 1,6.
Однако состав продуктов взрыва в детонационной волне
сильно отличается от конечных, в том числе и в силу того, что
39
они находятся в условиях больших температур и давлений. Это
создает трудности при расчетах, поскольку значение К оказы-
вается неизвестным. В качестве примера приведены несколько
найденных экспериментально значений К для продуктов взрыва:
тротила большой плотности — 1,23, насыпного тротила — 1,24,
прессованного тэна — 1,21, нитроглицерина — 1,19.
Из теории детонационной волны следует, что давление фронта
в два раза выше давления в веществе в момент завершения реак-
ции (точка Жуге) и в четыре раза больше давления, которое
возникло бы в веществе, если бы оно мгновенно превратилось
в газы. Участок от момента ударного сжатия (фронта) до за-
вершения реакции, характеризуемый высокими давлениями, на-
зывается химическим пиком. Его существование в настоящее
время подтверждено экспериментально.
Решим следующую задачу
В установке газовой детонации для морской сейсмической разведки
используется смесь пропана с кислородом. Рассчитать скорости детонации
(м/с) для стехиометрических смесей кислорода с пропаном.
Реакция с кислородом запишется как
СзНд-рбОз----> ЗСОэ-|~4Н2О-р
При теплоте образования пропана (газ) 26,1 ккал/г-моль, воды (газ)
57,8 ккал/г-моль и углекислого газа 94,5 ккал/г-моль теплота взрыва по
закону Гесса определится из соотношения
26,1 +51 =3 • 94,5-|-4 • 57,8
,	1000
или на 1 кг смеси q2 = qv .
Скорость детонации при подстановке q (ккал/кг) в формулу (1.20) полу-
чим в метрах в секунду путем введения множителя 64,6:
D = 64,6 /2(7С2_1) q .
Для продуктов взрыва этой смеси К = 1,28, следовательно, при разба-
влении газовой взрывчатой смеси азотом или другим нейтральным газом
скорость детонации смеси будет изменяться. В определенных пределах до-
бавки нейтрального газа скорость детонации может возрастать, поскольку
увеличение К будет существенней, чем уменьшение q за счет разбавления.
Как и во всех случаях, когда изменение одного параметра вызывает два
взйимио противоположных эффекта (добавка инертного газа уменьшает
тепловой эффект взрыва 1 кг смеси и увеличивает показатель политропы),
задача может быть решена на экстремум.
У реальных смесей скорости детонации бывают и меньше вы-
численных по формуле (1.20). Такое поведение взрывчатой смеси
связано с влиянием на процесс диаметра сосуда. Чем сосуд
больше, тем меньше тепловые потери, полнее завершается про-
цесс и, следовательно, выше скорость детонации.
40
§ 6. Детонация твердых и жидких (конденсированных)
взрывчатых веществ
Детонация конденсированных ВВ лежит в основе многочислен-
ных технических методов использования взрывчатых веществ,
поэтому важно знать особенности процесса, чтобы не допускать
ошибок при выполнении разнообразных работ, связанных с их
применением.
Положения гидродинамической теории детонации в прин-
ципе относятся и к конденсированным ВВ. Однако расчеты по
приведенным выше формулам сильно осложняются отсутствием
надежного уравнения состояния продуктов взрыва при тех боль-
ших давлениях, которые характеризуют взрыв. Кроме того,
механизм быстрой химической реакции, протекающей при про-
хождении детонационной волны в заряде, в полной мере еще не
изучен и, по-видимому, в зависимости от вида вещества можно
говорить о существенно различных механизмах возбуждения
и хода реакции.
В условиях детонационной волны при давлениях в сотни
тысяч килограмм-сил на квадратный сантиметр образовавшиеся
газы находятся в особом, сильно сжатом состоянии — их плот-
ность может превышать плотность жидких газов в 2 раза. Обыч-
ные уравнения состояния здесь неприемлемы. Л. Д. Ландау и
К. П, Станюкович уподобили состояние газов в детонационной
волне состоянию кристаллической решетки твердого тела, у ко-
торого энергия складывается из упругой энергии, обусловленной
взаимодействием между молекулами, и тепловой энергией коле-
бания частиц. Они показали, что не будет существенной ошибкой
считать, что в продуктах детонации давление зависит только
от плотности, а не от температуры, и предложили уравнение
состояния для продуктов взрыва, имеющее вид pVn = const,
где п близко к 3.
Экспериментально установлено, что скорость детонации про-
порциональна начальной плотности вещества
7? = Лр0.	(1.21)
Для получения D в метрах в секунду для тротила нужно
брать А = 4,5 X 105 см4/г-с (при р0 в г/см3) 4. Обычно при
увеличении плотности индивидуальных ВВнаО,1 г/см3 скорость
детонации возрастает на 320—400 м/с.
На основании формулы (1.10) для точки Жуге запишем
Pi~Po = D1 2
Vq-V, .
yi
У 0
1 Указанное значение А является
применимо только к индивидуальным
лишь оценочным; кроме того, оно
(не смесевым) ВВ.
41
пренебрегая р0 в силу его малости и заменяя удельные объемы
на соответствующие плотности, получим
P1=D2	(1.22)
pl
Считая, что плотность вещества во фронте детонационной
волны рх пропорциональна р0 и подставив в формулу (1.22)
вместо D и рх соответственно значения /1р0 и 7гр0, будем иметь
=	= дv 2-1	(1 23,
Обозначив
«Ро	°
Р1 = Срз.
можно переписать в виде
получим
Выражение (1.23)
поскольку р! = Лр0, то Р1 =	рЗ.
Обозначим	,
Л2 = -^1 = Д
fe4 ’
тогда
А = Вр*.	(1.24)
В точке касания (точка Жуге) имеет место минимальная из
возможных скоростей детонации.
Из формул
Pi = £>2Ро ~р1^ро) и P1 = Bpf
получаем
D2 = Bp4/po(P1_po).
Дифференцируя по р2
dip- _ В [ро(Р1 — Ро)4рЗ—р4р0]
Йр1	Po(Pi-Po)2
и приравняв нулю числитель производной, получим
Ро(Р1-Ро)^Р31-Р^Ро = О’
откуда
3Pi = 4p0 и р1 = АРо
42
или
h = Pi/Po = 4/3.	(1.25)
Подставив в формулу (1.22) значения рх = у р0, будем
иметь
Р1 = ±р0^.	(1.26)
Скорость движения газов позади фронта
со - D -P1Z1PL = 1 D .	(1.27)
1 Р1 4
Формулы (1.25), (1.26), (1.27) имеют практическое значение.
Все входящие в них величины точно определяются или рассчи-
тываются.
Если известно значение скорости детонации для двух значе-
ний плотности, то, пользуясь линейным характером зависимости
D = / (р), можно экстраполяцией или интерполяцией получить
значение скоростей детонации вещества во всем интервале при-
сущих ему плотностей. При известной скорости детонации
вещества плотностью 1 г/см3 скорость детонации можно опреде-
лить по предложенной М. Куком усредненной зависимости
D = DX+ 3500 (р-1).
Существуют два различных режима превращения вещества
в детонационной волне. Первый — для однородных систем, обла-
дающих достаточно большой скоростью детонации, когда за
счет сильного ударного сжатия вещество прогревается до вы-
сокой температуры и его превращение в волне происходит ана-
логично превращению ВВ при тепловом взрыве, с той лишь
разницей, что период индукции, соответствующий температуре,
достигаемой при сжатии, мал. Поскольку температура разогрева
однозначно связана со скоростью детонации, можно говорить
о скорости детонации, ниже которой подобный механизм не осу-
ществляется. Грубо ее можно считать близкой к 7 000 м/с, что
отвечает давлению в детонационной волне порядка 200 000 кгс/см2.
Второй режим характеризуется меньшими скоростями пре-
вращения вещества в волне. Температура, достигаемая в резуль-
тате ударного сжатия в веществе, в этом случае значительно
ниже; соответственно больше требуется времени для осуществле-
ния реакции по механизму теплового взрыва. Но в волне сжи-
мается не только ВВ, но и газ, находящийся в порах; кроме того,
за счет трения дополнительно разогреваются поверхностные слои
частиц ВВ. Разогрев создает горячие точки и вызывает объемное
поджигание заряда.
Осуществление второго механизма предполагает наличие
У вещества пористости и требует значительно меньших давлений
43
в волне. Механизм, предложенный А. Я. Апиным, принято на-
зывать механизмом взрывного горения в детонационной волне.
Он хорошо (хотя и неполно) объясняет особенности детонации
пористых ВВ. При «взрывном горении» (нельзя путать его с обыч-
ным горением ВВ) ход реакции рассматривается как быстрое
горение с поверхности всех частиц ВВ, нагретых ударным сжа-
тием, горение, протекающее в условиях больших давлений и
быстро завершающееся. Эта теория объясняет влияние пористо-
сти и размеров частиц на возбуждение, а также течение детона-
ционного процесса во многих взрывчатых веществах.
§ 7. Критический и предельный диаметры детонации.
Скорость детонации
При изучении детонации различных взрывчатых веществ было
обнаружено, что скорость детонации в известных пределах раз-
п	меров (по диаметру) заряда из-
Рис. 14. Зависимость скорости дето-
нации от диаметра заряда
меняется. Если диаметр стано-
вится меньше некоторого, на-
зываемого критическим dKp, то
Рис. 15. Схема, поясняющая кри-
тический диаметр детонации
детонация невозможна. Диаметр заряда, по достижении которого
скорость детонации уже не увеличивается, называют предель-
ным диаметром детонации dnp (рис. 14).
Объяснение явления было дано советским ученым Ю. Б. Ха-
ритоном, который связал условия устойчивого распространения
детонации с временем завершения реакции в волне и условиями
разброса вещества в радиальном направлении. Пусть по ци-
линдрическому заряду распространяется детонационная волна,
фронт которой к моменту рассмотрения лежит на прямой CD
(рис. 15), а участок BD — зона превращения ВВ. Прямая АВ
характеризует границу завершения превращения вещества в про-
дукты детонации. Количество времени, необходимого для завер-
шения реакции, зависит от свойств вещества в заряде.
Нормальному завершению реакции мешает разлет в окру-
жающую среду периферийной части заряда из непрореагировав-
шего или неполностью прореагировавшего ВВ, находящегося
под большим давлением. Образующаяся при этом волна разре-
жения, двигаясь с местной скоростью звука к центру заряда (ее
положение на рис. 15 дано пунктирной линией), уменьшает
44
давление, а следовательно, температуру и скорость реакции
в веществе. Если время, в течение которого завершается химиче-
ское превращение в детонационной волне, будет больше вре-
мени прихода волны разгрузки до центра заряда, то детонацион-
ная волна не получит достаточной энергии для поддержания
давления во фронте и затухнет. Детонация будет распространяться
лишь в том случае, если хотя бы часть вещества успеет полностью
прореагировать и тем самым поддержать процесс.
Обозначим Tj время химической реакции в сжатом детона-
ционной волной взрывчатом веществе и т — время пробега волны
разгрузки до центра. Для цилиндрического заряда ее минималь-
ный путь составит йкр/2. При средней 1 скорости распростране-
ния волны разрежения с время пробега т определяется как
т = <4р/2с,
следовательно, условие устойчивости запишется
И =5 4Р/2с.
Из теории детонации известно, что с = D — и и и — 1/iD,
откуда с =	Тогда
т2 2dKp/3Z).
Разные вещества при однотипных условиях взрыва характе-
ризуются почти одинаковым временем разлета, но резко различ-
ным временем химической реакции. Последнее связано с разными
механизмами превращения вещества в детонационной волне.
Критические диаметры детонации отдельных ВВ (заряды без
оболочек или в бумажных оболочках) даны в табл. 6.
Таблица 6
Критические диаметры детонации взрывчатых веществ
Наименование В В	Плотность, г/см3	Критический диаметр, мм
Стехиометрическая смесь тетранптрометан — нитро- бензол	1,52	0,05
Тротил литой ...	1,64	32
Тротил насыпной	.	. ,	1,05	8-10
Тротил прессованный 		1,55	2
1ротил, расплавленный при 81° С 		1,47	62
1ротил, расплавленный при 200° С		—	6
1 ексоген прессованный 		1,65	2
Гексоген насыпной	1,0	2-2,5
Аммиачная селитра мелкокристаллическая ....	1,0	100
1 Скорость будет изменяться в зависимости
Щества по мере развития в нем реакции.
от изменения свойств ве-
45
Исследования, выполненные А. Ф. Беляевым, показали, что
толщину слоя ВВ 6, разлетающегося и не участвующего в реак-
ции в детонационной волне, можно оценить по формуле
<5 = adKp,	(1.28)
где а для насыпных и прессованных ВВ составляет примерно
0,4, для литых — 0,055.
Однако следует иметь в виду, что в процессе разлета эта часть
ВВ может дореагировать в продуктах взрыва, способствуя по-
вышению общей энергии взрыва. Оболочка заряда, препятствуя
разлету, уменьшает критический диаметр детонации. Основное
значение имеет прочность оболочки. Так, аммиачная селитра,
помещенная в бумажную оболочку, детонирует при диаметре
заряда 100 мм, в стальной оболочке — при диаметре 7 мм. Кри-
тический диаметр заряда, взрываемого в скважине со стенками
из непрочных пластичных пород (глины и т. и.), будет больше,
чем в скважине, стенки которой сложены скальными породами.
Так как критический диаметр детонации определяется вре-
менем, необходимым для завершения реакции во взрывчатом ве-
ществе, а этот процесс зависит от химических и физических свойств
ВВ, естественно, что и критический диаметр детонации должен
зависеть от изменения свойств вещества. Так, прессованный тро-
тил имеет критический диаметр детонации 2—4 мм, литой тро-
тил (при равной плотности с прессованным он обладает закры-
той пористостью) — 32 мм, расплавленный при температуре
81 °C — 62 мм. С повышением температуры критический диаметр
жидкого ВВ уменьшается: у тротила расплавленного, при тем-
пературе 200 СС, он составляет 6 мм. При высоком гидростати-
ческом давлении также увеличивается критический диаметр
детонации жидких ВВ. У смесевых ВВ повышение плотности
вызывает уменьшение пор и газопроницаемости заряда и увели-
чение критического диаметра. Наоборот, повышение плотности
у мощных индивидуальных ВВ снижает их критический диа-
метр, так как давление в детонационной волне р ~ р3, ас уве-
личением степени сжатия растет температура вещества и, сле-
довательно, скорость реакции.
Следует остановиться на понятии «критическая толщина» де-
тонации Дкр — детонации плоских слоев ВВ, например слоя ВВ,
задавленного в трещину породы. Грубо можно считать, что кри-
тическая толщина связана с критическим диаметром детонации
соотношением Акр = 0,7dKp. При работе с жидкими смесями,
обладающими малыми критическими диаметрами детонации, бы-
вают случаи, когда поверхность, лишь смоченная таким ВВ,
«высушивается» взрывом, т. е. ВВ детонирует и в таком тонком
елое.
Знать критические и предельные диаметры очень важно при
использовании ВВ. Приведем пример из практики. Тротиловая
торпеда, прекрасно подрывавшаяся в скважине, с увеличением
46
Рис. 16. Зависимость скоро-
сти детонации от плотности
глубины погружения не взорвалась. Объясняется это тем, что
до определенной глубины температура окружающей среды не
превышала 80° С и заряд из прессованного тротила в этом ин-
тервале глубин оставался твердым (напомним, что у прессован-
ного до плотности 1,55 г/см3 тротила критический диаметр де-
тонации около 2 мм); но как только температура превысила
81° С, тротил расплавился и критический диаметр возрос до 62 мм.
Для индивидуальных ВВ скорость детонации при критиче-
ском диаметре детонации составляет 0,9—0,95 значения макси-
мальной скорости детонации; для порошкообразных малой плот-
ности она значительно меньше и равна 0,4—0,5 максимальной
скорости. Если заряд меньше пре-
дельного, изменение скорости дето-
нации зависит и от величины кри-
сталлов ВВ: чем больше кристаллы,
тем меньше скорость. Чем прочнее
оболочка заряда, тем больше ско-
рость детонации (для ds < dnp).
С увеличением плотности заряда
скорость детонации ВВ возрастает.
На рис. 16 показана зависимость
(кривая 1) скорости детонации от от-
носительной плотности тротила р/рм,
где рм — плотность монокристалла.
У смесевых ВВ, в которых детонационное превращение идет
в форме взрывного горения и повышение плотности за опреде-
ленные границы способно затруднить процесс, зависимость
имеет иной характер. Кривая 2 на рис. 16 иллюстрирует изме-
нение скорости детонации от плотности одного из таких веществ
у зарядов диаметром 40 мм. От характера оболочки заряда за-
висит положение максимума на кривой.
Инертные добавки в ВВ по-разному влияют на скорость де-
тонации. В некоторых случаях это связано только с изменением
состава продуктов и энергии взрыва. Так, используемый в сейсмо-
разведке с истекшим сроком хранения пироксилиновый порох,
будучи залит водой, детонирует с большей скоростью. Однако
с введением инертных примесей скорость детонации чаще сни-
жается. Смеси некоторых жидких и твердых ВВ с инертными
примесями, содержащие лишь 7—10% самого ВВ, еще способны
детонировать.
Некоторые ВВ в зависимости от условий (в частности, от
характера инициирующего импульса) детонируют с разными
скоростями. Различают большую и малую скорости детонации.
Так, у нитроглицерина большая скорость 7800 м/с, малая —
около 2000 м/с. Продукты взрыва в обоих случах различны,
следовательно, различны и химические процессы, протекающие
в детонационной волне. В процессе превращения ВВ возможен
переход малой скорости детонации в большую.
47
Скорость детонации с высокой точностью измеряют специаль-
ными приборами — скоростными фоторегистраторами СФР. Они
позволяют фотографировать процесс со скоростью смещения изо-
бражения по пленке до 3000 м/с. Зная длину заряда и скорость
смещения изображения, по снимку легко определить скорость
детонации вещества. Однако такие измерения доступны только
специально оборудованным лабораториям.
Для определения скорости детонации в полевых условиях
можно воспользоваться методом Дотриша. Этот метод применим
практически в любых условиях. К испытуемому заряду в точ-
ках С и В (рис. 17) присоединяют отрезок стандартного шнура,
скорость детонации которого известна. Шнур укладывается на
Рис. 17. Определение скорости де-
тонации методом Дотриша
тонкую жестяную или свин-
цовую пластину. В точке А за-
ряд инициируется. Распростра-
няющаяся по заряду детонация
в точке С передается детони-
рующему шнуру. В дальней-
шем детонация передается на
второй конец отрезка шнура
(точка В) и по нему идет на-
встречу детонационному пре-
вращению, распространяюще-
муся по шнуру из точки С. Направление распространения дето-
нации по заряду и шнуру на рис. 17 показано стрелками. Место
встречи детонационных волн, движущихся в противоположных
направлениях, будет отмечено местным усилением действия
взрыва — насечкой на пластине (в точке М). Зная размеры испы-
туемого заряда СВ, плечи шнура и 12 и исходя из равенства
времен движения детонационного превращения от точки А по
пути АВМ и АСМ, получим
I с 1г
Dx ' D ШН -ОШН
(Dx — скорость детонации испытуемого образца; Лшн — ско-
рость детонации шнура), откуда
Г) _
7	7	•
12~ <1
Метод Дотриша может быть применен в полевых условиях,
что особенно важно при контроле сохранности смесевых ВВ,
содержащих легко увлажняющуюся аммиачную селитру.
§ 8. Передача детонации. Бризантное и фугасное действие
взрыва
Большое значение, особенно в производственных условиях,
имеет возбуждение взрыва. Для этой цели применяются капсюли-
детонаторы и взрывные патроны. Их действие может усиливаться
48
дополнительными шашками ВВ, которые называются иногда
промежуточными детонаторами, и даже небольшими зарядами —
боевиками. Зачастую условия инициирования усложняются
тем, что инициирующий и основной заряды разделены инертной
преградой — слоем воды, грунтом, стеной, воздухом. Прегра-
дой, правда, тонкой, можно считать корпус капсюля и взрыв-
ного патрона. В случаях, когда между зарядами есть разрыв,
обычно говорят о возбуждении взрыва передачей детонации через
влияние или просто передачей детонации.
Рис. 18. Схематическое изображение результатов опытов по передаче де-
тонации
Большое значение имеет понимание механизмов возбуждения
взрыва при передаче детонации. Если взять два заряда: первый
(активный), подрываемый детонатором, и второй (пассивный),
расположенный на некотором расстоянии и взрываемый за счет
действия первого заряда, причем разделяющая их среда может
обладать любыми свойствами, то взрыв будет называться дето-
нацией через влияние, а расстояние, на котором вызывается
детонация, — расстоянием передачи детонации. Оно возрастает
с увеличением массы активного заряда и его бризантности, а также
с повышением чувствительности и размеров пассивного заряда.
При взрывах в трубах и каналах, способных играть роль волно-
водов, расстояние передачи детонации также увеличивается.
Важную роль играют свойства среды, разделяющей заряды: ме-
няя их, можно уменьшать или увеличивать расстояния.
Механизм возбуждения детонации в пассивном заряде при
передаче зависит от условий. Им может быть поджигающее дей-
ствие продуктов взрыва, разлет периферийной части заряда или
его оболочки, действие кумулятивной струи, ударная волна,
возникающая при взрыве. Остановимся на результатах двух
описанных в литературе опытов по передаче детонации.
Один опыт (рис. 18, а) ставился следующим образом. В трубке
на разном расстоянии от активного заряда размещался пассив-
ный заряд из гремучей ртути. Во всем интервале участка АВ
4 Заваз 419	49
пассивный заряд взрывался, на участке ВС взрыва не наблю-
далось, но трубка разбивалась. На участке CD опять происхо-
дил взрыв. Любое размещение пассивного заряда за точкой D
сопровождалось отказом передачи детонации. На рис. 18, б
приведена зависимость (заимствованная из другой работы) рас-
стояния передачи детонации через воздух к пассивному заряду
гексогена разной плотности. Отчетливо наблюдается сильная за-
висимость расстояния передачи от плотности ВВ, особенно в об-
ласти плотностей, близких к монокристаллической. Следует за-
метить, что заряд, пропитанный жидкостью под давлением, по
своим свойствам приближается к монокристаллическому, посколь-
ку его пористость ликвидирована попавшей внутрь жидкостью.
Этим объясняется трудность возбуждения взрывов зарядов
ВВ, находящихся в жидкости иа больших глубинах и пропи-
танных ею.
Но вернемся к рис. 18, а. На участке АВ ударная волна,
возбуждаемая взрывом активного заряда, вызывает взрыв пас-
сивного заряда. Однако по мере удаления она ослабевает настолько,
что за точкой В уже не вызывает взрыв, а лишь разбрасывает
заряд. К точке С ее ослабление становится настолько значитель-
ным, что она даже не разбрасывает заряд, благодаря чему дви-
гающиеся вслед продукты взрыва поджигают ВВ, вызывая взрыв.
К точке D продукты взрыва охлаждаются и уже не поджигают
заряд. Таким образом, в опыте на разных расстояниях наблю-
даются два механизма возбуждения взрыва при передаче дето-
нации: на близких — ударной волной, на дальних — поджига-
нием продуктами взрыва.
Нечто подобное наблюдается и во втором опыте (рис. 18, б).
На участке АВ, характеризующем передачу детонации к наиме-
нее плотным, насыпным зарядам, расстояние передачи опреде-
лялось действием продуктов взрыва, подходящих к пассивному
заряду и объемно поджигающих его. Если изменить условия
опыта и отсечь продукты взрыва (разместив на поверхности пас-
сивного заряда небольшой слой воды), то зависимость приобре-
тает вид кривой DBC — у зарядов малой плотности расстояние
передачи уменьшится. Высокой чувствительностью зарядов малой
плотности к передаче детонации пользуются в тех случаях, когда
нужно обеспечить возбуждение взрыва через преграду, например
к зарядам бескорпусного перфоратора ПКС. Тогда в том месте
заряда, где возбуждается взрыв, размещают шашку ВВ малой
плотности, часто из того же ВВ, облегчая осуществление передачи
детонации.
Возбуждение детонации связано с поджиганием или разогре-
вом пассивного заряда ВВ. В случае, если определяющий про-
цесс разогрева связан с ударным сжатием вещества, он требует
давления в ударной волне для отдельных ВВ, достигающего
105 кгс/см2. Поскольку для завершения реакции в сжатом и
нагретом веществе нужно время, а снижение давления, умень-
50

шая температуру, тормозит реакцию, существенное значение
приобретают характеристики ударной волны, возможность уси-
ления ее параметров и распространение волн разгрузки по заряду.
Так, можно улучшить передачу детонации, помещая пассивный
заряд на стальные пластины, увеличивая его диаметр и длину
и т. д.
Общую картину передачи
детонации иллюстрирует
рис. 19, б, где I — активный
заряд — заряд патрона,
Ц — корпус патрона, 111 —
разделяющая среда (вода),
IV — пассивный заряд. На
рис. 19, а в координатах да-
вление р и массовая ско-
рость и дан график, позво-
ляющий определять давле-
ние, реализуемое в пассив-
ном заряде после прохожде-
ния волной всех преград.
Кривая ВАС — изэнтропа
продуктов взрыва, кривая
1 — ударная адиабата мате-
риала корпуса, 3 — воды,
2 — взрывчатого вещества
пассивного заряда. Точка А
характеризует состояние про-
дуктов взрыва в детонаци-
онной волне, распространя-
ющейся по активному за-
ряду. Из условия динамической совместимости давление в мате-
риале корпуса и продуктах взрыва должно быть одинаковым.
Поскольку по данному графику материал корпуса патрона
обладает большей акустической жесткостью, то по набегающим
продуктам взрыва пойдет волна сжатия, поднимающая давление
в них до значений, характеризуемых точкой В1. Распространяясь
через корпус, волна выходит в воду — среду с меньшей жестко-
стью. Расширение ударно-сжатого материала оболочки патрона
(кривая BD) можно в приближении рассматривать как зеркаль-
ное изображение кривой 1. Точка D (пересечение прямой BD
с кривой 5) даст давление и массовую скорость волны, входящей
в жидкость. Продолжаем построение и для входа волны в пас-
сивный заряд.
б
Рис. 19. Схема определения давления
в пассивном заряде прп передаче
детонации
1 Если бы акустическая жидкость преграды была меньше, иначе — если
бы она пересекала пзэнтропу продуктов взрыва ниже точки А, то по про-
дуктам взрыва пошла бы волна разрежения, которая снизила бы в них да-
вление.
4*
51
Так как акустическая жесткость ВВ заряда выше, чем воды,
при набегании волны по жидкости пойдет волна сжатия и давле-
ние будет отвечать точке Е. Сопоставив это давление с давлением
в волне, вызывающим взрыв, можно ответить, будут ли в рассмат-
риваемом случае обеспечены условия надежного инициирования
заряда.
Описанная схема не учитывала потерь, имеющих место при
распространении волны в преградах и, естественно, снижающих
ее параметры. Пунктирное построение на рис. 19, а показывает,
как это должно сказаться на параметрах волны, подходящей к пас-
сивному заряду (точка Е').
Волновую картину в ближней зоне взрыва
можно связать и с другими вопросами дей-
ствия взрыва.
Рассматривая действия взрыва, говорят
о его бризантном и фугасном действии. Бри-
зантное действие, часто называемое дробящим,
связано с характером разрушения объекта,
находящегося в непосредственной близости
от заряда, и определяется максимальным
давлением в ударной волне, возникающей
при взрыве, иначе говоря, параметрами
головной части волны. С удалением от за-
ряда дробящее действие быстро уменьшается.
Естественно, что чем выше скорость дето-
нации, тем больше давление в волне и
бризантное действие взрыва. Под фугас-
ным действием взрыва подразумевают об-
щую работу, которую могут совершить газы,
при взрыве. Оно зависит в первую очередь
от энергии взрыва.
В Советском Союзе в качестве стандартной пробы на бризант-
ность (ГОСТ 5984-51) принята проба Гесса. Она выполняется
следующим образом. На свинцовый столбик 1 (рис. 20) высотой
60 мм и диаметром 40 мм помещают стальную пластинку 2, на
которую устанавливают заряд испытуемого ВВ массой 50 г, поме-
щенный в бумажный цилиндрический патрон 3. В верхнюю часть
заряда устанавливают капсюль-детонатор 4. После взрыва стол-
бик обжимается — 5. По величине обжатия судят о бризантности,
сравнивая полученную бризантность с бризантностью известного
взрывчатого вещества, например тротила (по этой пробе заряд
тротила дает обжатие 16 мм). Для ВВ высокой мощности заряд
иногда уменьшают в 2 раза (до 25 г), но это затрудняет сравне-
ние. Другие методы оценки бризантности носят частный характер.
Образовавшиеся при взрыве газы, расширяясь, совершают
работу. Однако только часть энергии реализуется в виде полез-
ной работы. Часть заряда, изменяющаяся в зависимости от его
величины, <(ормы, вида ВВ и условий подрыва, разбрасывается
Рис. 20. Проба
на бризантность
образовавшиеся
52
(химические потери), часть энергии остается в виде тепловой
энергии нагретых газов, расширившихся до давления окружаю-
щей среды. Остальная энергия расходуется па многочисленные
формы работы, многие из которых бесполезны для той цели,
ради которой производился взрыв (например, возбуждения упру-
гой волны при сейсморазведке). Полной работой Ао называют
сумму работ, выполненных взрывом. Отношение Ао к энергии
ВВ, которую можно отождествлять с теплотой взрыва, дости-
гает 0,6—0,7, хотя отношение полезной работы Ап к энергии ВВ,
как правило, намного меньше.
Рис. 21. Определение работоспособ- Рис. 22. Влияние гидростатического
ности ВВ в свинцовой бомбе давления на относительную работу
взрыва
Работа адиабатического расширения газа Ао определяется
по формуле
Ао = Q (1 -	= Q [1 - (р2/Л)^],	(1.29)
где Ту и Т2‘, ру и р2 — соответственно температуры и давления
продуктов взрыва до и после расширения.
Формула позволяет оценить полную работу в зависимости
от конечного давления, до которого расширяется газ.
В лабораторных условиях для определения общей работы
взрыва используют свинцовую бомбу (бомбу Трауцля) или бал-
листическую мортиру. Бомба Трауцля (рис. 21, а) — свинцовый
цилиндр 3 диаметром 200 мм и высотой 200 мм, имеющий цилинд-
рическое отверстие диаметром 25 мм, глубиной 125 мм, в которое
помещают 10-граммовый заряд ВВ 2. Пространство над зарядом
Доверху засыпают песком 1.
В бомбе в районе размещения заряда при взрыве образуется
полость (рис. 21, б), по расширению которой судят о работе
взрыва. Этим методом нельзя получить абсолютные значения
работоспособности, но оп дает возможность сравнивать работо-
способность ВВ (для мощных ВВ показания завышенные). По
Данным А. Ф. Беляева и Р. X. Курбангаллиной, на расширение
полости бомбы расходуется от 1/.2 до 2/3 полной энергии взрыва.
53
«Изменение расширения свинцовой бомбы в зависимости от
гидростатического давления, при котором проводится опыт, для
заряда из флегматизированного гексогена иллюстрируется рис. 22,
кривая 1. Кривая 2 характеризует расширение бомбы у взрывча-
того вещества с меньшей энергией взрыва и с сильно отрицатель-
ным кислородным балансом.
§ 9. Направленное действие взрыва
Рассмотрим случай, когда выделяющаяся энергия распре-
деляется в окружающем заряд пространстве неравномерно, при-
по концентрации энергии на-
правления. Начнем с простей-
шего случая — взрыва цилин-
дрического заряда, иницииру-
емого не в центре, а с одного
из торцов.
На рис. 23 изображена схема
разлета продуктов взрыва с по-
верхности цилиндрического за-
ряда. Несмотря на схематич-
ность, рисунок дает представ-
ление о направленном дей-
ствии взрыва. Инициируя
взрыв в точке А, мы создаем
детонационную волну, распро-
страняющуюся в заряде. Ее положение при распространении
показано пунктирными линиями. В момент выхода фронта
детонационной волны на поверхность заряда (например, в точку К),
осуществляемого по кратчайшему пути (по прямой) из точки
инициирования, продукты взрыва будут иметь скорость, изоб-
раженную вектором КМ, которая образована скоростью раз-
лета KL и скоростью движения вещества в направлении движе-
ния фронта волны KN. Построив эпюру для всех точек поверх-
ности заряда, увидим, что наибольшую скорость имеют газы
на поверхности, противоположной точке инициирования, и что
против углов заряда находятся зоны ослабленного действия
взрыва. В этом легко убедиться, посмотрев на построение, сде-
ланное для угловой точки В, причем в одном случае принято,
что точка эта принадлежит боковой поверхности (вектор раз-
лета BE}, во втором — торцевой поверхности (вектор разлета BF).
В зоне, находящейся между этими двумя векторами, действие
взрыва ослаблено.
Следовательно, если нужно получить равномерное во все
стороны распределение выделяющейся энергии, инициирование
надо проводить в центре шара, направленное распределение —
с одного из концов заряда. Меняя форму заряда и точку ини-
циирования, можно повысить эффект действия взрыва в нужном
54
направлении. Для обычных зарядов это изменение фиксируется
главным образом на близких от заряда расстояниях.
Использование направленного действия привело к созданию
специальных — кумулятивных зарядов (cumulatio — увеличи-
вать, накоплять). Кумулятивные заряды являются основным
средством выполнения перфорации скважин. На рис. 24 изоб-
ражен разрез такого заряда с конической полостью, которую
для усиления действия струи обычно облицовывают металлом.
Заряд инициируется в точке А, лежащей на оси его симметрии
на противоположном от полости конце.
Рис. 24. Разрез кумулятивного за-
ряда
Рис. 25. Схема взаимодействия струи
с преградой
Детонационное превращение, возникшее в точке А, распро-
страняется по заряду. Положение фронта превращения в разные
моменты времени показано пунктирными кривыми. Истечение
газов, насыщенных металлом, захваченным с внутренней поверх-
ности конуса (если последний облицован металлом), фокуси-
руется на оси конуса. В зоне соударения струй давление повы-
шается, и поток как бы выдавливает из себя вперед по
оси плотную струю, обладающую повышенной скоростью
(8000—10000 м/с). Оставшаяся часть струи перемещается медленней
(в 3—4 раза), причем несет часть металла в виде стержня-песта.
Движущийся в хвосте пест не только не усиливает пробивное
действие струи, но зачастую, забивая отверстие, уменьшает
эффективность прострела. Полость, в которой образуется куму-
лятивная струя, не должна содержать преград, даже сжатый
воздух при давлении 10—20 кгс/см2 уже заметно сказывается
на образовании струи. Благодаря градиенту скоростей струя
в полете растягивается и сужается и при достижении некоторой
критической длины рвется на звенья.
Теория кумуляции впервые нашла математическое описание
в работах М. А. Лаврентьева, давшего расчетные формулы для
скоростей струи и песта в зависимости от конструкции заряда.
Рассматривая взаимодействие струи с преградой (рис. 25) и
считая, что давление струи на дно преграды рс уравновешивается
55.
реакцией со стороны преграды рп, можно показать что ско-
рость пробития преграды г?п
Гс
и„ =-----------— ,
1Ч~(Рп/Рс) 2
где vz — скорость струи; рп и рс—соответственно плотности струи
и преграды.
Длина пробиваемого канала
-- 1с (Рс/Рп)
где 1С — длина струи.
Учет прочности преграды усложняет вид формулы. Однако
существенно то, что ряд величин, используемых в рас-
четах, может быть получен лишь из опыта. Это,
естественно, ограничивает область их применения.
Отработка зарядов осуществляется эксперимен-
тальным путем в лабораториях. Характер струи
можно изменять, меняя форму воронки, например
коническую на параболическую. Для правильного
и качественного образования струи первостепен-
ное значение имеют точка инициирования, равно-
мерность пропрессовки заряда, качество облицовки
кумулятивной воронки и ряд других факторов.
наиболее
Рис. 26. Кумулятивные заряды с вертикальной (а) и кольце-
вой (б) симметрией
Образование струи завершается на некотором (фокусном) рас-
стоянии от торцевого среза заряда. Фокусное расстояние зависит
от углов и размеров воронки, а также рода ВВ. Меняя углы
воронок, форму и характер облицовки, можно в широких пре-
делах управлять образованием кумулятивной струи.
Остановимся еще на двух видах зарядов — с кольцевой ку-
мулятивной выемкой (рис. 26, б) и вертикальной выемкой в виде
клина (рис. 26, а). Оба они находят техническое применение,
в частности для изготовления взрывного оборудования, исполь-
зуемого при прострелочных работах в скважинах. Пробивное
действие этих зарядов, особенно с кольцевой кумулятивной вы-
емкой, невелико.
Задачи к главе I
1.	Рассчитать состав смеси, теплоту взрыва, объем продуктов и темпе-
ратуру продуктов взрыва смесей с кислородным балансом 0; Д- 5; — 5, со-
стоящих из окислителя п горючего. В качестве окислителя использовать
NH4NO3 (аммиачную селитру), N2O4 (четырехокись азота), КС1О4 (перхло-
рат калия), в качестве горючих — C7H5N3Oe (тротил), C6H5NO2 (нитробензол).
Брать любую комбинацию окислителя с горючим.
56
2.	Определить, пользуясь данными табл. 1, теплоту взрыва тротила
при сильном н слабом инициировании.
3.	Рассчитать скорость детонации смесей водород — воздух и метан’—
кислород нулевого кислородного баланса, а также положительного 5)
и отрицательного (— 5) кислородного баланса.	'
4.	Определить максимальные давления, которые можно получить в де-
тонационной волне, взрывая заряды из тротила, гексогена, тена.
5.	Определить потерн от неполноты срабатывания заряда за счет раз-
брасывания периферийного слоя при взрыве:
а)	прессованного тротила диаметром заряда 40 мм, плотностью 1,5 г/см3;
б)	литого тротила диаметром заряда 40 мм.
Глава II
ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА И СРЕДСТВА ВЗРЫВАНИЯ
При геофизических исследованиях для взрывных работ при-
меняются бризантные ВВ, метательные ВВ, инициирующие ВВ
и пиротехнические составы.
Бризантные ВВ используют в сейсмической разведке, в за-
рядах кумулятивных перфораторов и торпед при прострелочных
и взрывных работах. Пороха находят применение главным об-
разом в зарядах к пулевым перфораторам, взрывным пакерам
и стреляющим грунтоносам, в аппаратах для гидравлического
разрыва пласта, инициирующие ВВ — в капсюлях-детонаторах,
взрывных патронах и других СВ, пиротехнические составы —
в воспламенителях. Газообразные взрывчатые смеси в послед-
ние годы с успехом используются при сейсморазведке в так на-
зываемых невзрывных источниках.
По составу взрывчатые вещества подразделяют на индиви-
дуальные и смесевые. Индивидуальные ВВ — это химические
соединения, в молекулу которых входит окислитель и горючее.
В большинстве случаев это нитросоединения, которые содержат
связанные с атомом углерода богатые кислородом нитрогруппы
NO2, или нитроэфиры, включающие связанные с углеродом
нитратные группы ONO2. К нитросоединепиям относятся тро-
тил, тетрил, к нитроэфирам — нитроглицерин. Смесевые ВВ
представляют собой механические смеси твердых, жидких или
газообразных компонентов. При их разработке в большинстве
случаев исходят из общего принципа построения ВВ — смеши-
вание окислителя и горючего. Последнее иногда выполняет и роль
технической добавки (связующего, разрыхлителя). Примером
смесевых ВВ могут служить аммиачно-селитренные ВВ, черный
порох.
Выбор ВВ, имеющих разные взрывные, химические и физи-
ческие свойства, зависит от характера решаемых задач и условий
выполнения взрывных работ.
Приведенные ниже сведения полезны для правильного исполь-
зования ВВ и СВ при выполнении различных геофизических
работ.
58
§ 1.	Бризантные взрывчатые вещества
Бризантные ВВ характеризуются взрывчатым превращением,
называемым детонацией и протекающим со скоростью порядка
нескольких километров в секунду. Типичным представителем
бризантных ВВ является тротил. Это довольно мощное ВВ,
сравнительно безопасное в обращении. Тротил широко исполь-
зуется для возбуждения сигнала при сейсмической разведке.
Весьма мощное бризантное ВВ — нитроглицерин. Из-за вы-
сокой чувствительности он опасен в обращении, в чистом виде
в СССР не применяется. Нитроглицерин используется для про-
изводства нитроглицериновых порохов, динамитов, детонитов.
За рубежом динамиты с разным содержанием нитроглицерина
применяют при сейсморазведке. В США нитроглицерин и дина-
миты использовали для торпедирования глубоких скважин.
В горном деле широкое применение нашли аммиачно-селит-
ренные ВВ. Они могут быть также использованы при некото-
рых видах сейсморазведочных работ. Для работ в глубоких неф-
тяных и газовых скажинах с высокой температурой на забое
применяют ВВ, обладающие повышенной термической устой-
чивостью.
Основные бризантные взрывчатые вещества
Тротил CeH2CH3(NO2)3 (тринитротолуол) — кристаллическое
вещество желтоватого цвета с горьким вкусом. Сырьем
для него служит толуол, который обрабатывают смесью азот-
ной и серной кислот (нитруют). Плотность расплавленного тро-
тила 1,47 г/см3 при 82 °C, прессованного и литого тротила —
до 1,62 г/см3. Тротил слабогигроскопичен, практически нераство-
рим в воде. Хорошо растворяется в ацетоне, бензоле, толуоле.
Взаимодействует со щелочами, образуя соединения, более чув-
ствительные к механическому воздействию и нагреву, чем тротил.
От интенсивного луча огня тротил загорается и на открытом
воздухе в россыпи горит спокойно, коптящим пламенем. Горение
тротила обычно кончается взрывом, если количество его велико
(несколько сотен килограммов) или горение происходит в зам-
кнутом пространстве, либо в пространстве с затрудненным газо-
отводом. Тротил обладает высокой химической стойкостью. К ме-
ханическим воздействиям не очень чувствителен. Примесь неболь-
шого количества песка значительно повышает чувствительность
тротила к удару.
Восприимчивость тротила к детонации зависит от его физи-
ческого состояния. Прессованный тротил детонирует от капсюля-
детонатора, а для литого необходим более мощный детонатор,
в качестве которого обычно используют промежуточный заряд
в виде шашки прессованного тротила. Физическое состояние
тротила влияет также на критический диаметр распространения
Детонации (см. главу I).
59
Тротил .выпускают в виде тонких чешуек, кусков, литых
зарядов, прессованных шашек, а также в виде гранул разме-
ром 2—5 мм.
При взрывании больших зарядов тротила (в скважинах, ка-
мерах) иногда через несколько секунд или минут после взрыва
может наблюдаться довольно сильный хлопок, сопровождаю-
щийся выбросом пламени. Это явление связано со взрывом окиси
углерода и других горючих продуктов детонации тротила, ко-
торые могут образовать с воздухом смесь взрывоопасной кон-
центрации. Об этом следует помнить при работах с тротилом
во избежание несчастных случаев.
Тротил применяют для изготовления промышленных ВВ,
а также в сплавах и смесях с другими В В для зарядов торпед
и других изделий. Для сейсморазведочных работ выпускают
литые цилиндрические заряды тротила (см. § 5).
Основные взрывные характеристики тротила и других ВВ
приведены в табл. 7.
Гранулотол (гранулированный тротил). Применяют только
в водной среде или в растворе аммиачной селитры. При запол-
нении водой воздушных промежутков между гранулами возра-
стает плотность заряжания до 1,3 г/см3, улучшаются условия
детонации, увеличивается эффект взрыва. Растворение в воде
аммиачной селитры повышает энергию взрыва за счет взаимодей-
ствия продуктов детонации тротила с кислородом селитры. Для
возбуждения детонации гранулированного тротила требуется
промежуточный детонатор.
Применение гранулотола для сейсмической разведки может
быть эффективно при необходимости полного использования
объема скважины, особенно для котловых зарядов.
Алюмотол. Гранулированный сплав тротила с алюминиевым
порошком. Гранулы имеют серебристый цвет и диаметр 3—5 мм.
Таблица 7
Свойства бризантных взрывчатых веществ
Наименование В В	Плот- ность, г/см3	Температура плавления, °C	Теплота взрыва, ккал/кг	Объем газо- образных продуктов, л/кг	Чувстви- тельность к Удару, (стандартная проба), %
Тротил	1,66	80	1000	685	4—28
Гексоген	1,80	204*	1320	900	70-90
Октоген	1,84	279	1380	900	96
Тэн	1 77	142 *	1400	800	100
Нитроглице-	1,60	13,5	1480	715	100
ри н ТНВ	1,67	123	1000	820	8—12
гиде	1.76	232	1020	685	60
НТФА _	1,64	345	1010	690	^30
60
Продолжение табл. 7
Наименование В В	Бризант- ность, мм	Работоспо- собность, мл	Критический диаметр детонации, мм	Скорость детонации, км/с	Термоста- бильность в воздушной среде при диаметре заряда до 20 мм, °C
Тротил	16	285	3	7	130
Гексоген	25 **	475	1-2	8,4	180
Октоген	25 **	480	1	8,4	200
Тэн	25 **	470	1-2	8,2	100
Нитроглице-	26	590	2	3,0	—
ТНБ	17	330	3	7,0	270
ГНДС	—	—	1,5—3,5	7,5	220
НТФА	—	—	2	7,2	270
* Плавится с разложением.
** При плотности 1,3 г/см3.
Введение алюминия повышает энергию гзрыва и работоспособ-
ность тротила. Алюмотол, выпускаемый промышленностью, со-
держит 15% алюминия. По взрывным характеристикам он пре-
восходит гранулотол (см. табл. 8). Так же, как и гранулотол, алю-
мотол целесообразно применять в водонаполненпом состоянии
или в водном растворе аммиачной селитры, где он устойчиво
детонирует в зарядах диаметром 30 мм. Для инициирования
взрыва алюмотола используют промежуточный детонатор. Алю-
мотол применяют в скважинах с проточной водой.
Гексоген (GH2NNO2)3 (цпклотриметилентринитрамин). Высоко-
бризантное взрывчатое вещество, более мощное, чем тро-
тил. Белое кристаллическое вещество без вкуса и запаха. Ток-
сичен. Температура плавления 201 °C (плавится с разложением).
При температуре плавления чувствительность к удару и трению
сильно повышается. Химическая стойкость гексогена высока.
С металлами он не взаимодействует, крепкая серная кислота
его разлагает. В воде практически не растворим. Растворяется
в ацетоне.
При воспламенении небольшое количество гексогена (не-
сколько килограммов) сгорает ярким шипящим пламенем без
взрыва. Большие количества при горении детонируют.
Чувствительность гексогена к механическим воздействиям и
восприимчивость к детонации выше, чем у тротила. При любых
плотностях заряда гексоген детонирует от взрыва капсюля-де-
тонатора.
Для снижения чувствительности к механическим воздей-
ствиям и улучшения прессуемости в гексоген добавляют неболь-
шое количество флегматизатора (парафина и др.). Флегматизи-
рованный гексоген для отличия от чистого окрашивают в красно-
ватый цвет.
61
Чистый гексоген используют в основном для снаряжения
детонаторов и детонирующих шнуров. Флегматизированный гек-
соген в виде прессованных шашек успешно применяется для
прострелочно-торпедировочных работ: заряды для кумулятивных
перфораторов, для торпед ТШ и т. п.
Гексоген входит в состав некоторых взрывчатых смесей.
Сплавы тротил — гексоген. Используют в смеси с тротилом
(ТГ) или с тротилом и алюминием. Смеси обладают сравнительно
высокой мощностью и более низкой чувствительностью, чем
гексоген. Наиболее часто применяемый сплав ТГ имеет соот-
ношение 50/50. Он используется для изготовления зарядов тор-
пед типа ТКО (торпеды кумулятивные осевые) и др.
Октоген (CH2NNO.,)4. Аналог гексогена. По свойствам бли-
зок к гексогену, но отличается большей плотностью, более
высокой температурой плавления, а также несколько более
высокой термостойкостью. В чистом виде обладает высокой чув-
ствительностью (выше гексогена). Применяется как мощное
термостойкое ВВ в термостойких средствах взрывания и других
изделиях для скважин с высокой температурой забоя. Флегма-
тизированный октоген применяют в кумулятивных зарядах.
Тэн C(CH2ONO2)4 (пентаэритриттетранитрат). Высокобри-
зантное ВВ, белое, кристаллическое, без запаха. Пла-
вление его сопровождается медленным разложением. Хорошо
прессуется до плотности 1,6 г/см3. Химическая стойкость сра-
внительно высока. Не гигроскопичен и не растворим в воде.
В небольших количествах па открытом пространстве сгорает
спокойно, если вещества более 1 кг, горение переходит во
взрыв.
Тэн очень чувствителен к механическим воздействиям. Для
понижения чувствительности его обычно флегматизируют и при
этом окрашивают в розовый цвет. Восприимчивость к детонации
у тэна несколько выше, чем у гексогена и тетрила. У водонасы-
щенного тэна восприимчивость к детонации снижается и для
ее возбуждения требуется дополнительный детонатор. По мощ-
ности примерно равен гексогену. Благодаря высоким взрывным
качествам тэн используют для изготовления детонирующего шнура
и промежуточных детонаторов. Термостойкость сравнительно
невелика.
Сплав тротила с тэном называют пентолитом. Его
используют для отливки шашек-детонаторов.
Нитроглицерин C3H5(ONO2)3 (глицеринтринитрат). Мощное
бризантное взрывчатое вещество, отличающееся очень
высокой чувствительностью к механическим воздействиям. Масло-
образная бесцветная прозрачная жидкость с плотностью 1,6 г/см3.
Ядовит. При температуре + 13,2 °C нитроглицерин за-
твердевает. Не гигроскопчен и плохо растворяется в воде,
хорошо растворим в большинстве органических растворителей.
Очень чувствителен к толчкам, трению, удару. Максимальная
62
высота падения груза массой 2 кг, при которой не происходит
взрыва, составляет для нитроглицерина всего 4 см.
Благодаря способности нитроглицерина растворять нитро-'
соединения и нитроцеллюлозу (пироксилин, коллодионный хло-
пок) с образованием эластичной студнеообразной массы, чувстви-
тельность которой ниже чувствительности нитроглицерина, его
используют при производстве порохов и динамитов. Основные
взрывные характеристики приведены в табл. 7.
Близким к нитроглицерину по свойствам является другой
нитроэфир — динитрогликоль, который обычно доба-
вляют к нитроглицерину для снижения температуры замерзания.
Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества
Это взрывчатые механические смеси, содержащие в качестве
кислородсодержащего компонента аммиачную .селитру. Деше-
вые ВВ, широко используемые промышленностью.
За последние годы ассортимент аммиачно-селитренных В В
значительно расширен и обновлен. Благдаря использованию водо-
устойчивой аммиачной селитры повысилась водоустойчивость со-
ставов. Получили распространение грубодисперсные составы на
основе гранулированной селитры, отличающиеся малой чувстви-
тельностью и хорошей сыпучестью, — игданиты,гранулиты,зерно-
гранулиты. Появились и пластичные и текучие водонаполнен-
ные ВВ, пригодные как в сухих, так и в обводненных скважинах,
обладающие низкой чувствительностью к механическим воз-
действиям.
Аммиачно-селитренные В В по составу можно разделить на
следующие основные группы: динамопы, аммоналы, порошкооб-
разные нитроглицериновые ВВ. В особую группу выделяют водо-
наполненные аммиачно-селитренные ВВ, пластифицированные
водным гелем. К ним относятся акватолы и акваниты. Взрыв-
чатой основой у них являются порошкообразные или гранули-
рованные аммониты и аммоналы.
Остановимся несколько подробней на свойствах аммиачной
селитры, основного компонента этих ВВ.
Аммиачная селитра NH4NO3 (азотнокислый аммоний или
нитрат аммония) — один из наиболее распространенных видов
удобрений. Это бесцветное кристаллическое вещество горько-
ватого вкуса, хорошо растворимое в воде. Само по себе оно яв-
ляется малочувствительным слабовзрывчатым веществом. В чи-
стом виде от искры и от огня не загорается. Горит лишь в мощном
очаге пламени. Для инициирования взрыва требует промежуточ-
ного детонатора. Примеси органических веществ (даже в неболь-
ших количествах) повышают энергию взрыва аммиачной селитры
и чувствительность ее к механическим воздействиям (рис. 27).
Аммиачная селитра обладает двумя отрицательными свойст-
вами: гигроскопичностью и слёживаемостью. У гранулированной
63
селитры, выпускаемой со специальными добавками, эти свой-
ства проявляются слабее. Меньшей слёживаемостью обладает
также водоустойчивая порошкообразная аммиачная селитра ЖВ.
Динамоны. Смеси аммиачной селитры с невзрывчатыми горю-
чими материалами. В связи с отсутствием взрывчатого сенсиби-
лизатора 1 в составе динамонов детонационная способность их
в значительной степени зависит от физического состояния (влаж-
ности, степени уплотнения и т. п.). В настоящее время выпу-
скаются динамоны AM, в состав которых входят водоустойчивая
Рис. 27. Изменение чувстви-
тельности аммиачной селитры
к удару при введении в нее
примесей мазута
аммиачная селитра ЖВ, минеральное
масло и алюминиевая пудра. Приме-
няется в сухих и обводненных
скважинах.
Довольно широкое применение
имеют динамоны на основе грану-
лированной селитры, пропитанной
жидкими горючими (гранулирован-
ные динамоны). Они дешевы и от-
личаются низкой чувствительностью
к механическим воздействиям, что
позволяет механизировать транс-
портные и зарядные операции. Про-
стейшим гранулированным динамо-
ном является игданит — смесь
гранулированной аммиачной селитры
с 4—6% жидкого горючего (соля-
ровое масло, дизельное топливо,
керосин и т. д.). Получается сме-
шением компонентов в процессе за-
ряжания скважины или на рабочей площадке непосредственно
перед заряжанием. Для инициирования взрыва игданита тре-
буется промежуточный детонатор.
Основные достоинства игданита — дешевизна и безопасность,
недостаток — непригодность для скважин, заполненных водой.
По сейсмической эффективности игданит слабее тротила примерно
на 10-15%.
Гранулиты. Гранулированные динамоны заводского изго-
товления. Выпускаются несколько сортов гранулитов: грану-
лит М — смесь пористой гранулированной селитры с 5,5% ди-
зельного топлива; гранулит С-2 — гранулированная аммиачная
селитра, пропитанная минеральным маслом и опудренная дре-
весной мукой; гранулиты АС-8 и АС-4 — гранулированная ам-
миачная селитра с 3—4% минерального масла, опудренная
8—4% алюминиевой пудры. Гранулиты малочувствительны
1 Сенсибилизаторы — активирующие добавки, повышающие детона-
ционную способность ВВ.
64
к капсюлю-детонатору и надежно детонируют от промежуточного
детонатора.
Аммониты. Взрывчатые механические смеси, в состав которых
входит в основном аммиачная селитра с добавлением тротила
или других нитросоединений. В некоторых случаях для повы-
шения детонационной способности в них вводят дополнитель-
ный сенсибилизатор (нитроглицерин, гексоген или тэн). Аммо-
ниты, в состав которых входит алюминий, называют аммо-
налами. Выпускается довольно много сортов аммонитов
с содержанием селитры от 66 до 87%.
При хранении, перевозке и применении аммониты сравни-
тельно безопасны. С трудом загораются от искры или огня. На
открытом воздухе сгорают без взрыва. В большой массе горение
может перейти во взрыв. К трению и удару аммониты мало чув-
ствительны. Наиболее распространенным является аммонит
№ 6ЖВ (см. табл. 8).
Таблица 8
Свойства гранулированных и некоторых негранулированных
аммиачно-еелитренных взрывчатых веществ
Наименование В В	Плотность, г/см8	1 Теплота взрыва, ккал/кг	Критичес- кий диаметр, 1 мм	Скорость детонации, км/с	Работоспо- собность, мл	И д £ о И	я 5. в S а° “ ЬЙЙ
Игданит 		0,9	920	150	2,2—2,8	320	0
Гранулит С-2 		0,9	917	130	2,4-3,2	320	0-4
Зерногранулит 79/21 . .	0,9	967	60	3,0-3,6	360	4—24
Алюмотол		1,1	1260	80	4,3—4,8	420	12—44
Гранулотол 		1,0	870	80	4,5—5	285	4
Аммонит № 6ЖВ	1-1,2	1030	13	3,6-4,8	360	16—32
Акватол 		1,4	1100	120	4,9-5,3	400	0—4
Акванит ЗЛ 		1,5	840	45	4,5-5,5	335	0
Детонит М 		1,1-1,3	1382	10	3,9—5	460	40-60
Основное применение порошкообразных аммонитов — в шпу-
рах и скважинах при подземных разработках. Для механизиро-
ванных способов заряжания (пневматических и др.) более пер-
спективны гранулированные, пластичные и текучие ВВ.
Зерногранулиты (разновидность аммонитов). Смесь гранули-
рованной аммиачной селитры и тротила. Выпускают зерногра-
нулиты следующих марок: 79/21 (в числителе — процентное со-
держание аммиачной селитры, в знаменателе — тротила) на че-
шуйчатом тротиле, 30/70 на гранулированном тротиле и водо-
устойчивые 50/50В и 30/70В, в которых тротил вводят в виде
пленки, покрывающей гранулы селитры. Зерногранулиты с до-
бавкой алюминия называются граммо налами.
Зерногранулиты обладают меньшей детонационной способно-
стью, чем порошкообразные аммониты. Для полной детонации
5 Заказ 419	65
зарядов зерногранулита требуется мощный дополнительный де-
тонатор. Зерногранулиты применяют для скважин диаметром
более 80 мм.
Аммиачно-селитренные взрывчатые смеси, содержащие вод-
ные гели в качестве жидкого наполнителя и пластифицирующего
вещества, называются водонаполненными ВВ
(ВВВ). Содержание гелеобразующего агента (загустителя) со-
ставляет 0,7—1,5%, воды — от 5 до 15%. ВВВ имеют различную
консистенцию — от жидкотекучих до густых резиноподобных
масс. Промышленностью выпускаются две основные разновид-
ности ВВВ — акватолы и акваниты разных составов.
Акватолы. Имеют вид вязкой тестообразной массы плотностью
около 1,5 г/см3. Промышленностью выпускается акватол 65/35с
в виде смеси сухих компонентов — гранулированной аммиачной
селитры, тротила и загущающей добавки, а также акватол М-15,
содержащий добавку алюминия.
Водонаполнение акватолов производят непосредственно пе-
ред заряжанием скважин в специальных смесительных зарядных
аппаратах, смонтированных на автомашинах. Для возбуждения
взрыва акватолов требуется мощный промежуточный детонатор.
Некоторые предприятия изготовляют акватолы на месте
применения на специальных установках, используя горячий на-
сыщенный раствор аммиачной селитры и заливая горячий аква-
тол в скважину. При остывании его в скважине часть растворен-
ной селитры выкристаллизовывается и получается тестообраз-
ная масса. Таким образом готовят горячельющиеся
акватолы, а также и ф з а н и т ы. Состав ифзанитов можно
изменять в зависимости от требуемой объемной энергии ВВВ.
Изменением соотношения компонентов в процессе заряжания до-
стигается требуемая плотность и удельная энергия ВВ по высоте
скважины. Благодаря этим свойствам ифзаниты представляют
интерес при решении многих задач, связанных с использованием
взрыва, в том числе при сейсморазведке.
Акваниты. Пластифицированные водными растворами аммиачно-
селитренные ВВ, сенсибилизированные тротилом и гексогеном.
Детонационноспособны в условиях скважин малых диаметров.
В зависимости от содержания воды различаются акванит ЗЛ
с высокой текучестью (содержит 12% воды), предназначенный
для заряжания шпуров и скважин при помощи нагнетательных
насосов или пневматических зарядных устройств, пластичные
составы — акванит № 2 и др., выпускаемые в виде патронов различ-
ного диаметра, гранулированный состав АРЗ (акванит раздель-
ного заряжания), который легко транспортируется по пневмо-
магистралям как сыпучее вещество и пластифицируется орошением
при выходе из пневмозарядчика и в процессе уплотнения в шпуре
и в скважине. Акванит № 2 детонирует от капсюля-детонатора;
для детонации акванита ЗЛ требуется дополнительный де-
тонатор.
66
Значительная часть из рассмотренных выше ВВ еще не исполь-
зуется при выполнении геофизических работ. Однако расширение
задач, стоящих перед геофизиками, и наряду с этим дополни-
тельные возможности организации технологического процесса,
открываемые свойствами ВВ, позволяют считать, что в недалеком
будущем они найдут применение.
Из взрывчатых смесей, в состав которых входит нитроглице-
рин, в настоящее время в СССР применяют только порошкооб-
разные нитроглицериновые ВВ — детониты.
Детониты. Порошкообразные смеси на основе водоустойчивой
аммиачной селитры, сенсибилизированной жидкими нитроэфи-
рами с добавками алюминиевой пудры и, в некоторых соста-
вах, — тротила. Выпускаются несколько марок, различающихся по
содержанию нитроэфиров (от 6 до 15%) и алюминиевой пудры
(от 5 до 10%).
Детониты — мощные ВВ, более чувствительные к удару и
трению, чем аммониты. Критический диаметр детонации дето-
нитов меньше, чем аммонитов. Их выпускают в патронах малых
диаметров. Недостатком детонитов является токсичность, свой-
ственная всем нитроглицериновым ВВ.
Динамиты. Желатинообразные бризантные ВВ с высоким
содержанием нитроглицерина и других жидких нитроэфиров
в смеси с окислителями и горючим. Преимущества динамитов —
водоустойчивость, а также высокая мощность. К недостаткам
относятся: повышенная чувствительность, эксудация — способ-
ность выделять жидкий нитроглицерин, при этом они становятся
чрезвычайно опасными (подлежат немедленному уничтожению).
Динамиты со временем стареют, т. е. теряют чувствительность
к детонации. За рубежом динамиты с разным содержанием нитро-
глицерина применяют для сейсморазведочных работ. Наша про-
мышленность выпускает 62%-ный динамит с температурой замер-
зания —19 °C.
Интерес представляют смесевые взрывчатые вещества для им-
пульсной обработки металлов. К ним относятся пластиты
и эластиты. Эти ВВ, обладающие пластичными или эла-
стичными свойствами, устойчиво детонируют в слоях толщиной
0,5—6 мм; скорость детонации 7—8 км/с. Для сварки взрывом
предназначено низкоимпульсное пористое ВВ взрывной поролон
плотностью 0,15—0,70 г/см3, детонирующее в эластичных листах
толщиной 5—20 мм; скорость детонации 1,8—4,5 км/с.
Термостойкие взрывчатые вещества
В связи с бурением глубоких нефтяных и газовых скважин
появилась потребность в ВВ, которые могли бы применяться
в скважинах при температурах 200—250 °C и выше. Обычные
ВВ (например, тротил и гексоген) не могут быть использованы
при столь высокой температуре.
5*	67
Имеются взрывчатые вещества с термостойкостью 180—270 °C
(сиг. табл. 7). По взрывным характеристикам термостойкие
составы и вещества являются бризантными ВВ. Однако теплота
взрыва, объем газообразных продуктов взрыва и чувствитель-
ность к взрывному импульсу у них ниже, чем у гексогена и окто-
гена. По условиям применения при прострелочно-взрывных ра-
ботах в нефтяных и газовых скважинах заряды не должны за-
метно изменять свои взрывчатые характеристики после выдержки
при максимальной температуре их применения в течение 6 ч и
на протяжении 24 ч и в этих условиях не должны самопроиз-
вольно детонировать.
Жидкие взрывчатые смеси
Остановимся на перспективной группе В В — жидких взрыв-
чатых смесях (ЖВС). Они могут быть созданы на разных жидких
окислителях, например на четырехокиси азота (N2O4), концент-
рированной (безводной) азотной кислоте (HNO3)), и т. д. В ка-
честве горючего компонента могут служить соляровое масло,
толуол, нитробензол и другие жидкие органические вещества.
Жидкие взрывчатые смеси обладают рядом достоинств, от-
личаются высокой мощностью взрыва (теплота взрывчатого пре-
вращения в 1,4—1,7 раза выше, чем у тротила). Критические
диаметры детонации ЖВС очень малы — менее 1 мм, что от-
крывает ряд заманчивых перспектив для новых технологических
приемов их применения. Технология их изготовления проста
(смешение), многие из них дешевы. Основным недостатком ЖВС
является высокая чувствительность к механическим воздей-
ствиям, затрудняющая их применение. Кроме того, смеси мало-
устойчивы.
Газовые взрывчатые смеси
Эти смеси содержат горючие газы и кислород. Как уже было
отмечено, горение и взрыв в таких смесях способны распростра-
няться не при любом соотношении компонентов, а лишь в опре-
деленных пределах состава, называемых концентрационными
пределами. Добавление инертных газов сужает пределы горю-
чести и в конце концов делает смесь негорючей. Это влияние
тем сильнее, чем выше теплоемкость инертной добавки.
Нижний предел смеси с кислородом для большинства газов
близок к пределу для смеси с воздухом. Верхний предел для
кислородной смеси всегда значительно больше, чем для воздуш-
ной.
Воспламеняемость смеси зависит от ее состава. Количествен-
ной характеристикой воспламеняемости может служить мини-
мальная величина энергии поджигающего импульса, достаточ-
ная для возбуждения горения. Для смеси каждого горючего
68
газа с воздухом существует некоторый оптимальный состав,
соответствующий наибольшей воспламеняемости. На рис. 28
приведена зависимость минимальной мощности воспламеняющей
искры (сила тока в первичной цепи) от состава для смеси пропана
с воздухом.
Детонацию взрывчатой газовой смеси можно вызвать различ-
ными способами: взрывом заряда конденсированного ВВ, впуском
достаточно мощной ударной волны
в объем, занимаемый газовой смесью.
Кроме того, нормальное горение
в трубках большой длины способно
самопроизвольно переходить в детона-
цию. Плоская детонационная волна,
выходящая из трубки, может в опре-
деленных условиях вызвать сфериче-
скую детонацию в объеме намного
большего диаметра.
Наибольший интерес представляют
смеси кислорода с пропаном или бу-
таном, либо их смесью. Эти газы ши-
роко используются в народном хозяй-
стве, дешевы, их хранение и перевозка
Рис. 28. Зависимость мини-
мальной мощности воспла-
меняющей искры от состава
смеси пропана с воздухом
не сложны.
Пропан-кислородные газовые смеси. Обладают сравнительно
большой мощностью взрыва. Для стехиометрической смеси удель-
ная теплота взрыва составляет 3,6 ккал/л. Соотношение ком-
понентов смеси пропан—кислород, соответствующее стехиометри-
ческому составу, равно 1 : 5 (по объему). Плотность такой смеси
Рис. 29. Зависимость ско-
рости детонации от состава
смеси пропана с кислородом
1,5 г/л. Детонационные пределы пропан-кислородной Смеси:
нижний — 3,1%, верхний—37% пропана. Скорость детонации
стехиометрической смеси пропан—кислород около 2,6 км/с. На
рис. 29 приведена зависимость скорости детонации смесей про-
пан—кислород от их состава.
Смеси водород — кислород (гремучий газ). Они имеют очень
небольшую плотность, которая для стехиометрического состава
69
равна 0,5 г/л. Хотя энергия единицы массы такой смеси больше,
чем у смеси пропан—кислород, энергия единицы ее объема меньше
и составляет 2 ккал/л. Скорость детонации смеси водород—кисло-
род стехиометрического состава 2,8 км/с. Концентрационные
пределы детонации: нижний — 15% водорода, верхний — 90%.
Оба компонента смеси — водород и кислород могут быть полу-
чены непосредственно электролизом воды. Применение такой
смеси перспективно при морской сейсморазведке и при взрывах
в скважинах, заполненных водой.
В последнее время газовые взрывчатые смеси при решении
задач сейсмической разведки в ряде случаев с успехом заменяют
конденсированные ВВ (см. гл.¥).
§ 2.	Пороха
Порохами называют твердые многокомпонентные ВВ,
для которых характерно устойчивое горение, не переходящее
в детонацию и при больших давлениях. Пороха называют еще
метательными ВВ. По составу они делятся на нитроцеллюлоз-
ные и смесевые.
Нитроцеллюлозные пороха (бездымные). Твердые однородные
системы на основе нитроцеллюлозы, пластифицированной орга-
ническими растворителями.
Смесевые пороха. Механические смеси окислителя, горю-
чего и связующих веществ. Простейшей пороховой смесью
является дымный порох, состоящий из калиевой селитры, дре-
весного угля и серы.
Для ракетных двигателей применяются твердые смесевые
топлива, в которых в качестве окислителя используются нит-
раты, хлораты Или перхлораты, а в качестве горючего связу-
ющего — смолы, каучуки, пластмассы и т. п.
Энергетические свойства пороха в основном определяются
количеством тепла Qv, которое выделяется при сгорании 1 кг
пороха и объемом газообразных продуктов горения Уо, обра-
зующихся при его сгорании. Пороха характеризует также
температура горения Ту, определяемая теплотой сгорания, и
сила пороха / — работа расширения продуктов сгорания 1 кг
пороха, нагреваемых при атмосферном давлении от нуля до
Т еС, которая определяется температурой горения. Физико-хими-
ческие и баллистические характеристики порохов приведены
в табл. 9.
Бездымные пороха
Основой бездымных порохов является нитроцеллюлоза (нитро-
клетчатка). При их изготовлении нитроклетчатку обрабатывают
растворителем, в результате чего образуется коллоидная тесто-
образная масса, которую прессуют, придавая пороху ту пли
иную форму.
70
Таблица 9
Характеристика порохов
Наименоаание и обозначе- ние	Плотность прессован- ного заряда, г/см’	Чувствитель- ность к удару, %	Температура горения, К	Объем газо- образных продуктов, л/кг
Дымные (типа ДРП)	1,6—1,9			2500—2600	280
Бездымные (пироксили- новые) 		1,56-1,64	50—90	2400-2700	900—970
Баллистптные (НБПЛ 14-10, НБПЛ 10-10) ....	(зерна) 1,2—1,4		2500-3400	840-860
Термостойкие: Г-80			1,78—1,8	68—72	4550	745
0-75			1,8—1,91	8	4480	707
П-65			1,95—1,99	56	3540	535
Продолжение табл. 9
Наименование и обозна- чение	Теплота сгорания, ккал/кг	Сила пороха /•10», кгс-дм/кг	Порог термо- стойкости, °C	Количество твердого остатка, г/кг
Дымные (типа ДРП)	665			100	564
Пироксилиновые . . .	700-900	0,9-1	100—110	Нет
Баллистптные (НБПЛ 14-10, НБПЛ 10-10) ....	1100—1350	0,85—1,2	100—110	
Термостойкие:  Г-80			1450	1,25	180	73
0-75			1320	1,2	200	86
П-65 		790	0,71	260	—
В зависимости от применяемого растворителя бездымные по-
роха делятся на три основные группы.
Пироксилиновые пороха. Изготовляются на летучем раство-
рителе — спиртово-эфирных смесях. Основой служит нитроцеллю-
лоза с высоким содержанием азота, называемая пироксилином.
Нитроглицериновые баллиститы. Изготовляются на слабо-
летучих растворителях, главным образом на нитроглицерине.
Основа — нитроцеллюлоза с низким содержанием азота — кол-
локсилин.
71
Нитроглицериновые кордиты. Изготовляются на смешанных
растворителях — нитроглицерине с добавками ацетона или
спирто-эфирной смеси. Основой служит пироксилин.
Пороха выпускаются в виде элементов разных форм (пластинчатых,
ленточных, трубчатых и др.) п размеров. Пороха принято обозначать марками,
указывающими пх природу, форму п размеры зерен. Обозначения нитрогли-
цериновых порохов начинают с буквы Н. Марку зерненого пироксилинового
пороха обозначают дробью: числитель указывает толщину горящего свода 1
в десятых долях миллиметра, знаменатель — чпсло каналов в зерне. Напри-
мер, 4/1 означает зерно с одним каналом п толщиной свода 0,4 мм. Для обо-
значения пироксилиновых трубчатых порохов к дроби добавляют буквы
ТР. Например, 22/1 ТР — трубчатый пироксилиновый порох, толщина
трубки 2,2 мм с одним каналом. При обозначении нитроглицериновых труб-
чатых порохов буквы ТР пе добавляют, так как эти пороха не изготовляются
в виде зерен цилиндрической формы. Пластинчатые пороха обозначают
буквами ПЛ с двумя числами: первое чпсло — толщина пластпнкп в сотых
долях миллиметра, а второе — ширина ее в десятых долях миллиметра.
Например, НБПЛ-14-10 — нитроглицериновый, баллпстптный, пластинча-
тый с толщиной пластпнкп 0,14 мм и шириной 1 мм. Ленточные пороха
обозначают буквой Л с числом, показывающим толщину ленты в сотых долях
миллиметра.
Бездымные пороха химически менее стойки, чем бризант-
ные ВВ. Повышение температуры и влажности среды при хра-
нении порохов значительно ускоряет их разложение и вызывает
изменение баллистических свойств. В связи с этим пороха нужно
хранить в герметической укупорке, в закрытых от солнца и
хорошо вентилируемых помещениях. Признаками сильного раз-
ложения пороха являются запах окислов азота и появление на
поверхности пороховых зерен пятен, вздутий, углублений и
трещин. Пороха, химическая стойкость которых становится ниже
определенного предела, необходимо уничтожать. При некоторых
условиях происходит эксудирование («выпотевание») нитрогли-
церина на поверхность зерен нитроглицеринового пороха, ко-
торый становится очень опасным.
При сильном трении частиц пороха друг о друга или о ма-
териалы, не проводящие электричество (например, при пере-
сыпании), пороха могут наэлектризоваться до высокого потен-
циала, способного вызвать искровой разряд и воспламенить
пороховую пыль или пары летучих веществ. При влажности
воздуха выше 60% способность пороха к электризации сни-
жается.
Большинство порохов способно в определенных условиях де-
тонировать, что позволяет использовать некондиционные партии
их на взрывных работах, в том числе при сейсморазведке. Пиро-
ксилиновые пороха детонируют легче, чем нитроглицериновые,
и хорошо детонируют в воде. Нитроглицериновые пороха в воде
взрываются труднее, и детонация их часто затухает. Детона-
1 Толщиной горящего свода называется наименьший размер порохо-
вого элемента: у трубчатых порохов — толщина стенки, у пластинчатых —
толщина пластпнкп.
72
ционная способность повышается с уменьшением размеров по-
роховых элементов. При использовании порохов для взрывных
работ вопрос о детонационной способности и требуемом промежу-
точном детонаторе решается экспериментально для каждой пар-
тии пороха.
В геофизике нитроцеллюлозные пороха используют по пря-
мому назначению — как метательные ВВ в прострелочной аппа-
ратуре.
Дымные пороха
Дымные пороха (или черные) — механическая смесь селитры,
угля и серы. Селитра служит окислителем, выделяющим кисло-
род, уголь — горючим элементом, а сера играет роль цемента-
тора, связывающего селитру с углем. Кроме того, сера горюча
и способствует воспламенению пороха. Примерный состав дым-
ного пороха: 75% калиевой селитры, 15% угля и 10% серы.
Дымный порох представляет собой полированные зерна се-
ровато-черного цвета. Он гигроскопичен и легко впитывает влагу.
Содержание влаги в порохе не должно превышать 1%.
От искры и пламени дымный порох легко воспламеняется.
На воспламеняемость существенное влияние оказывает содержа-
ние влаги. Если содержание влаги превышает 2%, порох трудно
воспламеняется, если влажность достигает 15%, он не воспла-
меняется. Дымный порох чувствителен к удару и трению. Па-
дение груза массой 10 кг с высоты 45 см на заряд пороха дает
100% взрывов. Небольшие количества пороха при зажигании
вспыхивают, а большие дают взрыв. Дымные пороха применяют
при изготовлении огнепроводного шнура, воспламенителей, в за-
рядах аппаратуры для прострелочно-взрывных работ и в каче-
стве зарядов взрывных пакеров. За рубежом первые попытки
снижения гибели ихтиофау-
ны при морской сейсмораз-
ведке были связаны с исполь-
зованием черного пороха
вместо бризантных ВВ.
Твердые смесевые топлива
Это системы, представля-
ющие собой смеси неорга-
нического окислителя (перх-
лораты, нитраты), органиче-
ского горючего, одновремен-
но, как правило, являюще-
гося связующим (различные
Рис. 30. Типичные формы зарядов твер-
дого смесевого топлива.
а — заряд торцевого горения; б — заряд, го-
рящий по внутреннему звездообразному
каналу; в — заряд трубчатой формы с вну-
тренним и наружным горением; г — щелевой
заряд
высокомолекулярные соединения — полимеры, синтетические
каучуки, смолы), и металлического горючего (Mg, Al и т. д).
Наиболее распространенные формы зарядов твердого топлива:
’заряд торцевого горения, заряд, горящий по внутреннему
73
звездообразному каналу, заряд трубчатой формы с внутренним
и наружным горением, щелевой заряд (рис. 30).
Эти системы могут представить интерес при решении некото-
рых геофизических задач, например, при применении различ-
ных методов воздействия на пласт с целью интенсификации при-
тока (разрыв пласта и др.).
§ 3. Инициирующие взрывчатые вещества и пиротехнические
составы
Инициирующие — высокочувствительные ВВ. Они способны
детонировать от простого внешнего воздействия — искры,
пламени, накола, удара, трения. Основные инициирующие
ВВ — гремучая ртуть и азид свинца. В чистом виде они
не применяются, а используются при изготовлении капсюлей-
детонаторов для возбуждения взрыва бризантных ВВ.
В связи с высокой чувствительностью инициирующих ВВ,
с изделиями, в состав которых они входят, необходимо обра-
щаться с большой осторожностью.
Гремучая ртуть. Кристаллическое вещество, соль
гремучей кислоты (фульминат ртути). Она ядовита, плотность
ее 4,5 г/см3. Взаимодействуя с алюминием, образует невзрывча-
тые соединения, поэтому в изделия с алюминиевой оболочкой
гремучую ртуть не снаряжают. При длительном нагревании до
90 °C и выше она разлагается со взрывом.
Гремучая ртуть чувствительна даже к слабым механическим
воздействиям, особенно к наколу и трению. Легкое царапание
соломинкой вызывает взрыв. Чувствительность к удару очень
велика. Минимальная высота падения груза массой 0,6 кг, при
которой происходит взрыв, составляет 5,5 см.
Используется в качестве первичного инициатора в капсюлях-
детонаторах.
Азид свинца (свинцовая соль азотисто-водородной кис-
лоты). Применяется в качестве первичного инициатора в капсю-
лях-детонаторах, в том числе термостойких. Инициирующая спо-
собность азида свинца выше, а воспламеняемость от луча огня
ниже, чем у гремучей ртути. В капсюлях для безотказного вос-
пламенения азида свинца над ним помещают слой легко вос-
пламеняющегося тринитрорезорцината свинца (ТНРС).
Пиротехнические составы. Обладают специфическими свой-
ствами, например окраской пламени, зажигательной способно-
стью, ярким свечением, дымообразованием и т. п. Используются
они в военной технике и народном хозяйстве. Представляют
собой механические смеси, состоящие из окислителя и горючего.
Содержат также примеси специального назначения, окрашива-
ющие пламя, понижающие чувствительность составов (флегмати-
заторы), увеличивающие механическую прочность запрессован-
ного состава (цемептаторы) и т. д.
74
В качестве окислителей в пиротехнических составах приме-
няют нитраты, хлораты, перхлораты и окислы металлов. Горю-
чими служат как неорганические вещества — алюминий, маг-
ний и их сплавы, отличающиеся большой теплотворной способ-
ностью, так и органические — бензин, керосин, нефть, крахмал.,
древесные опилки и т. п. К горючим относятся также смольц
которые служат одновременно цементаторами.
Пиротехнические составы применяют для изготовления пиро-
технических средств, а также замедлителей, обеспечивающих
задержки в срабатывании воспламенителей и средств взрывания,
источников получения горючих газов и для других целей. Вы-
пускаются дымовые составы, содержащие инсектицидные веще-
ства, используемые для борьбы с вредными насекомыми. В слу-
чае необходимости оперативного получения в небольших коли-
чествах газообразного кислорода, пригодного для дыхания, он
может быть получен при горении пиротехнических составов,
называемых хлоратными свечами.
При геофизических работах пиротехнические составы исполь-
зуются редко, хотя, по-видимому, есть области, где их примене-
ние могло бы быть полезным.
§ 4. Выбор взрывчатых веществ при геофизических
работах
Выбор ВВ и условий их применения в сейсморазведке дол-
жен гарантировать безусловное получение эффективной, качест-
венной сейсмозаписи и вместе с тем обеспечивать безопасность,
удобство и экономичность работ.
Остановимся на соображениях, которые можно положить
в основу выбора ВВ для сейсморазведочных работ и взрывных
работ в нефтяных и газовых скважинах.
Чем больше энергия взрывчатого превращения, тем выше
работоспособность ВВ и его сейсмическая эффективность. Однако
это не означает, что во всех случаях нужно стремиться к исполь-
зованию наиболее мощных ВВ. Например, эксперименты в
Алжире и Франции, где проводилось испытание 15 видов ВВ,
показали, что коэффициент сейсмической эффективности сурро-
гатных порошкообразных ВВ меньше, чем высокобризантных
динамитов. Тем не менее в условиях песков Сахары, где при-
ходилось применять группирование большого числа зарядов
(до 100 и более на взрыв), были использованы низкосортные,
дешевые ВВ, что оказалось экономически более выгодным, чем
применение высокобризантных ВВ. Следовательно, для больших
зарядов рациональнее использовать маломощные, но дешевые ВВ.
Отказ от мощных ВВ может быть целесообразным не только
из экономических соображений. Поскольку бризантное действие
взрыва пропорционально плотности ВВ и квадрату скорости
детонации, взрывчатые вещества, детонирующие с меньшей
75
скоростью, предпочтительнее, если нужно снизить местное разру-
шительное действие взрыва. В таких случаях нужно применять
малоплотные ВВ с пониженной скоростью детонации. Для по-
лучения зарядов со скоростью детонации, соответствующей ско-
рости звука в грунте, в котором производится взрыв, также
нужно выбирать менее бризантные ВВ, обладающие пониженной
скоростью детонации.
В Советском Союзе при работах методом преломленных волн
(МПВ) в ряде районов успешно использовались дешевые бездым-
ные пороха. Однако в связи с их сравнительно низкой химиче-
ской стойкостью не следует допускать применения бездымных
порохов в качестве бризантных ВВ в жаркое время года в южных
районах. В этих условиях целесообразно рекомендовать дешевые
ВВ простейшего состава — игданиты, транспортировка и хра-
нение основного компонента которых — гранулированной се-
литры практически безопасны. Для сухих скважин, кроме игда-
нитов, могут быть использованы дешевые ВВ заводского изго-
товления: гранулиты марок АС и С и зерногранулит 79/21.
При работах в обводненных скважинах требуются ВВ, устой-
чиво детонирующие в воде и обладающие хорошей потопля-
емостью. При необходимости полного использования объема сква-
жины, особенно для котловых зарядов, целесообразно применять
хорошо сыпучие водоустойчивые гранулированные ВВ завод-
ского изготовления, например гранулотол или алюмотол, хо-
рошо взрывающиеся в воде. К тому же вода в этом случае повы-
шает эффект взрыва. Можно использовать и более дешевые гра-
нулированные ВВ заводского изготовления — зерногранулиты
марок 50/50 и 30/70, имеющие хорошие эксплуатационные ка-
чества (не слёживаются, сыпучи, безопасны) и удовлетворитель-
ные взрывные характеристики.
Для районов, где сейсмические работы осложняются обру-
шением или обледенением стенок скважин, представляют интерес
горячельющиеся акватолы (ифзаниты) х. Они изготовляются на
месте применения непосредственно перед заряжанием на горячем
насыщенном растворе аммиачной селитры и быстро, вслед за
заряжанием, отвердевают в скважинах.
При работе в водоемах решающим может оказаться вопрос
о безопасности взрыва для ихтиофауны. В этих случаях лучше
всего использовать эффект физического взрыва, а также взрыв
газообразных взрывчатых смесей (ГВС).
Благодаря ряду других положительных качеств ГВС могут
применяться в сейсморазведке на море и на суше. Так, например,
способность ГВС к возбуждению взрывчатого превращения при
поджигании электрической искрой без применения электродето-
наторов позволяет использовать их для создания источников
упругих колебаний непрерывного действия с интервалом между
1 При условии обеспечения соответствующих средств механизации.
76
импульсами несколько секунд. При этом существенным достоин-
ством ГВС является их очень низкая бризантность. Они могут
быть использованы также для создания источников многократ-
ного действия в скважинах, не вызывая разрушения последних.
Для выполнения работ в глубоких (нефтяных и газовых)
скважинах определяющими показателями служат мощность и
термостойкость ВВ. Недостаточная термостойкость заряда, по-
мещенного в высокотемпературную скважину, может привести
к самопроизвольному взрыву и аварии. Мощность ВВ определяет
техническую возможность решения той задачи, для выполнения
которой его спускают в скважину. Нужно помнить, что с по-
вышением внешнего давления работа взрыва уменьшается. Суще-
ственными могут оказаться и такие физические константы, как
температура плавления вещества. Переход из твердого состоя-
ния в жидкое сопровождается изменениями формы и объема за-
ряда, а также его критического диаметра детонации и может
вызвать отказ в срабатывании изделия.
Таким образом, формальный подход к выбору ВВ для прове-
дения взрывных работ может стать причиной многих осложне-
ний при их выполнении.
§ 5. Средства воспламенения и взрывания зарядов
Взрывчатое превращение 'ВВ возбуждают при помощи спе-
циальных изделий — средств воспламенения и взрывания (или
средств инициирования). Действие их вызывается простым на-
чальным импульсом — лучом огня, нагревом, наколом и т. д.
Средства воспламенения. Основным средством воспламенения
являются электровоспламенители (ЭВ). Они предназначены для
поджигания пороховых зарядов и взрывания инициирующих соста-
вов капсюлей-детонаторов. Для передачи луча огня на расстояние
служат огнепроводные шнуры. К средствам зажигания огнепро-
водных шнуров относятся электрозажигательные трубки и пат-
роны.
Электровоспламенители (ЭВ), электро-
запалы и пиропатроны. Применяют при прострелен-
ных и взрывных работах в скважинах в качестве средств воспла-
менения. Они состоят из гильзы или корпуса, содержащего мо-
стик накаливания и небольшое количество легковоспламеняюще-
гося, быстрогорящего пороха или пиротехнического состава,
дающего луч огня, способный зажечь трудновоспламеняющиеся
пороха или вызвать взрыв инициирующего ВВ. Мостик накали-
вания изготовляют из тонкой нихромовой проволоки с сопроти-
влением 1,0—1,5 Ъм. В электрозапалах к мостику накаливания
припаяны два конца провода, подсоединяемые к цепи источ-
ника тока. При включении тока мостик накаливания нагре-
вается и поджигает воспламенительный состав. В пиропатронах
контакт осуществляется по верхней крышке корпуса, куда под-
соединены концы мостика.
77
Для работ в скважинах с высокой температурой на забое
выпускаются термостойкие электрозапалы ТЭЗ-ЗП на 160 °C и
электровоспламенители повышенной термостойкости ЭВ-ПТ.
Термостойкие ЭВ не должны самопроизвольно воспламеняться
в течение 6-часовой выдержки при наибольшей допустимой тем-
пературе.
Огнепроводный шнур. Он представляет собой
шнур с сердцевиной из дымного пороха с направляющей нитью
посредине. Сердцевина заключена в оплетки, покрытые или про-
питанные водоизолирующим составом. Скорость
горения огнепроводного шнура составляет 0,86—
1 см/с.
При увлажнении огнепроводного шнура свыше
1% он делается непригодным. В зависимости от
материала и характера водоизолирующего покрытия
различают: асфальтированный огнепроводный шнур
(ОША), дважды асфальтированный огнепроводный
шнур (ОШДА) и огнепроводный пластикатный шнур
(ОШП).
Огнепроводный шнур служит для безотказной
передачи луча огня на некоторое расстояние в тече-
ние определенного промежутка времени для
Рпс. 31. Устройство капсюля-детонатора № 8-М.
1 — гильза; г — чашечка; з — гремучая ртуть; 4 — тетрил (тэн или
гексоген)
воспламенения инициирующего ВВ в капсюлях-детонаторах
а также зарядов дымного пороха.
Промышленность выпускает несколько видов средств зажи-
гания огнепроводного шнура, например для взрывания одиноч-
ных зарядов — электрозажигательная трубка ЭЗТ-2, для груп-
пового зажигания — электрозажигательные патроны ЭЗП-Б.
Средства взрывания СВ. Предназначены для инициирования
взрыва зарядов бризантных ВВ. К ним относятся капсюли-
детонаторы лучевого и накольного действия, электродетонаторы,
взрыватели, взрывные патроны, детонирующие шнуры. Кроме
того, для инициирования малочувствительных ВВ выпускаются
шашки-детонаторы.
Капсюли-детонаторы (КД). Комбинированные
заряды инициирующего и бризантного ВВ, заключенные в метал-
лическую или бумажную гильзу. Они срабатывают от луча огня
огнепроводного шнура или электровоспламенителя.
Наиболее широкое применение имеют КД № 8:
1) гремучертутные в медной оболочке (КД № 8-М) (рис. 31)
и в бумажной оболочке (КД № 8-Б); они содержат 0,5 г гремучей
ртути и 1 г тетрила (гексогена или тэна);
78
2) азидные (КД № 8-А) в алюминиевой оболочке; они содержат
0,2 г азида свинца, 0,1 г ТНРС и вторичный заряд — 1г тетрила
(гескогена или тэна), обладают большей инициирующей способ-
ностью, чем гремучертутные.
Капсюли-детонаторы чувствительны к удару, лучу огня и
тряске. Для работ в высокотемпературных скважинах выпускают
специальные термостойкие капсюли-детонаторы ТКД.
В некоторых изделиях применяются капсюли-детонаторы, дей-
ствующие от накола. Один из таких капсюлей МГ-201 приме-
няется во взрывателях, замедленного действия (ВЗД) к торпедам
типа ТШБ и в других устройствах. Он представляет собой метал-
лический колпачок, в который запрессован комбинированный
Рис. 32. Электродетонатор сейсмический.
1 — гильза; 2 — чашечка; 3 — первичный заряд; 4 — вторичный заряд; 5 —
воспламенительная головка; 6 — мостик накаливания; 7 —пластмассовая пробка;
8 — выводные провода
накольный состав, содержащий инициирующее и бризантное В В
Удар бойка по капсюлю вызывает взрыв накольного состава.
Электродетонаторы (ЭД). Используются для воз-
буждения детонации ВВ. Подразделяются они на два типа —
мгновенного и замедленного действия.
Электродетонатор мгновенного действия представляет собой
капсюль-детонатор со вставленным и закрепленным в его гильзе
электровоспламенителем, содержащим воспламенительную го-
ловку, мостик накаливания и выводные провода. Крепление
мостика может быть эластичным (ЭД-8-Э) или жестким (ЭД-8-Ж).
При эластичном креплении мостика ставят выводные провода
из медной жилы, так как стальные провода вследствие большой
упругости разрывают мостик. На рис. 32 показан электродето-
натор сейсмический (ЭДС) мгновенного действия с эластичным
креплением мостика, работающий по следующей схеме. При
включении тока мостик накаливания электровоспламенителя на-
гревается. Нанесенная на него «капля» пиротехнического со-
става воспламеняется и дает луч огня, вызывающий взрыв ини~
циирующего состава, в свою очередь возбуждающий детонацию
вторичного заряда КД. Взрыв последнего служит импульсом для
детонации заряда бризантного ВВ.
Электродетонаторы, так же как и электровоспламенители,
характеризуются следующими основными электрическими пара-
метрами: сопротивлением, безопасным током и импульсом вос-
пламенения. Кроме того, для них имеют значение время пере-
дачи и время срабатывания.
79
Сопротивление ЭД гЭд складывается из электрических со-
противлений мостика и выводных проводников и является основ-
ным критерием для проверки исправности каждого ЭД.
Безопасный ток 1б — максимальное значение постоянного
тока, который, протекая через ЭД в течение 5 мин, не вызовет
его воспламенения. Величина безопасного тока в основном за-
висит от диаметра нити накаливания мостика и для большинства
ЭД равна 0,15—0,18 А. Это позволяет безопасно проверять
целостность цепи при помощи специальных электроизмеритель-
ных и контрольных приборов (обязательно
допущенных для этой цели Госгортехнадзо-
ром СССР), дающих в цепь ток не более 50 мА.
Импульс воспламенения	— наименьшее
значение импульса тока, при котором про-
исходит воспламенение ЭД.
Время передачи 9 — время от момента
воспламенения ЭВ до момента выхода луча
огня из его головки, а у ЭД мгновенного дейст-
вия — до взрыва ЭД. Эта величина имеет суще-
ственное значение при групповом взрывании.
Время срабатывания т — время от момента
включения тока до момента взрыва ЭД.
Для взрывания при сейсмической раз-
ведке выпускаются электродетонаторы сей-
смические — ЭДС мгновенного действия (см.
рис. 32). Они имеют хорошую герметизацию
и повышенную водонепроницаемость.
Параметры ЭДС: сопротивление 1,5—3 Ом,
безопасный ток — 0,15 А, постоянный ток для
надежного воспламенения одиночных ЭД —
0,7 А.
Для нефтяных и газовых скважин с высо-
кой температурой на забое выпускают специ-
остойкпе электродетонаторы
(ТЭД) с термостойкостью 165—270 °C. На рис. 33 показано
устройство ТЭД-270.
Для работ в горной промышленности применяются электро-
детонаторы замедленного действия (ЭДЗД) с замедлением 0,5 —
10 с и короткозамедленного действия (ЭДКЗ) с замедлением
15—250 мс.
Взрывные патроны. Наиболее распространенная кон-
струкция ЭД с дополнительной шашкой бризантного ВВ, за-
ключенных в металлический или пластмассовый корпус. Для
прострелочно-взрывных работ в скважинах используются взрыв-
ные патроны ПВ-ПД, ПВГ-4, ПВГУ-4 (рис. 34), ПВГУ 250/1500
и др. Герметичный усиленный взрывной патрон ПВГУ-4 исполь-
зуется в кумулятивных ленточных перфораторах и в шашечных
торпедах, где применяется для возбуждения детонации ДШ
80
Рис. 33. Термо-
стойкий электроде-
тонатор ТЭД-270.
1 — колпачок; 2 —
чашечка; 3 —мостик;
4 — воспламенитель-
ный состав; 5 — пер-
вичный заряд; 6 —
вторичный заряд;
7 — колодочка; 8 —
провод
альные т е d м
г---Ф19
Рис. 34. Взрывной
патрон ПВГУ-4.
1 — корпус; 2 — шашка
бризантного В В; 3 —•
ТЭД-2; 4—6 — гермети-
зирующие детали
в жидкой среде. Патрон содержит электродетонатор ТЭД и шашку
бризантного ВВ для усиления инициирующего действия. Патрон
пригоден для работы при давлении до 500—600 кгс/см2. Он мо-
жет быть применен для проведения научно-исследовательских
взрывов на океанических глубинах и для других целей.
Детонирующий шнур (Д Ш)
состоит из сердцевины (бризантного ВВ) и
гибкой оболочки. Он служит для передачи
детонации зарядам ВВ на расстояние. При-
меняется в сейсмической разведке для одно-
временного или последовательного взрыва-
ния при группировании зарядов, в торпедах
типа ТДШ (см. гл. VII), а также как само-
стоятельный линейный заряд в сейсмической
разведке (см. гл. VI).
Наиболее широкое применение имеет
детонирующий шнур с сердцевиной из кри-
сталлического 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 бух-
тах по 50 м. Имеются три марки тэнового
ДШ — ДШ-А, ДШ-Б и ДШ-В (водоустой-
чивый), отличающиеся главным образом
оболочкой. Оболочка шнура марок ДШ-А и
ДШ-Б по второй и третьей оплеткам из хлоп-
чатобумажных ниток пропитана водоизоли-
рующей мастикой, у шнура марки ДШ-В
' оболочка по третьей оплетке покрыта по-
лихлорвиниловым 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 ДШ-В при герме-
тизации его концов резиновыми колпач-
ками сохраняет детонационную способность в течение не-
скольких часов в воде, глинистом растворе и нефти на глу-
бине 2000—2500 м. Согласно техническим условиям шнуры
марок ДШ-А и ДШ-Б должны сохранять способность к дето-
нации при нагревании в течение 6 ч до температуры 50 °C и ох-
лаждении в течение 2 ч до —28 °C, ДШ-В — соответственно до
температуры 55 °C и —35 °C. Работы в скважинах показали,
что шнур ДШ-В не теряет способность детонировать при темпе-
ратуре до 100 °C.
Тэновый шнур детонирует от ЭД № 8. Однако при неправиль-
ном креплении — привязывании отрезка к основной магистрали
- по направлению, обратному движению детонационной волны,
6 Заказ 41 9
81
или при изгибе шнура под острым углом шнуры могут давать
отказы.
Детонирующий шнур можно резать острым ножом на дере-
вянной подкладке. Во время резки шнура бухта должна нахо-
диться на расстоянии не менее 10 м и на
этом участке необходимо делать петлю.
При случайном возникновении детонации
такая петля локализует ее распространение
по шнуру.
Детонирующий шнур усиленный (ДШУ)
содержит сердцевину из гексогена с увели-
ченным количеством ВВ (33 и 60 г на 1 м)
и обладает повышенным инициирующим
действием. Может применяться в Жидкой
среде при температуре не более 100 °C и
давлении до 500 кгс/см2 при условии гер-
метизации концов.
Детонирующие шнуры термостойкие
(ДШТ-165, ДШТ-180,	ДШТ-200) имеют
сердцевину из термостойких бризантных
ВВ (гексоген, октоген) — 20 г на 1 м.
Предназначены для работ в воздушной среде
с температурой не выше 165 °C (ДШТ-165),
180 °C (ДШТ-180) и 200 °C (ДШТ-200).
Для замедления взрыва ДШ выпускается
пиротехническое реле КЗДШ с замедле-
ниями 10—50 мс. Реле включают в искус-
ственно созданный разрыв сети ДШ путем
соединения отрезков ДШ из реле с концами
сети ДШ в месте разрыва.
Таблица 10
Рпс. 35. Схема сое-
динения шашки
ПТ-150 с петлей де-
тонирующего шнура.
1 — шашка; 2 — детони-
рующий шнур; 3, 4 —
бумажная оболочка; 5 —
капсюль-детонатор; 6 —
шпагат
Характеристика шашек-детонаторов
Индекс шашки	Тип взрыв- чатого ве- щества	Масса шаш- ки, г	Номинальные разме- ры шашки, мм			Диаметр от- верстий, мм	Рекомендуются для инициирования
			диа- метр	длина	в ысота		
Т-400 '	Тротил	400	70	70		14	Сухих и влаж-
Ш-200	»	200	51	101	26	7,7—8,2 *	ных зарядов игда-
Ш-400	»	400	51	101	51	7,8—8,2 *	нита, гранулитов, зерногранулитов и других ВВ
ТГ-500	Тротил- гексоген	500	70	83	—	14	Обводненных за- рядов гранулото-
Тет-150	Тетрил	150	50	50	—	6	ла, алюмотола, зер-
ПТ-150	Пенто- лит	150	50	50	—	6	ногранутолитов и водонаполненных акватолов
* Глубина гнезда 34 —38 мм (может быть до 60 мм).
82
Шашки-детонаторы. Предназначены для исполь-
зования в качестве промежуточных детонаторов для надежного
возбуждения, детонации зарядов ВВ, недостаточно чувствитель-
ных к капсюлю-детонатору и детонирующему шнуру. Они разли-
чаются по массе, форме и ВВ, из которых изготовлены (табл. 10).
Шашки Тет-150 имеют канал под одну нитку ДШ, литые
шашки ПТ-150 содержат два параллельных сквозных отверстия
для быстрого соединения их с ДШ в виде петли (рис. 35).
В шашках Т-400 и ТГ-500 есть сквозной центральный канал для
пучка четырех ниток ДШ. Наиболее дешевые
прямоугольные прессованные шашки Ш-200
и Ш-400 выпускают без отверстий, но по за-
казу потребителя их делают с гнездом под кап-
сюль-детонатор.
§ 6. Изготовление зарядов
из взрывчатых веществ
Для выполнения взрывных и прострелоч-
ных работ в геофизике используют главным об-
разом литые или прессованные заряды, реже —
патронированные и насыпные.
Литые заряды применяют в торпедах при
сейсмических исследованиях, прессованные —
для возбуждения детонации литых зарядов
при сейсморазведке, в кумулятивных пер-
Рис. 36. Литой тро-
тиловый заряд
Л3-2,6.
1 — литой тротил;
2 — прессованная

фораторах, в шашечных торпедах и т. д., нОаГоКдаетонРа°торТ?’™-
насыпные — в сейсморазведке, например при гнездо под электро-
детонатор
использовании пироксилиновых порохов для
работ методом преломленных волн (МПВ).
Изготовление литых зарядов осуществляется в заводских
условиях. Из большого числа известных ВВ лишь немногие об-
ладают физико-химическими свойствами, обеспечивающими до-
статочную безопасность в процессе плавки. Наиболее подходя-
щими являются тротил и некоторые сплавы на его основе, на-
пример ТГ. Литой заряд хорошего качества характеризуется
монолитностью, мелкокристаллической структурой, высокой плот-
ностью и отсутствием раковин, трещин и т. п.
Для сейсморазведочных работ выпускают литые заряды тро-
тила двух- видов: ЛЗ-20 — сплошные цилиндрические диамет-
ром 210—220 мм и массой 20 кг и ЛЗ-2,6 массой 2,6 кг с цент-
ральным каналом диаметром 20 мм и прессованной 75-граммовой
шашкой, имеющей гнездо под электродетонатор (рис. 36).
Прессование зарядов выполняется на заводах. Прессуемость
ВВ неодинакова. Сравнительно легко прессуется тротил. Способ-
ность ВВ к прессованию зависит не только от их природы, но и от
некоторых других факторов, например от формы и размеров крис-
таллов. Для улучшения прессуемости к некоторым термостойким
6*
83
ВВ производят специальные добавки — пластификаторы, кото-
рые одновременно могут служить флегматизаторами.
Плотность прессованного ВВ зависит от давления, при ко-
тором производилось прессование, а также от размеров (диа-
метра, высоты) и формы прессуемого изделия. С повышением да-
вления прессования плотность прессованного изделия повы-
шается, однако лишь до определенного предела. При увеличении
отношения высоты заряда к его диаметру заряд получается неод-
нородным по плотности. Наиболее плотная часть находится у по-
верхности, к которой было приложено давление.
Удельное давление прессования ВВ колеблется обычно в пре-
делах 1200—1600 кгс/см2. Средняя плотность прессованных за-
рядов 1,55—1,65 г/см3. Прессованный заряд не должен иметь
трещин и сколов по краям. Для кумулятивных зарядов особенно
важна равномерная и высокая плотность. Качество прессования
кумулятивных зарядов проверяют путем выборочного отстрела
зарядов на мишенях по глубине пробития и диаметру получа-
емого отверстия.
Патронирование — расфасовка ВВ в патроны производится
насыпанием их с утряской или набивкой, а также шнекованием.
В патронированном виде выпускают все нитроэфирные и гексо-
генсодержащие аммиачно-селитренные ВВ (детониты, скальные
аммонит и аммонал), отличающиеся повышенной чувствитель-
ностью, а также все предохранительные ВВ.
Большинство непредохранительных аммиачно-селитренных
ВВ выпускают в патронах диаметром 32 мм и массой 200г, апо
заказу потребителя — диаметром 60 мм, массой 1,5 кг и выше.
Взрывчатые вещества с повышенной детонационной способностью
(детониты, скальные аммонит и аммонал) выпускают также в пат-
ронах малых диаметров (24—28 мм).
Взрывчатые вещества, не содержащие нитроэфиров или дру-
гих жидких компонентов, патронируют в гильзы из обычной
бумаги, нитроэфирные ВВ, а также водонаполненные акваниты —
в подпергаментную бумагу или парафинированную патронную
бумагу.
В ряде стран для сейсморазведочных работ выпускают спе-
циальные свинчивающиеся заряды, снабженные оболочкой с внут-
ренней и наружной резьбой на концах, что позволяет быстро
собирать заряды нужных длины, диаметра и состава с заданным
изменением взрывных характеристик вдоль собранного заряда.
Глава III
УДАРНЫЕ ВОЛНЫ II ДЕЙСТВИЕ ВЗРЫВА
В РАЗЛИЧНЫХ СРЕДАХ
§ 1. Характеристика ударных воли
Основные свойства и механизм образования ударных волн
Ударные волны возникают при взрывах практически в любых
средах и передают действие взрыва на расстояния, во много
раз больше тех, на которых на объект могут действовать продукты
взрыва.
При взрыве заряда ВВ газообразные продукты взрыва, на-
ходящиеся под давлением порядка десятков и даже сотен тысяч
атмосфер, расширяются, сжимая и раздвигая окружающую
среду (воздух, воду, грунт и т. п.) и частично перемешиваясь
с ней. Развитие процесса взрыва в среде схематически показано
на рис. 37. После прохождения детонационной волны АЛ у по
заряду ВВ (пунктиром обозначена продетонировавшая часть
заряда) начинается расширение продуктов детонации. Зона рас-
ширяющихся продуктов в данный момент времени ограничена
кривой СААг С1, фронт ударной волны, возбужденной взры-
вом, — В А и А1В1. Скорость детонации D связана со скоростями
Ударной волны Dv и расширения продуктов соотношением
D >> D v > D2, причем значения Вг и D2 падают по мере уда-
ления от фронта детонации ААг.
Схему образования ударной волны проще всего рассмотреть
на модели, использованной для вывода основных уравнений
гидродинамической теории детонации (см. гл. I, § 5).
По заполненной воздухом весьма длинной трубе со скоро-
стью движется поршень. Прилегающий к поршню воздух,
естественно, перемещается с той же скоростью и1г а по трубе
со скоростью Dr > иг распространяется ударная волна, на
фронте которой давление, плотность и температура изменяются
скачком от р0, р0, Тд (в невозмущепном воздухе) до некоторых
величин рг, р1; сохраняющих постоянное значение за
Фронтом.
85
Допустим, что движение поршня ускоряется скачками от
нуля до ut, затем до и2 и, наконец, до и3. В. этом случае давле-
ния в ударной волне будут распределяться по длине трубы
так, как показано на рис. 38, а, где каждая ступенька давле-
ния соответствует скачку скорости поршня. Скорость распростра-
нения каждой последующей ступеньки давления будет больше
Рпс. 37. Схема развития про-
цесса взрыва в среде
Рпс. 38. Распределение давлений ударной
волны по длине трубы при ускорении
поршня скачками
как каждая последующая ступенька
сжатому и разогретому предыдущей
D2 > D
Рис. 39. Схема изменения фронта
ударной волны с расстоянием при
плавном ускорении поршня
скорости предыдущей, так
перемещается по воздуху,
ступенькой (ступеньками). Таким образом, D3 > D2 > Dlt по-
этому задние ступеньки давления будут догонять передние
(рис. 38, б) и в итоге сольются в одну ударную волну (рис. 38, в).
Допустим теперь, что движение поршня ускоряется равномерно.
Фронт образовавшейся в этом
случае ударной волны будет
иметь иной вид (рис. 39, а).
В соответствии с изложенным
выше скорость распространения
____ возмущений в гребне волны Dv
А будет больше, чем в основании
волны Посн, крутизна фронта
волны увеличивается (рис. 39,6)
до тех пор, пока не приобретет
характер ступеньки
39, в).
Следовательно, волна сжатия, вызывающая заметный
грев среды, может устойчиво существовать только в форме
.ной волны со скачкообразным изменением давления во фронте;
фронт с плавным нарастанием давления неустойчив и быстро
превращается в скачкообразный.
Предположим, что двигавшийся равномерно поршень резко
остановился. За время своего движения он сообщил воздуху,
находившемуся в трубе, определенное количество энергии, за
счет которой воздух, прилегавший к поршню, продолжит дви-
(рис.
разо-
УДар-
86
я;енпе и после остановки поршня. В результате вблизи поршня
образуется разреженное пространство и вслед за ударной вол-
ной пойдет волна разрежения, которая, двигаясь по сжатому и
разогретому воздуху, будет нагонять фронт ударной волны.
Через малый промежуток времени образовавшаяся в описанном
случае волна будет иметь вид типичной ударной волны. Кривая
изменения давления во времени при прохождении ударной волны
через некоторую точку пространства показана на рис. 40. В мо-
мент прихода волны в эту точку давление в прилегающей к ней
области скачком увеличи-
вается от р0 (в невозмущен-
ной среде) до рг (во фронте
ударной волны). За фронтом
давление быстро падает и
через время £сж (время дей-
ствия фазы сжатия) после
прихода волны в рассматри-
ваемую точку оказывается
меньше р0 — фаза сжатия
сменяется фазой разрежения.
В момент прихода удар-
ной волны в некоторую точку
среда, прилегающая к этой
точке, начинает двигаться
Рис. 40. Схема изменения давления во
времени при прохождении ударной
со скоростью ив направле-
нии распространения этой
волны. Характер изменения
и (t) схож с характером из-
менения р (£). В фазе сжатия
среда движется
волны через некоторую точку про-
странства.
1 — фаза сжатия; 2 — фаза разрежения (при
взрывах в плотных средах — фаза разгрузки
или растяжения)
в сторону перемещения ударной волны, в фазе
разрежения — в обратном направлении, но с несколько мень-
шей скоростью. В итоге происходит некоторое перемещение среды
в направлении движения волны. Фронт ударной волны распро-
страняется со сверхзвуковой скоростью (D > с0), а ее хвостовая
часть, где р -> р0, движется со скоростью, близкой к скорости
звука с0 в невозмущенной среде, поэтому по мере движения
ударная волна растягивается во времени. Давление во фронте
Ударной волны pj, скорость перемещения фронта D и скорость
потока среды и не являются постоянными. При удалении ударной
волны от очага взрыва они уменьшаются, и на достаточно боль-
ших расстояниях D приближается к с0, а и— к нулю, т. е. удар-
ная волна вырождаестя в акустическую (упругую). Слабая удар-
ная волна отличается от сильной акустической сверхзвуковой
скоростью распространения фронта и конечным перемещением
среды в направлении движения волны; эти различия, однако,
далеко не всегда удается выявить экспериментально.
При взрыве заряда ВВ роль трехмерного поршня играют
газообразные продукты взрыва, сжатые до высокого давления
87
и двигающиеся от центра взрыва к периферии. В начальный
момент продукты имеют наибольшую скорость разлета. По мере рас-
ширения продуктов скорость их движения постепенно уменьшается
до пуля, после чего они несколько перемещаются в обратном
направлении.
В начале настоящего параграфа ударная волна была опре-
делена как область сжатия, хотя в действительности она содержит
две фазы — сжатия и разрежения. Дело в том, что действие удар-
ной волны определяется фазой сжатия. Действие фазы разре-
жения обычно несущественно, поэтому не учитывается, за исклю-
чением некоторых частных эффектов.
Факторы, определяющие действие ударных волн.
Законы подобия
Для оценки действия ударной волны необходимо знать харак-
тер нагрузки и параметры системы, на которую эта нагрузка
действует. Характер нагрузки обычно описывается функцией
изменения давления ударной волны во времени р (t) в пределах
от 0 до ic>K. Однако во многих частных случаях действие ударной
волны с достаточной степенью точности определяется либо зна-
чением избыточного давления ^рг = рг — рп на ее фронте, либо
величиной удельного импульса фазы сжатия
I — \	(£) dt,
о
Характер воздействия ударной волны на заданную систему
зависит от соотношения между временем действия фазы сжатия
£сж 11 временем релаксации системы т, а для упругих систем —
периодом собственных колебаний Т.
Если tc>K Д> т, то действие ударной волны определяется
величиной избыточного давления на ее фронте, так как в этом
случае система будет деформирована за такой промежуток вре-
мени (порядка (1/4—1/3)т), в течение которого давление во фронте
не успеет существенно упасть. Если, напротив, tcx. <// т, то
давление за фронтом волны снижается за столь малый проме-
жуток времени, что система практически не успеет деформиро-
ваться и дальнейшие деформации ее будут определяться при-
обретенным ею количеством движения, а следовательно, удель-
ным импульсом ударной волны.
Допущение об импульсном характере действия ударной волны
является приемлемым для t+ sg 0,25 т. Статический характер
действия ударной волны имеет место в случае t+ 10 т. Если
1СЖ одного порядка с т, то характер действия ударной волны на
систему будет промежуточным между импульсным и стати-
ческим. Тогда действие ударной волны на систему определяется
88
некоторой головной частью удельного импульса, и для оценки
действия взрыва нужно знать всю функцию Ap(i).
Огромное значение для оценки параметров ударных волн и
их действия имеет закон подобия при взрывах, позволяющий
сравнивать характеристики ударных волн, возбужденных взры-
вами зарядов разной массы, состоящих из разных ВВ, и даже
взрывами различной природы.
Сущность закона подобия сводится к тому, что параметры
ударной волны останутся неизменными, если шкалы длины и
времени изменить во столько же раз, во сколько изменяются
размеры заряда. Наиболее просто формулируется геометрический
закон подобия, согласно которому расстояние	где при
взрыве в ударной волне регистрируется некоторое избыточное
давление Лр15 пропорционально радиусу заряда г0:
R^Pt)=--air0.	(III.1)
Следовательно, если при взрыве заряда радиусом г01 неко-
торое избыточное давление Арх регистрируется на расстоянии
Rt от центра взрыва, то при взрыве заряда радиусом г02 то же
самое давление Арх будет иметь место на расстоянии R2, удо-
влетворяющем условию
R\l R^, —го11гоч,->	(III.2)
а избыточное давление ударной волны Арх является одно-
значной функцией отношения радиуса заряда г0 к расстоянию
от центра взрыва до ючки наблюдения R:
Ар^АЫ/?).	(П1.3)
Закон подобия в такой форме имеет весьма узкое примене-
ние, ограниченное зарядами из одного и того же ВВ, одинаковой
формы и плотности. Более широкую область применения он
приобретает, если вместо радиуса заряда используется корень
кубический из его массы G. Это обобщенный геометрический
закон подобия. Согласно этому закону выражения (III.1) —
(III.3) выглядят так:
/?(дР1) = а2ТЛС;	(Ш.4)
;	(Ш-5)
Л 2	' ^2
/ 3 А1 \
=	(I1I.6)
Легко видеть, что при заданных плотности и форме заряда
величина -j/G определяет и его линейные размеры. Величину
R = R/y/~G называют приведенным расстоянием.
Согласно выражениям (III.4) и (III.6) избыточное давление Арх
является однозначной функцией R. При вычислениях R и при
89
расчетах по формулам (III.1) — (III.6) значение II нужно брать
в м, a G — в кг.
Обобщенный геометрический закон подобия можно применять
более широко, в частности для зарядов различной плотности
(но лишь для некоторых из них, так как у многих ВВ с измене-
нием плотности меняется и удельная теплота взрыва). -Закон
подобия в такой форме нельзя применять для сравнения взрывов
зарядов из ВВ с различной удельной теплотой взрыва q. Дей-
ствительно, энергия ударной волны определяется не массой
заряда G, а выделившейся при взрыве энергией Е = Gq, поэтому
в общем случае вместо отношенияG/В в формуле (III.6) следует
применять ]/"EjR. Следовательно, в наиболее общем виде
ДР1 = /3(^//?).	(III.7)
Это энергетический закон подобия. Для применения обоб-
щенного геометрического закона в энергетической форме следует
вместо массы заряда G использовать его тротиловый
эквивалент Сэкв, т. е. массу такого заряда тротила, при
взрыве которого выделяется та же энергия, что и при взрыве
заряда массой G.
Величина
г Gq
где q — удельная теплота взрыва ВВ, из которого состоит дан-
ный заряд данной массы G; </тнт — удельная теплота взрыва
тротила; обычно берут длит = 1000 ккал/кг, что соответствует
тротилу высокой плотности.
При применении законов подобия необходимо иметь в виду
следующее: если размеры заряда изменены в п раз, длительность
действия фазы сжатия также изменится в п раз, поэтому время
действия фазы сжатия <сж при использовании соответствующих
форм законов подобия выразится так:
f —rF ( r° 'l •
1	о 1 ( R ) >
(Ш.8)
Время действия фазы сжатия iCJK и избыточное давление Др
как функциональные параметры входят в значение импульса
ударной волны, поэтому величина удельного импульса I в соот-
ветствии с обобщенным геометрическим законом подобия, а при
использовании Сэкв — в соответствии с энергетическим законом
определяется как
т 3 /~~г~	( G \
7 = у G
(III.9)
90
В последующих разделах будут приведены некоторые экспе-
риментальные результаты по определению вида функций /, F, q>.
Необходимо иметь в виду, что существуют некоторые условия
правильного использования закона подобия. Прежде всего, сле-
дует сравнивать подобные по форме заряды или по крайней мере
заряды близкой формы. Более того, для зарядов, отличающихся
по форме от сферы, параметры ударных волн надо сравнивать
только по одинаковым направлениям. Ниже отсутствие указа-
ний о направлении будет означать, что имеются в виду взрывы
зарядов, по форме близких к сфере, или ударная волна рас-
сматривается на таких больших расстояниях, что и несфери-
ческий заряд создает там практически сферическую волну.
Действительно, при взрыве сферического заряда с иници-
ированием в центре поле ударной волны будет обладать цент-
ральной симметрией. Если заряды по форме отличаются от сферы,
поверхность ударной волны не является сферической, интенсив-
ность ее зависит от направления от центра заряда к точке наблю-
дения, а также от места точки инициирования взрыва. Это объ-
ясняется тем, что в начальный момент времени продукты взрыва
разлетаются по направлениям, близким к перпендикулярам
к поверхности заряда (см. гл. I). Кроме того, наибольшая интен-
сивность ударных волн наблюдается в направлениях, перпенди-
кулярных поверхностям заряда, которые имеют наименьший ра-
диус кривизны, а в случае граней с одинаковым радиусом кри-
визны — в направлениях, перпендикулярных наибольшим по пло-
щади поверхности граням заряда. В самом деле, чем больше
площадь грани заряда, тем большее количество продуктов взрыва
J летит в перпендикулярном этой грани направлении, тем силь-
нее их поршневое действие, тем интенсивнее ударная волна,
распространяющаяся в этом направлении. Асимметрия в поле
ударной волны, обусловленная формой заряда, особенно суще-
ственная вблизи очага взрыва, иногда заметна и на больших рас-
стояниях — порядка 5 [G.
При применении законов подобия в отдельных случаях сле-
дует учитывать величину химических потерь (см. гл. I), связан-
ных с разбросом непрореагировавшего периферийного слоя ВВ.
Как уже отмечалось, оболочка снижает критический диаметр,
а следовательно, и толщину разлетающегося слоя. При взрывах
зарядов в плотной среде (вода, грунт) последняя играет роль
массивной оболочки, поэтому химические потери невелики. При
взрывах в воздухе химические потери могут быть значительны,
особенно для малых зарядов и для зарядов из ВВ с большим
.критическим диаметром детонации [см. формулу (1.28)].
§	2. Воздушные взрывы
При взрыве в воздухе продукты взрыва движутся вслед за удар -
ной волной, «подпитывая» ее, и отрываются от нее на расстоянии
Ю—14 радиусов заряда г0. После этого характер распространения
91
ударной волны определяется только запасом энергии, передан-
ным ей продуктами взрыва в процессе их расширения.
В момент отрыва ударной волны от продуктов взрыва интенсив-
ность ее достаточно велика: избыточное давление на ее фронте
= 15 -=-20 кгс/см2, скорость распространения фронта D =
= 1100 -=-1400 м/с, скорость потока воздуха за фронтом иг =
— 900 -=-1100 м/с. Тем не менее при воздушных взрывах на рас-
стояниях меньше 10 г0 действие взрыва на преграду опреде-
ляется в основном продуктами взрыва, так как они имеют значи-
тельно большую, чем воздух в ударной волне, плотность и ско-
рость движения, сравнимую со скоростью ударной волны.
На основании анализа многочисленных экспериментальных
данных М. А. Садовский вывел следующие формулы для вычи-
сления параметров воздушной ударной волны (после отрыва ее
от продуктов взрыва).
Избыточное давление на фронте волны Арн (в кгс/см2) для
приведенных расстояний 1	15 определяется как
.	0.84 , 2.7 , 7,0
Арв = -^-4-—-----
Л 7?а	7?3
(ШЛО)
Время действия фазы сжатия (в с)
fc;K = l,5 |/fT/]f. ю-з.	(III.И)
В форме закона подобия (III.8) 7СЖ может быть выражено как
7c»=l,51/^-3^p-l(H;
Изменение давления во времени р (Z) в фазе сжатия может быть
описано как
Р (0 = Pi (1 - 77) ехр(-*/гсж).	(III.12)
Величина удельного импульса фазы сжатия I (в кгс-с/м2)
для R > 0,5 определяется соотношением
7 = 35-^-.	(III.13)
Как видно, формулы (III.10) — (III.13) подчиняются обобщен-
ному геометрическому закону подобия.
Указанные формулы справедливы для взрывов в неограничен-
ном воздушном пространстве. Следует иметь в виду, что при
взрывах зарядов на поверхности грунта или на расстояниях
в несколько г0 от нее поверхность грунта можно считать абсо-
лютно жесткой преградой, так как плотность грунта на три по-
рядка больше плотности воздуха, поэтому грунт отражает в воз-
дух практически всю энергию взрыва (за исключением несколь-
ких процентов).
92
При взрыве заряда, достаточно далеко удаленного от поверх-
ности земли и других преград, энергия взрыва распространяется
в неограниченном пространстве, а при взрыве заряда на поверх-
ности земли практически та же энергия распространяется в полу-
пространстве. Следовательно, взрыв заряда на поверхности по
параметрам ударной волны эквивалентен взрыву вдвое большего
заряда в неограниченном пространстве воздуха. Учитывая этот
факт и вместо G подставив 2G, из формул (III.10), (III.И) и
(III.12) получим для определения параметров воздушной удар-
ной волны наземного взрыва соотношения
+	(III.14)
R R2 R*
^сЖ,н = 1-7>Л^//Г-10-3;	(Ш.15)
7Н = 54-^.	(III.16)
Усиление параметров ударной волны при взрыве вблизи поверх-
ности, более жесткой, чем окружающая заряд среда, имеет место
и при взрывах в воде и грунтах.
Зная избыточное давление во фронте ударной волны и при-
нимая для невозмущенного воздуха р0 = 1,0332 кгс/см2; р0 =
= 1,225 кг/м3 и с0 = 340 м/с, из основных уравнений гидродина-
мической теории (гл. I, § 5), получим для скорости фронта удар-
ной волны D (в м/с) скорости потока воздуха за фронтом их
(в м/с) и плотности воздуха во фронте (в кг/м3) следующие
выражения:
Р = 340/1 +0,83 ДЛ ;
..	235 Др1
1 V1 +0,83 ЬР1 '
Pi = 1,225
6 ДД1 + 7.2
Дд1~-72
(III.17)
(III.18)
(III.19)
Допустим теперь, что воздушная ударная волна с избыточным
давлением Дрх падает на жесткую неподвижную преграду, причем
направление распространения волны перпендикулярно к преграде.
При столкновении ударной волны с преградой ее передний слой
затормозится, скорость воздушного потока этого слоя станет
равной нулю. За счет торможения произойдет дополнительное
повышение давления у преграды. В следующий момент очеред-
ной слой волны, натолкнувшийся на уже остановившийся слой,
затормозится сам. Торможение будет последовательно охватывать
слой за слоем, и по падающей на преграду волне в направлении,
противоположном ее движению, пойдет волна дополнительного
сжатия, называемая отраженной.
93
Избыточное давление на преграде при отражении ударной
волны Аротр составит
^„p-.2Aa + ^L.	(Ш.20)
Таким образом, законы упругости справедливы лишь для
весьма слабых волн с Арх
тив, если Рх р0> т0 Аротр^-8Ар1.
0; тогда Аротр = 2Арх; напро-
Столь существенное повы-
шение давления обусло-
влено торможением на
преграде потока воздуха,
движущегося вслед за
ударной волной.
Рассмотрим теперь слу-
чай падения ударной волны
1
Z0
Вг
О 0,2 /7,4 0,6
Рис. 41. Схема отражения ударной волны
при падении се на преграду под углом
Рис. 42. Области регулярного
(/) и нерегулярного (II) отра-
жений ударной волны
на преграду под углом. Пусть взрыв происходит в точке О1 (рис. 41).
При малых углах падения фх на поверхность МгМ2 падающая
ударная волна ПВ образует отраженную ОБ (точки А и В). Если
интенсивность падающей волны мала, то отраженная волна как
бы распространяется из точки О2, являющейся зеркальным отобра-
жением точки взрыва Ог. С увеличением угла фх угол между
фронтами падающей и отраженной волн уменьшается. Отражен-
ная волна движется по воздуху, сжатому и разогретому падающей
волной, поэтому ее фронт распространяется со скоростью, большей
скорости фронта падающей волны. При некотором угле ср* часть
фронта отраженной волны догонит падающую волну и, слившись
с ней, образует так называемую головную волну ГВ (точки С
и D на рис. 41). С ростом угла ф область головной волны увели-
чивается. Отражение при углах ф > ф*, когда образуется го-
ловная волна, называют нерегулярным. Предельный
угол ф* в зависимости от массы заряда G и высоты его подвеса
h может быть определен по кривой рис. 42.
z 94
До значения ф = 20° давление при отражении близко к да-
влению ротр, определяемому формулой (III.20). При дальней-
шем увеличении угла ф давление быстро падает. Однако в об-
ласти регулярного отражения при Apj гс 3 кгс/см2 давление
в отраженной волне с достаточной степенью точности можно
найти по формуле (III.20) для
о =_h________1_
<Р VG cos Ф
Избыточное давление в головной волне в области ср* sg ф 90°
определяется формулой
Дрф = Др'(1 + cos ф),	(III.21)
где Др' — избыточное давление при наземном взрыве, рассчи-
танное согласно (III.14) при R = R'[^~G, где R' = h tg ф.
В зависимости от угла падения ударной волны импульс при
отражении определяется формулами:
= 54-4^-(1 +cosф)	(III.22)
для 0 ф 45°;
ц = 54 4Д (1 + cos2 ф)	(III.23)
ДЛЯ 45° sg ф 90°.
При помощи приведенных формул можно найти параметры
ударной волны, действующей при воздушном взрыве на грунт,
для самых различных практических случаев.
Изложенные выше общие закономерности, связанные с отра-
жением ударной волны от жесткой неподвижной преграды, спра-
ведливы и для взрывов в других средах. Следует иметь в виду,
однако, что в таких средах, как грунт и вода, скорость движения
среды за фронтом ударной волны во много раз меньше, чем при
взрывах в воздухе. В связи с этим эффект отражения при взры-
вах в плотных средах выражен заметно слабее, например давле-
ние при отражении возрастает не более чем в 3 раза по сравнению
с давлением в волне, падающей на преграду. Отклонения от
акустического поведения (удвоение давления при отражении)
при взрывах в воздухе заметны для ударных волн с Дрх =
= 0,1 кгс/см2, при взрывах в воде — для волн с Др! = 3000 кгс/см2.
Взаимодействие ударных волн, вызванных взрывами двух
или более отдельных зарядов, во многом подобно отражению
Ударной волны от жесткой неподвижной преграды. Когда фронты
падающих друг на друга волн в точке взаимодействия параллельны,
имеет место прямая аналогия. Характер взаимодействия при пере-
сечении фронтов волн определяется их интенсивностью.
95
На рис. 43 приведены схемы взаимодействия слабых и силь-
ных ударных волн; для простоты рассматриваются плоские
фронты. В случае слабых волн давление позади пересечения
фронтов ударных волн равно 2р1;, т. е. удвоенному давлению
в каждой ударной волне, причем границы этой области образуют
Рис. 43. Схема взаимодействия фронтов
слабых (а) п сильных (б) ударных волн
с линией 00 у (осью симме-
трии) такие же углы, как
и сами фронты до их пере-
сечения. Давление при
пересечении фронтов волн
с существенной амплиту-
дой распределяется иначе:
позади области пересече-
ния оно превышает 2рр,
фронты повышенного да-
вления наклонены к линии
00} круче, чем начальные
фронты, вблизи от линии
00 г между фронтами па-
дающих волн  образуется
«мостик» АВ (аналогично
зоне нерегулярного отражения). Указанные явления выражены
тем сильнее, чем больше сжимаемость среды и интенсивность
взаимодействующих ударных волн. Для оценки давлений при
взаимодействии ударных волн могут быть использованы формулы
(III.20)—(III.23).
§ 3. Подводные взрывы
Параметры ударных волн при взрыве конденсированных
взрывчатых веществ в воде
При подводном взрыве в момент выхода детонационной волны
на поверхность заряда в воде начинает распространяться ударная
волна. Вслед за ней движется граница раздела продукты дето-
нации — вода, и в воде образуется полеСть с ^газообразными про-
дуктами детонации.
При детонации заряда из прессаванного тротила в прилега-
ющем слое воды давление на фронте/ударной волны достигает
130 000 кгс/см2, плотность воды.,возрастает в 1,7 раза, а началь-
ная скорость перемещения фронта ударной волны составляет
5500 м/с. При таких давлениях сжимаемость воды приводит
к сильной диссипации энергии в ударной волне в ближней зоне
взрыва. По расчетам И. Г. Кирквуда и С. Р. Бринкли [3], в перво-
начальный момент энергия ударной волны составляет 53% энер-
гии, выделившейся при взрыве. После распространения на рас-
стояние 10 радиусов заряда в результате потерь на сжатие и
96
разогрев воды энергия ударной волны снижается до 32%, а на
расстояниях, превышающих 1000 радиусов заряда, — до 24%.
На расстоянии 10 радиусов заряда давление на фронте волны
при взрыве тротила снижается до 1150 кгс/см2. Радиус полости
с продуктами детонации к этому моменту увеличивается при-
мерно в 3 раза, а давление внутри полости падает до 100 4-
ч-150 кгс/см2.
Параметры ударной волны на расстоянии от 10 до 900 ради-
усов заряда удобно оценивать по эмпирическим зависимостям,
предложенным Р. Коулом.
Профиль ударной волны в первом приближении описывается
экспонентой:
Pt~ PiexP( — t/G").	(II 1.24)
Давление (в кгс/см2) на фронте ударной волны можно рас-
считать до формуле
A = 533(_L±_j	,	(III.25)
а постоянную времени экспоненциального убывания давления —
по формуле
/ 3,-77- \—0,24 „ t_
е = Р~-1	Vg io-4,	,	(ш.26)
. где G — масса заряда тротила (в кг) или (с меньшей точностью)
масса заряда в тротиловом эквиваленте; R — расстояние от
заряда до точки наблюдения (в м). Величина 0 определяет время,
в течение которого давление в волне падает в е раз.
При отражении от жесткой преграды величина удельного им-
пульса ударной волны (в кгс-с/м2) может быть оценена по при-
ближенной формуле
/?2/3
7=930-2—(III.27)
Плотность потока энр^гий ударной волны	на рас-
стоянии R
.	(III.28)
\ К }
Как видно из формулы (III.25), падение давления на фронте
сферической ударной волны с увеличением расстояния R проис-
* ходит несколько быстрее, чем у сферической акустической волны,
амплитуда которой об/атно пропорциональна пройденному рас-
стоянию R. Постоянная времени затухания давления в ударной
волне с увеличением расстояния от заряда возрастает пропорцио-
нально К0’24. Эти отклонения от законов распространения аку-
стических волн сохраняются по крайней мере до избыточного
Давления в волне порядка 1 кгс/см2.
На больших расстояниях от взрыва на профиль волны начинает
оказывать влияние поглощение высокочастотных составляющих
7 Заказ 419	97
спектра волны, которое обусловлено вязкостью и неоднород-
ностью реальной среды. Изменение скорости звука в воде
в зависимости от температуры, глубины и солености вызывает
искривление траекторий волн. В совокупности эти явления на
больших расстояниях от взрыва приводят к постепенному раз-
мыванию фронта ударной волны.
При прохождении плоской акустической волны через границу
раздела двух сред с разной акустической жесткостью роао и
Piai (где р — плотность среды, а — скорость звука) амплитуды
давления преломленной рпр и отраженной ротр волн опреде-
ляются следующими соотношениями:
(Ш.29)
(Ш.ЗО)
где р0 — амплитуда давления падающей волны в среде с акусти-
ческой жесткостью роао; а — угол падения волны.
Отношение акустических сопротивлений воды и воздуха со-
ставляет около 3400, а отношение скоростей звука 4,4, поэтому
при выходе ударной волны на свободную поверхность воды со-
гласно выражениям (III.29), (Ш.ЗО) амплитуда отраженной
волны ротр = —р0, а амплитуда преломленной волны пренеб-
режимо мала. Отраженная волна представляет собой волну раз-
режения, поскольку акустическая жесткость воздуха меньше, чем
воды. Хотя чистая дистиллированная вода способна выдерживать
значительные растягивающие усилия, в реальных условиях ее
поверхностный слой насыщен газовыми пузырьками и не выдер-
живает растягивающих усилий, превышающих атмосферное да-
вление. В связи с этим при отражении волны с амплитудой бо-
лее 1 кгс/см2 в поверхностных слоях возникают кавитационные
явления и амплитуда отраженной волны разрежения не пре-
вышает 1 кгс/см2.
При малых глубинах погружения заряда ВВ отраженная от
поверхности волна накладывается на фазу сжатия ударной волны.
В результате происходит вычитание волн, и длительность фазы
сжатия ударной волны, распространяющейся в направлении дна,
будет определяться глубиной погружения заряда. При взрывах
заряда вблизи от поверхности образуется купол, а на совсем
малых глубинах происходит прорыв газов с выбросом воды вверх.
При этом значительная часть энергии теряется вследствие выброса
воды и наложения на ударную волну волны разрежения. По-
добное размещение заряда на практике используется для пред-
отвращения пульсации продуктов детонации.
98
flpii достижении волной дна водоема образуются отраженная
и преломленная волны. Если заряд достаточно удален от дна,
оценить амплитуды волн можно при помощи выражений (III.29)
и (Ш.ЗО). При расположении заряда в непосредственной бли-
зости от дна параметры ударной волны в водном слое несколько
увеличиваются (на 10-4-30%).
Для примера определим параметры ударной волны в воде (plf У, Е)
на расстоянии R = 10 м от точки взрыва заряда тротила массой G = 10 кг.
Найдем также радиус зоны взрыва, опасной для рыб, если минимальное по-
ражающее давление на фронте волны составляет 10 кгс/см2.
В соответствии с формулой (III.25) величина давления во фронте ударной
волны = 533	кгс/см2.
Удельный импульс фазы сжатия подсчитываем по формуле (III.27)
Ю2/з
7 = 930—-2-— = 428 кгс-с/м2;
10
удельную энергию ударной волны — по формуле (II 1.28):
, _____________________/ VhTV-1
£1, = 100 у 10 I - у 0  I =10 кгс-см/см2.
Радпус зоны поражения определяем из выражения (III.25) при рх =
= 10 кгс/см2:
^(^у^з.з^Зм.
Если в задаче дано другое ВВ, ход решения не меняется, только вместо
массы заряда подставляется его тротиловый эквивалент, равный
где Еа — энергия взятого ВВ (ккал/кг).
С
J 1000’
Оставшаяся после излучения ударной волны энергия газооб-
разных продуктов детонации расходуется на радиальное движе-
ние полости. В большинстве случаев движение имеет сфериче-
скую симметрию. В начальный момент внутренняя энергия газов
преобразуется в кинетическую энергию сферического потока.
Из-за инерции потока воды расширяющаяся сферическая полость
радиусом г (рис. 44) пробегает положение равновесия г0 давле-
ний внутри и снаружи полости и в дальнейшем совершает не-
сколько затухающих колебаний (пульсаций) вокруг этого по-
ложения. При первом максимальном расширении полости да-
вление газов в ней оказывается в несколько раз меньше гидро-
статического на глубине взрыва. При первом же сжатии давление
в продуктах детонации снова повышается до 500 = 600 кгс/см2.
При сжатиях полости в воду излучаются волны давления. В за-
висимости от глубины погружения и величины заряда может
наблюдаться до 10 пульсаций.
По экспериментальным данным [3], после излучения удар-
ной волны в продуктах детонации остается 41% энергии взрыва,
после первой пульсации— 14%, а после второй — 7,6%, по-
этому при оценке акустического излучения чаще всего доста-
точно учитывать только первые две пульсации.
7*
99
Период каждой последующей пульсации меньше периода пре-
дыдущей пульсации. Период первой пульсации газовой полости
Tv в зависимости от массы заряда G (в кг) и глубины его по-
гружения h (в м) при взрыве вдали от граничных поверхностей
определяется зависимостью
р __ к G
' - (/г + 10,3)5/6
(III.31)
Для тротила коэффициент к равен 2,1.
Длительность фазы сжатия излучаемых при пульсации волн
значительно превышает длительность фазы сжатия ударной волны
и соответствует 10—20% пе-
риода пульсации. Максималь-
ная амплитуда второй волны,
излучаемой при первом сжатии
полости в ближайшей зоне,
1	Л
Рис. 44. Зависимость радиуса поло-
сти г от времени t и профиль
волны давления при подводном
взрыве конденсированного ВВ.
I — ударная волна; II — волна от пер-
вого сжатия полости с продуктами дето-
нации
Акустическая
значительно уступает ампли-
туде ударной волны, возбуж-
даемой непосредственно взры-
вом. Однако уменьшение во
второй волне потерь на сжатие
j и разогрев воды в ближней
зоне приводят к тому,что на
расстояниях свыше 500 радиу-
сов заряда амплитуда волны
составляет уже 20—30% от
давления на фронте ударной
волны. Удельный импульс вто-
рой волны близок по величине
к импульсу ударной волны.
13% энергии
энергия второй волны несет около
взрыва и сопоставима с энергией ударной волны, которая на
больших расстояниях от заряда составляет примерно 24%
энергии взрыва.
Во время пульсации полость с продуктами детонации всплы-
вает. Скорость ее всплытия неравномерна и достигает макси-
мального значения при сжатиях. В первом приближении пере-
мещением полости вверх АЛ в течение большей части периода
пульсации, когда ее размеры велики, можно пренебречь.
Эта величина за время первого сжатия при взрыве вдали от
граничных поверхностей оценивается выражением
АЛ = 13,2
£11/24
(10,34-7г)5/в ’
(III.32)
Следует отметить, что на пульсирующую полость вблизи
граничных поверхностей действуют дополнительные силы. При
расширении полости вблизи свободной поверхности эти силы
100
отталкивают ее от поверхности, а при сжатии полости прижимают
к поверхности. Вблизи жесткой граничной поверхности на-
правление действия сил изменяется на обратное. Эти эффекты
влияют на период пульсации и скорость всплытия полости, по-
этому зависимости (III.31) и (III.32) справедливы только при
взрыве вдали от граничных поверхностей.
Определил! период первой пульсации 1\, величину всплытия полости
за время первой пульсации Д/г, а также величины рхи 0 ударной волны па
расстоянии Я= 10 м от точки взрыва заряда тротила массой 0,05 кг в воде
на глубине h ~ 10 м.
В соответствии с формулой (III.31) находим период первой пульсации
= -2Д ’С/’у- = 0,063 с.
20,3s/6
Всплытие полости с продуктами детонации за время ее первого сжатия
A^Jj.2-005^^ = 0 ь
20 35/6
Давление во фронте ударной волны при R = 10 м
I 1/00Г V’13
pi = 533 (— — I =13 кгс/см2.
Постоянная времени ударной волны
° I 10
• 3/0,05 .10-1 = 8-10-5 с.
Акустическое излучение расширяющейся сферической полости при
малых начальных давлениях в ней
Взрыв газовых смесей, электрогидравлический разряд, вы-
хлоп сжатого воздуха и некоторые другие источники импульс-
ных акустических сигналов приводят к образованию в воде рас-
ширяющейся газовой полости с относительно небольшим началь-
ным избыточным давлением и скоростью расширения полости,
значительно меньшей скорости звука в воде.
При начальных давлениях газа внутри полости в несколько
сотен килограмм-сил на квадратный сантиметр сжимаемость
воды мало влияет на характер протекающих процессов и аку-
стическое излучение определяется зависимостью радиуса полости
от времени rt. Профиль фазы сжатия акустической волны близок
к профилю ударной волны и в первом приближении также опи-
сывается экспонентой pt ~ ру ехр (—t/W).
Давление во фронте волны приближенно можно оценить как
^ = ->(Рн-Рг), ’	(П1.33)
где гн, ря — начальный радиус полости и начальное давление
газов; рг — гидростатическое давление.
101
Постоянная времени экспоненциального убывания давления
за фронтом по экспериментальным данным определяется выра-
жением

где п — 0,35 для газов с показателем адиабаты у = 1,25 (такую
обычно принимают для продуктов взрыва) и п = 0,42 при у = 1,4
(для воздуха и двухатомных газов).
Внутренняя энергия газов полости в начальный момент ее
А	движения
4лрнГн
0,05
0,00 t,c
О 0,05	0,1	0,15 t,c
Рис. 45. Осциллограммы сигналов:
а — при взрыве на глубине 10 м сферического
заряда пропан — кислород в резиновой оболочке
радиусом 9 см; б — при выхлопе сжатого воз-
духа под давлением 120 кгс/см2 из пневматиче-
ского излучателя объемом 7 л на глубине 15 м
=	(П1.35)
а энергия фазы сжатия
акустической волны
(IIL36)
О
Аж — длительность
где 
фазы сжатия.
Акустический к. п. д. расширяющейся полости (по фазе сжа-
тия) можно записать так:
1]
(IIL38)
2?ак
100.	(Ш.37)
В предположении, что профиль фазы сжатия описывается
экспонентой, а ее длительность составляет 30, выражение для
акустического к. п. д. имеет вид:
Т1 —	(Рн Рг)2 Л ЛЛ
1	2 р1/2« р?пр^-п
На рис. 45, а приведена осциллограмма сигнала, возбуждае-
мого при взрыве сферического газового заряда пропан—кисло-
род. Максимальное давление в газовой полости после взрыва
составляет 34 кгс/см2, а максимальное давление во фронте пер-
вой волны приведенное к расстоянию 1 м от центра заряда,
3,3 кгс/см2. Примерно через 13 мс после прихода первой волны
появляется отраженная от поверхности воды волна разрежения
Рютр. При сжатии полости излучается вторая волна р2, а вслед
за ней регистрируется отраженная волна р2отр.
Период первой пульсации продуктов взрыва в этом случае
определяется выражением
kV113
Тг =------<L—t	(IIL39)
(7i + 10,3)5/6	v
где Vo — объем газовой взрывчатой смеси при давлении 1 кгс/см2
и температуре 20 °C.
102
Для стехиометрической смеси пропан—кислород коэффициент
к = 0,304-0,33.
Остановимся на работе пневматических излучателей, исполь-
зующих эффект физического взрыва. При выхлопе сжатого воз-
духа вблизи выхлопного отверстия образуется расширяющаяся
газовая сферическая полость. На рис. 46, а приведены кадры
киносъемки подводного выхлопа сжатого воздуха при давле-
нии 100 кгс/см2 из камеры объемом 1 л с выхлопным отверстием
65 мм. Центр тяжести камеры (см. кадр 7) расположен в точке
пересечения сплошной и
пунктирной линий; вдоль
последней происходит исте-
чение сжатого воздуха.
В момент достижения по-
лостью максимальных раз-
меров (кадр 4) форма ее
близка к сферической. На-
чиная с кадра 6, соответ-
ствующего моменту первого
сжатия полости, нарушается
прозрачность поверхности
воды и форма полости на
снимке становится нечеткой.
На рис. 45, б видно, что
максимальное давление в га-
зовой полорти и в акусти-
ческой волне достигается не
в начальный момент вых-
лопа, а с некоторой задерж-
кой. Время этой задержки
зависит от скорости открытия
Рис. 46. Кадры киносъемки подвод-
ного выхлопа из камеры объемом 1 л
при давлении 100 кгс/см2.
1—8 — номера кадров. Промежутки вре-
мени между кадрами 0,015 с
выхлопного отверстия и от отношения
к объему камеры.
Период первой пульсации Тг (в с) по
данным определяется с точностью до 10%
площади отверстия
экспериментальным
следующей зависи-
мостью:
т _ 0,145 (рн70)1/3
1	(10,3-рл)5/в ’
(111.40)
где рп — начальное давление воздуха в камере; Vo — объем
камеры (в л).
Максимальная амплитуда давления (в кгс/см2) первой волны
на расстоянии R с точностью до 20%
Р1 = 0,015
РоП/3
R *
(IIL41)
103

а длительность ее фазы сжатия (в с) при рн = 100—150 кгс/см2
;сж=- 0,0081 J 3	(Ш.42)
Акустический к. п. д. по фазе сжатия первой волны в зна-
чительной мере зависит от параметров конструкции пневматиче-
ского излучателя и при начальных давлениях сжатого воздуха
в камере 100—150 кгс/см2 находится в пределах 2—5%.
Рассмотрим кратко процессы, протекающие при электриче
ском заряде в воде. При подключении к размещенным в воде
Рпс. 47. Осциллограмма
сигнала электрогпдравтпче-
ского разряда с энергией
7 кДж на глубине 15 м
0	’ 4	8	12	16 t,MC
электродам высоковольтного конденсатора под действием электри-
ческого напряжения происходит пробой межэлектродного про-
межутка. При этом образуется канал разряда, замыкающий
межэлектродный промежуток. Разрядный ток достигает десятков
тысяч ампер и разогревает плазму до температуры порядка 10’К.
Электрическая энергия батареи конденсаторов (в Дж)
(Ш.43)
(Ш.44)
где С — емкость, U — напряжение, выделяется в канале раз-
ряда и расходуется на расширение и разогрев вещества в ка-
нале. До 20% энергии разряда может расходоваться на возбужде-
ние волны сжатия и около 30% — на пульсацию газовой по-
лости. Период первой пульсации оценивается выражением
=....-°-Ю-з.
(1 +0,1/г)5/6
Амплитуда и длительность фазы сжатия первой волны за-
висят от параметров разрядной емкости С и U. расстояния между
электродами, электропроводности (солености) воды. При пер-
вом перерасширении образовавшейся после разряда парогазо-
вой полости происходит конденсация паров воды, что увеличи-
вает интенсивность сжатия полости. В связи с этим амплитуда
второй волны, как правило, превышает первую, а третья и по-
следующие волны значительно уступают по амплитуде первым
двум. На рис. 47 приведена осциллограмма сигнала электро-
гидравлического разряда с энергией Е = 7 кДж на глубине
h = 15 м.
104
Знание картины возбуждения сейсмического сигнала в воде
позволяет правильно выбрать тип источника при проектирова-
нии сейсморазведочных работ. Увеличение энергии источника и
соответственно амплитуды сигнала с целью повышения глубин-
ности исследования не всегда целесообразно, поскольку возни-
кает опасность поражения живых организмов водоемов. Остро
встает вопрос о выборе не только оптимального типа источника,
но и оптимальных параметров сигнала с точки зрения максималь-
ного сосредоточения энергии сигнала в рабочем диапазоне ча-
стот. Длительность фазы сжатия первой волны, период пульса-
ции и глубина погружения источника являются основными па-
раметрами, определяющими распределение энергии сигнала по
различным полосам частот.
Рассмотрим простейшие примеры вычисления параметров сш налов при
взрыве газовых смесей и выхлопе сжатого воздуха
Пример 1. Сферический заряд газовой смеси объемом = 20 л в рези-
новой оболочке расположен на глубине h = 10 м. После взрыва начальное
давленпе в полости рн = 37 кгс/см2, показатель адиабаты продуктов взрыва
у — 1,25
Определить амплитуду давления во фронте и постоянную времени
экспоненциального спада давления 0 первой волны на расстоянии R 1U . ,
период первой пульсации и акустический к. п д. первой волны по фазе
Решение. Радиус заряда на глубине h — 10 м при гидростатическом
давлении рг = 2 кгс/см2 определяется следующим выраженпем:
г -А/' ЗРо _ 3 / 3-0,02
Гн~У Ш/Г - V -4^Т2~ ==0’13± М-
Амплитуда давления во фронте первой волны на расстоянии R
имеет порядок
Р1=-^-(Рн—рг)	35 = 0,47 кгс/см2.
Постоянная времени экспоненциального спада давления определяется
по формуле (III.34):
Согласно выражению (III 39), период первой пульсации
, оз3/22.=ОО66
1	20 38/6
Акустический к. и. д. по фазе сжатия первой волны (III.38)
3_ (1 25-1)	(35 -104)2  100%	= 2 .
'	2 1500-1001/2 (37 • 104)1,35 (2 • 104)°>15	’ /0>
Пример 2. Определить параметры первой волны рх, /сж на расстоя-
нии R = Ю ми период первой пульсации Т\ при выхлопе сжатого воздуха
на глубине h = 8 м из камеры объемом 7 л при начальном давлении рн =
= 120 кгс/см2.
105
-Решение. Максимальная амплитуда первой волны
190.71/3
/1 = 0,015——т?;----=0,35 кге/смг.
10
Длительность фазы сжатия первой волны
<сж = 0,008-71/3 = 0,015 с.
Период первой пульсапии
т 0,145-(120-7)1/’
^1 =---------Г77---=0,12 С.
18,36/6
§ 4. Действие взрыва в грунтах
Встречающиеся в природе грунты весьма разнообразны по
своим физико-механическим свойствам. Условно их можно раз-
делить на два класса: скальные и пористые. К пористым грунтам
относятся пески, глины, суглинки, лёссы, песчаники, туфы и
т. д. Поскольку при сейсморазведке взрывы производят главным
образом в пористых грунтах, им и будет уделено основное вни-
мание.
Грунт представляет собой совокупность твердых минеральных
частиц, находящихся в контакте друг с другом и образующих
скелет. Промежутки между твердыми частицами заполнены
водой и воздухом. Таким образом, в общем случае грунт яв-
ляется трехкомпонентной средой.
Для определения грунта как трехкомпонентной среды вве-
дем следующие обозначения:
ах, а2, а3 — содержание в грунте по объему газообразного, жидкого
и твердого компонентов (ах -р а2 4- «а = 1);
Pi- Рг> Рз — плотность каждого из указанных компонентов (рх = 1,2 X.
X 10-з г/см3, р2 = 1 г/см3, р3 = 2,6 — 2,8 г/см3);
р0 = а1р1 -J- а2р2 -р а3р3 — плотность грунта;
Р = aj ~р а2 — пористость грунта;
СС2Р2
w =	— влажность грунта:
«зРз
у = а3р3 — объемная масса скелета грунта.
Грунты по плотности не слишком сильно отличаются от воды,
но, благодаря пористости и, главное, наличию в порах воздуха,
условия распространения в них ударных волн резко отличаются
от условий в жидких средах. При сжатии грунта сначала проис-
ходит сближение твердых частиц за счет сокращения объема пор,
занятых воздухом, а затем уже при высоких нагрузках — уплот-
нение частиц скелета и воды в порах. Так как пористость грунтов
достигает 0,3—0,5, зона их уплотнения за счет сближения твер-
дых частиц во много раз больше зоны уплотнения самих частиц.
В слоях грунта, расположенных ниже уровня грунтовых вод
и на дне водоемов, поры заполнены водой и небольшим (ах не
более нескольких сотых) количеством воздуха, который не сооб-
106
дается с атмосферой и находится в виде отдельных пузырьков
в защемленном (изолированном водой от атмосферы) состоянии.
Эти грунты называют водонасыщенными. В слоях,
лежащих выше уровня грунтовых вод, содержание воздуха пре-
вышает содержание воды и воздух сообщается с атмосферой. Та-
кие грунты называют неводонасыщенными.
В водонасыщенных грунтах энергия взрыва передается в ос-
новном по воде, поэтому так же, как и при взрывах в воде,
действие взрыва в таких грунтах по своему характеру близко
к гидростатическому давлению, направленному одинаково во все
Рис. 48. Зависимость напряжения
от деформации грунта.
1 — водонасыщенный грунт; г — нево-
донасыщенный грунт; 3 — для неводо-
насыщенного грунта при снятии на-
грузки
Рис. 49. Вид фазы сжатия взрывной
волны в неводонасыщенном грунте
при некотором удалении от очага
взрыва
стороны. В связи с этим напряжение в волне a (t) равно р (t) — на-
пряжению, действующему в направлении распространения волны,
т. е. нормальному (радиальному) напряжению. При взрывах
в неводонасыщенных грунтах так же, как и в твердых телах,
напряженное состояние в каждой точке пространства опреде-
ляется уже двумя величинами: нормальным р (£) и тангенциаль-
ным (боковым) рх (£) напряжениями. В связи с этим в неводо-
насыщенных грунтах среднее напряжение
Р + ^Рх
~ з ~	3
(III.45)
где kx„— коэффициент бокового давления, изменяющийся в пре-
делах 0,3—0,5 в песчаных грунтах, 0,4—0,6 в глинах и суглин-
ках, 0,3—0,4 в лёссах.
Характер зависимости деформации грунта е от напряжения
о также зависит от водонасыщенности грунта. На рис. 48 пока-
заны диаграммы а (е) для водонасыщенного (I) и неводонасыщен-
ного (2) грунтов. В водонасыщенных грунтах а (е) имеет один
И тот же знак 0 поэтому волны с увеличением амплитуды
107
1
Рис. 50. Зависимость скоро-
сти распространения взрывной
волны от расстояния
давления распространяются с большей скоростью, вследствие
чего скачок давления на их фронте сохраняется. В неводонасы-
щенных грунтах кривая о (в) при малых напряжениях, близких
к упругим, является вогнутой, знак кривизны < 0 (при
больших а > о). Если знак кривизны кривой о (с) изме-
няется, то на участке смены знака возмущения с меньшей ампли-
тудой начинают распространяться с более высокой скоростью,
чем возмущения с большей амплитудой. Происходит размыв
скачка давления, и взрывная волна из ударной превращается
в волну с постепенным нарастанием
давления (рис. 49).
Таким образом, при взрыве в
неводонасыщенном грунте до опре-
деленных значений о (до определен-
ного приведенного расстояния
К = —=- J	сохраняется скачкооб-
разный фронт волны, после чего
возмущения с малой амплитудой
выходят вперед и фронт волны на-
чинает распространяться с большей
скоростью, чем движется максимум
напряжения. Типичная зависимость
скорости распространения взрывной
волны в грунте приведена на рис.
50: D — скорость распространения
фронта волны, Dm — скорость распро-
странения максимума напряжения. При ослаблении волны с удале-
нием ее от очага взрыва величина/) уменьшается. При определен-
ном 7?п величина D уменьшается до скорости звука с0 (или
скорости распространения продольных волн УР) в невозмущен-
ном грунте и после этого остается практически постоянной,
в то время как Dm продолжает падать. Начиная с 7?0, проис-
ходит размыв скачкообразного фронта волны. В зависимости от
типа грунта и его водосодержания величина Ro изменяется
от 0,4 до 0,7.
Следует отметить, что при взрывах в грунте основная часть
энергии взрыва необратимо расходуется на его разрушение и
преодоление сил трепия при пластическом течении.
Вследствие указанных выше отличий взрывныэ волны, распро-
страняющиеся в грунтах, будем называть волнами сжатия.
Неодинаково поведение грунтов и при разгружении. Если
в водонасыщенном грунте разгрузка и повторное нагружение
происходят по кривой, практически совпадающей с кривой на-
грузки (см. рис. 48, кривая 7), то в неводонасыщеппых грунтах
108
такое совпадение имеет место только для напряжений, не пре-
восходящих предел упругости os. При а > as сместившиеся
частицы не возвращаются в исходное положение, сохраняется
некоторая остаточная деформация еост < етах, где
етах — максимальное значение деформации, от которого нача-
лась разгрузка. Характерный вид кривой о(е) при разгрузке
неводонасыщенного грунта показан на рис. 48 пунктиром. Вто-
ричное нагружение до величины напряжения отаХ1, достигну-
того при первом сжатии, происходит в первом приближении по
закону разгрузки. Предел упругости при повторном сжатии
практически равен максимальному напряжению, достигнутому
при первой нагрузке. Это связано с тем, что при вторичной на-
грузке до сттаХ1 новых существенных изменений структуры грунта
не происходит.
Скальные грунты (граниты, гнейсы, известняки и др.) ха-
рактеризуются большой плотностью, близкой к плотности твер-
дого компонента. Сжимаемость скальных грунтов мала, вслед-
ствие чего волны сжатия распространяются в них с большими
скоростями и слабее затухают с расстоянием, чем при взрывах
в пористых грунтах. В большей части скальных грунтов имеются
системы трещин; с возрастанием трещиноватости уменьшается
скорость распространения волн сжатия и возрастает коэффициент
их затухания.
Явления, происходящие при взрывах в грунтах
Все процессы, происходящие в грунте при взрыве (образова-
ние каверны, выброс и разрушение грунта, образование сейсми-
ческой волны и т. д.), неразрывно связаны с прохождением волны
сжатия и должны изучаться с учетом анализа закономерностей
движения взрывных волн.
При взрыве заряда на достаточной глубине, когда поверхность
грунта не претерпевает изменений (такой взрыв называют взры-
вом полного камуфлета), расширяющиеся продукты взрыва об-
разуют в грунте газовую полость, или каверну. Расширение
каверны эквивалентно действию сферического поршня, возбуж-
дающего в окружающем грунте волну сжатия. При взрывах
в водонасыщенных грунтах происходит несколько (обычно не
более 2—3) пульсаций каверны, аналогичных пульсациям газо-
вого пузыря при подводном взрыве. В неводонасыщенных грун-
тах пульсации каверны незначительны и их можно не учитывать.
Одновременно с расширением каверны продукты детонации про-
никают в поры примыкающего к ней грунта, вытесняя из них
воду; вокруг каверны образуется область осушенного грунта.
При взрывах сосредоточенных зарядов образующаяся ка-
верна имеет форму, близкую к сферической. С течением времени
стенки каверны начинают оползать, размеры ее уменьшаются
и она разрушается. В водонасыщенных песках разрушение
109
каверны происходит в течение нескольких суток. В неводо-
насыщенных песчаных грунтах каверны начинают разрушаться
сразу же после взрыва, в неводонасыщенных глинистых грунтах
они могут сохранять устойчивость в течение нескольких лет.
Радиус образовавшейся каверны гк, как показали опыты,
связан с массой заряда G соотношением
rK=kKV~G,
(III.46)
где кк— коэффициент, зависящий от свойств грунта. Для грун-
тов с большим содержанием влаги (w = 15-4-20% и более)
кк = 0,6-)-0,7, для неводонасыщенных грунтов кк = 0,44-0,5.
Радиус осушенной зоны (при взрывах в водонасыщенных грун-
тах) гос на 20—30% превышает радиус каверны гк.
Кроме каверны или зоны вытеснения, взрыв в грунтах ха-
рактеризуют еще две зоны: зона разрушения и зона
сотрясения.
Зона разрушения представляет собой область, в которой
грунт уплотнен и структура его нарушена. При взрывах в по-
ристых грунтах зоной разрушения является зона пласти-
ческих деформаций. При взрывах в грунтах скаль-
ного типа зона разрушения разделяется на две области: зону
раздавливания, где грунт интенсивно раздроблен и раздавлен,
и зону разрыва с разветвленной системой радиальных и коль-
цевых (тангенциальных) трещин. Зоной сотрясения — (упругой зо-
ной) называют область, в которой волна сжатия ослабевает на-
столько, что уже не может изменить связи между частицами
грунта и производит лишь более или менее интенсивные сотрясе-
ния грунта, ослабевающие по мере удаления точки наблюдения
от очага взрыва.
Поведение грунта при взрыве — сложный процесс, значитель-
ная часть которого протекает под одновременным воздействием
продуктов взрыва, волны сжатия, а также волн разгрузки (рас-
тяжения). На первой стадии процесса вблизи заряда основную
роль играют продукты взрыва. Их действием в основном опре-
деляется разрушение грунта, примыкающего к заряду, вытесне-
ние грунта и образование каверны. Однако давление в продуктах
взрыва по мере их расширения быстро падает. Как уже отме-
чалось (см. гл. I), расширение продуктов происходит по адиа-
батическим законам, причем на ранней стадии процесса расши-
рение идет по политропе pvn = const, где значение п близко к 3,
а затем по изэнтропе Пуассона prf = const, где величина к для
различных ВВ меняется от 1,15 до 1,3. Сопряжение этих адиабат
приводит к зависимости
K-=(-s-r(vF-	<nU7>
где Ун и VK — начальный и конечный объемы продуктов дето-
нации; рн и рК — начальное и конечное давления продуктов
110
взрыва; рс — давление, соответствующее точке сопряжения поли-
тропы с иззнтропой х.
Из соотношения (III.47) видно, что при взрыве сферического
заряда давление в продуктах взрыва уменьшается с радиусом
расширяющейся полости г, как
I г0
Р = Р»{—) ’
где г0 — радиус заряда; т — переменная величина, изменя-
ющаяся от 3 до 1,15—1,30. Приближенно можно принять среднее
значение т = 2. Тогда р уменьшается пропорционально 7?*/».
Как увидим далее, давление волны сжатия снижается с рассто-
янием значительно медленнее, по-
этому на расстояниях, превыша-
ющих размеры каверны, движение,
уплотнение и разрушение грунта
определяются параметрами волны
сжатия.
Рассмотрим общую картину дви-
жения грунта в зоне пластических
деформаций при взрыве полного
камуфлета. Сплошная кривая на
рис. 51 описывает перемещение
фронта волны сжатия во времени t,
пунктирные кривые показывают пе-
ремещение соответствующих слоев
Рис. 51. Схема движения
грунта в зоне пластических
деформаций при взрыве пол-
ного камуфлета
(II 1.48)
грунта вслед за волной сжатия.
Как показали эксперименты, в области зоны пластических
деформаций скорость перемещения фронта волны сжатия D и
скорость смещения грунта во фронте волны и$ подчиняются
законам подобия и в соответствии с ними описываются следу-
ющими формулами:
D = аг
Иф — «2
(III.49)
где а1г. а2, т1, т2 — величины, постоянные для конкретного
типа грунта, определяемые его свойствами. Для сухого песка
в зоне пластических деформаций аг = 40,	= 3,4, т1 = 1,
т2 = 1,8 для R =	0,54-0,7 (см. рис. 50); для R, пре-
у G
вышающих]^ указанную величину, приведенные формулы отно-
сятся к максимальному давлению волны сжатия, так как на таких
расстояниях фронт волны сжатия обгоняют возмущения с малой
амплитудой.
1 Для определения рс политропа, строится от р,,, а изэнтропа— от рк;
Рс соответствует точке пересечения адиабат.
111
В водонасыщенных грунтах на одинаковых R величина D
намного больше, чем в певодонасыщенных. Например, при R = 1
для песка с = О, D 2000 м/с, а для неводонасыщенного
грунта с w = 84-10% D 150 м/с. Наличие защемленного
воздуха приводит к резкому уменьшению величины D: при
cq = 0,01 D = 1000 м/с при R = 1.
Скорость смещения грунта во фронте волны сжатия (а для
R ^0,54-0,7 при наибольшем давлении в волне) является макси-
мальной и за фронтом уменьшается по закону
(Ш.50)
где и — скорость смещения грунта внутри возмущенной зоны;
R3 — эйлерова координата; Ъ — показатель степени, изменя-
ющийся для различных грунтов в пределах 1 < b < 2; для не-
водонасыщенных грунтов b 1,5.
Можно показать, что уплотнение грунта во фронте волны сжа-
тия Сф выражается соотношением
8ф = иф/Т).	(III.51)
Действительно, за очень малый промежуток времени Ai фронт
волны пройдет расстояние D Nt; толщина слоя грунта за это же
время сократится на величину нфА t = &$DNt. Выражение
(111.51) определяет максимальное уплотнение грунта. После про-
хождения волны и соответственно снятия нагрузки плотность
грунта несколько уменьшается. При абсолютно неупругом сжатии
изменение скорости движения грунта за фронтом волны описы-
вается формулой (III.50) при b = 2. Однако эксперименты по-
казали, что b < 2, т. е. при снятии нагрузки пли некотором умень-
шении ее происходит определенное расширение сжатого грунта,
чем и объясняется загиб пунктирных кривых на рис. 51 к оси t.
Таким образом, при взрывах в мягких слабосвязанных грунтах
имеющие место разрушения сводятся к образованию каверны и
уплотнению грунта в зоне пластических деформаций. При взрывах
в грунтах с более жесткими связями между зернами скелета
вблизи внешней границы зоны пластических деформаций как
внутри, так и вне ее могут образовываться радиальные и танген-
циальные трещины. Радиальные трещины возникают следующим
образом. При сжатии элементарного слоя грунта возникают рас-
тягивающие усилия, обусловленные боковым давлением. Как
известно, допустимые напряжения на разрыв в грунтах, как и
в других твердых телах, меньше допустимых напряжений на
сжатие. Если растягивающие усилия превышают временное со-
противление среды, появляются радиальные трещины. После-
дующая разгрузка приводит к образованию кольцевых танген-
циальных трещин.
112
Сжимаемость скальных грунтов мала и уплотнение их, да
и то в небольших пределах, возможно только в зоне, близко при-
мыкающей к каверне, — в зоне раздавливания. Вне зоны разда-
вливания действие взрыва на скальный грунт сводится к образо-
ванию системы трещин по вышеописанной схеме.
Очаги взрыва вблизи свободной поверхности (граница воз-
дух—грунт) усиливают процессы трещинообразования. После
выхода волны сжатия на свободную поверхность в обратном
направлении начинает двигаться волна растяжения. Если раз-
ность между растягивающим усилием в волне растяжения и
сжимающим напряжением в хвосте волны сжатия превысит вре-
менное сопротивление грунта, произойдет откол части его, при-
легающей к свободной поверхности. При распространении волны
от свободной поверхности в глубь грунта будут образовываться
все новые трещины. Роль свободных поверхностей в грунте могут
играть и естественные трещины (если они имеют достаточные
размеры).
По экспериментальным данным, кинетическая энергия дви-
жения грунта при взрыве составляет всего лишь несколько про-
центов энергии взрыва. На преодоление сил трения при пласти-
ческом течении грунта расходуется 50—70% энергии взрыва,
на сжатие и разогрев грунта 20—30%; 5—20% энергии остается
в газообразных продуктах взрыва.
Таким образом, основная часть энергии взрыва полного ка-
муфлета (свыше 90%) уходит на ненужные (с точки зрения сей-
сморазведчика) разогрев и разрушение среды и лишь 2—7%
энергии взрыва переходят в кинетическую энергию движения
среды и затем в упругую волну.
Параметпры волн сжатия в грунтах
Параметры волн сжатия в пористых грунтах определяются
прежде всего степенью заполнения пор водой.
Известно, что в водонасыщенных грунтах содержание газо-
образного компонента аг достигает 0,02—0,05, если эти грунты
ежегодно осушаются хотя бы на небольшой промежуток вре-
мени (например, вследствие колебаний уровней водоемов или
грунтовых вод). В неосушаемых слоях а1У как правило, не пре-
вышает 0,001 и на достаточно большой глубине практически
достигает нуля.
В грунтах любого типа максимальное давление волны р1
(в кгс/см2) и удельный импульс фазы сжатия I (в кгс-с/м2) опре-
деляются в соответствии с законами подобия формулами
(111.53)
8 Заказ 419	ИЗ
Однако значения к и р, входящие в приведенные формулы,
скорость распространения волн, форма кривой p(t), характер
затухания в сильнейшей мере зависят от соотношения жидкости
и газов в порах грунта.
Как видно из табл. 11, при взрывах в грунтах с <хх 0,005
параметры волн сжатия не сильно отличаются от параметров
ударных волн в воде. С увеличением а, при одинаковых R ин-
тенсивность волн сжатия заметно снижается, а степень их зату-
хания с расстоянием резко возрастает. Изменяется также ха-
рактер зависимости рх и I от массы заряда G.
Таблица 11
Значения к и р для песков с различным содержанием газообразного
компонента (по результатам экспериментов Г. М. Ляхова)
Тиа песка	ft.	Mi	h,	м>
Водонасыщенный:				
а, = 0	600	1,05	800	1,05
ах = 0,005	450	1,5	750	1,10
а х = 0,01	250	2,0	450	1,25
а х = 0,04	45	2,5	400	1,40
Неводонасыщенный (и> = = 8-10%)	7,5	3,0	350	1,50
При этом от ах в существенной мере зависят время действия
фазы сжатия £сж и время нарастания давления до максимума
Д£сж. При oq sg 0,01 значения £сж при взрывах зарядов массой
G от 5 до 100 кг при замерах на расстояниях R от 2—3 до 20—30 м
не превышают 3 мс и слабо изменяются с увеличением R, а А/Сж
практически равно нулю, т. е. имеют место ярко выраженные
ударные волны. При а, = 0,03-4-0,05 значения /сж для тех же
величин G и R составляют 10—20 мс, а для неводонасыщенного
грунта достигают 30 мс и изменяются практически пропорцио-
нально R. Для таких грунтов при массе взрываемого заряда
несколько килограммов Д/сж имеет порядок миллисекунды уже
на расстояниях 1—2 м от очага взрыва.
Изменение характера связи между р1г I, /сж, А/Сж и G можно
считать следствием следующих причин диссипации энергии волны
сжатия:
1)	заметная часть энергии волны расходуется на разогрев
пузырьков воздуха при их адиабатическом сжатии; если поры
заполнены водой, потери энергии этого вида незначительны
ввиду слабой сжимаемости воды;
2)	наличие воды приводит к снижению коэффициента трения
слоев грунта друг о друга при их пластическом течении;
114
3)	результаты исследований, выполненных как советскими,
так и зарубежными учеными, показали, что спектральные ам-
плитуды Af [амплитуды колебаний, регистрируемых в диапазоне
частот (/ — A/) sS / «S (/ + А/) при А/ 0] по-разному зависят
от массы заряда G. При прочих равных условиях
-4, = 0хбгП1 при /->0;	(III.54)
Л/ = р26П2 при /-> оо.	(111.55)
При этом nx>n2, ni близко к 1, а в2 близко к 1/3, т. е. при
уменьшении f величина показателя степени п уменьшается в ука-
занных выше пределах таким образом, что суммарная спектраль-
ная энергия волны сжатия сохраняется пропорциональной энер-
гии взрыва.
В непосредственной близости от заряда ВВ ударная волна
имеет малую продолжительность во времени, и основная ее энер-
гия принадлежит передней части импульса с продолжитель-
ностью порядка десятка микросекунд. В полностью водонасы-
щенном грунте волна сжатия распространяется практически по
тем же законам, что и при взрывах в воде (см. § 3 настоящей
главы); высокие частоты в этом случае затухают слабо, а макси-
мальное давление (амплитуда) ударной волны изменяется в зави-
симости от массы заряда по закону рх — Gm, где т близко к 1/3.
При наличии в грунте множества пор, заполненных возду-
хом или каким-нибудь газом, высокочастотные составляющие
быстро затухают вследствие многократных отражений на много-
численных границах скелет грунта (или вода) — воздух и интер-
ференционных явлений. Чем больше пузырьков воздуха в грунте,
тем быстрее затухают высокочастотные гармоники, тем заметнее
спектр волны сжатия по мере ее распространения смещается в об-
ласть низких частот и тем больше отклонение от закона Ь
в сторону закона р — G.
Приведенные выше экспериментальные данные подтверждают
высказанные соображения. При ах = 0,01 £сж невелико и слабо
увеличивается с расстоянием, А£сж практически равно нулю.
Это означает, что высокочастотные гармоники волны сжатия
слабо затухают с расстоянием. Затухание становится заметным
при а1 = 0,03-(-0,04 и весьма сильным в неводонасыщенных
грунтах. Действительно, эксперименты, выполненные Г. М. Ля-
ховым со взрывами в песчаных грунтах, дали, например, для
зарядов массой G — 5 кг следующие результаты: при R = 18 м
«1 = 0, рх —>/ЛG, £сж = 1,1 мс, А£сж — 0; при Л = 6 м, ах = 0,01,
Pi — VG, tclK = 2,6 мс, А<сж = 0,1 мс; при R = 3,2 м, ах = 0,3,
Pi ~ G, £сж = 18 мс, А/Сж = 2 мс.
'Л Таким образом, наличие в грунте пор, заполненных воздухом,
приводит к резкому затуханию волны сжатия, размыву ее фронта
и к заметному увеличению <сж.
8*	115
Для неводонасыщенных грунтов Г. М. Ляхов для приведен-
ного времени действия фазы сжатия волны получил следующую
эмпирическую формулу:
=	=	(III.56)
Более плотные грунты отличаются меньшим значением £сж,
чем менее плотные грунты (табл. 12).
Таблица 12
Значения коэффициентов а и Ъ для некоторых грунтов
Характеристика грунта	а	ъ
Песчаный (у = 1,52-41,6 г/см3, w = 8ч-10%) Песчаный (у = 1,45-4-1,5 г/см3, w = 34 6%)	4	16
	16	24
Суглинистый	10	10
Лёссовидный	14	14
В неводонасыщенных грунтах максимальное давление волны
сжатия и ее импульс I описываются формулами (III.52) и
(III.53).
Из табл. 13 видно, что с увеличением значения у и w макси-
мальное давление волны сжатия рг заметно возрастает, в то же
время уменьшается время действия волны гсж. Однако это умень-
шение неполностью компенсирует повышение давления, поэтому
с увеличением у тл. w импульс I также возрастает, но не столь
заметно, как давление рг.
В табл. 14 приведены экспериментальные данные К. Лемпсона
для некоторых неводонасыщенных грунтов с |лх и i.i2, равными
соответственно 3,0 и 2,5.
Данные табл. 14 подтверждают высказанные ранее сообра-
жения о влиянии величин w и у на параметры волн сжатия.
Таблица 13
Значения к и ц для ряда грунтов (по данным Г. М. Ляхова)
Характеристика грунта	ft.	Hi		Ц2
Песчаный (у = 1,52-е 1,6 г/см3, w = 8 :-10%)	7,5	3,0	320	1,5
Песчаный (у = 1,45-?-1,5 г/см3, w = 34 6%)	2,8	3,3	320	1,5
Песчаный (у = 1,5-4-1,55 г/см3, w = 244%)	3,5	3,3	320	1,5
Песчаный (у = 1,54 1,55 г/см3, w = 54 7%)	6,0	3,2	360	1,5
Песчаный (у = 1,541,55 г/см3, w = 104 12%)	8,0	3,0	400	1,5
Суглинистый (у = 1,64 1,65 г/см3)	8,0	3,0	400	1,5
Глинистый (у = 1,74 1,75 г/см3, w = 15%)	18,0	2,8	450	1,4
Лёссовидный (у = 1,344 1,38 г/см3)	4,5	2,8	500	1,65
116
Таблица 14
Параметры волн сжатия к] и /с2 (по К. Лемпсону)
Тип грунта	fei	/*2
Лёсс 		3,5	145
Жирная глина 		8,8	415
Пылеватая глина 		27	495
Глина неводонасыщенная . .	66	605
Глина сильно увлажненная	440	—
Формулы (III.52) и (III.53) с коэффициентами, приведенными
в табл. 11, 13, 14, справедливы для взрывов полного камуфлета,
когда на поверхности грунта отсутствуют какие-либо изменения.
Это соответствует глубине заложения заряда h^2y/ G. Формулы
не дают заметных отклонений от результатов эксперимента и
при h ж (0,54-0,6) j^G. Дальнейшее уменьшение глубины зало-
жения заряда приводит к все большему ослаблению параметров
волны сжатия относительно получаемых по формулам (III.52) и
(III.53) вследствие явлений, связанных с выбросом грунта.
Взрыв на выброс
До сих пор мы рассматривали взрыв заряда, расположенного
на достаточно большой глубине. Представим себе теперь, что
мы начали приближать
заряд к поверхности
грунта.
В момент выхода фрон-
та волны сжатия на сво-
бодную поверхность в
глубь земли начинает рас-
пространяться волна раз-
грузки, приход которой
в данную точку наблюде-
ния приводит к падению
давления, созданного волной сжатия, и к ускорению движения
частиц грунта в направлении свободной поверхности. При не-
котором критическом для данного грунта значении W/VG (W —
величина линии наименьшего сопротивления — кратчайшее рас-
стояние от центра заряда до границы грунт—воздух) силы сце-
пления между частицами грунта, а также сила тяжести будут
преодолены, произойдет выброс грунта и образуется воронка.
Типичный вид воронки выброса показаны рис. 52: пунктир —
видимая глубина воронки выброса /г,., меньшая по сравнению
с W, что связано с тем, что часть грунта падает обратно.
117
При расчетах обычно принимают воронку в виде конуса с вер-
шиной в центре заряда. Форма воронки характеризуется отно-
шением rB/W = п, называемым показателем действия взрыва.
Воронки с п = 1 называют воронками нормального выброса,
с п > 1 или п < 1 — соответственно воронками усиленного
или ослабленного выброса.
При расчетах за исходную принимается воронка нормального
выброса с объемом VH =	ТУ3. Отсюда масса заряда,
необходимая для получения воронки нормального выброса при
заданной линии наименьшего сопротивления ТУ, составит
G = kBV,t kBW\	(III.57)
Коэффициент кв (масса заряда, необходимая для выброса
1 м3 грунта) зависит от свойств грунта (табл. 15) и определяется
экспериментально.
Таблица 15
Средние значения параметра кв
Тип грунта
Песок, торф, верхний слой грунта с ра-
стительностью .....................
Глина, суглинок, гравий ...........
Уголь, мягкий известняк, мел . . .
Песчаник глинистый, сланцы . . .
Известняк, песчаник................
Доломит, известняк крепкий, мрамор
Гранит крупнозернистый, доломит
крепкий ...........................
Гнейс, весьма крепкий известняк
Гранит среднезернистый, диабаз . .
Гранит мелкозернистый, диорит, кварц
Базальт, габбро-диабаз ............
0,95
1,10
1,25
1,40
1,50
1,60
1,70
1,80
1,90
2,00
2,20
Массу заряда, необходимую для получения воронок усилен-
ного или ослабленного выброса, рассчитывают по формуле
G = kBWsfl(n).	(III.58)
Согласно формуле Борескова
f (п) = 0,4+ 0,6н3.	(111,59)
А. Ф. Беляев, введя в формулу Борескова дополнительный
множитель (0,95 + 0,05ГУ), получил формулу
G== /св1+3 (0,95+ 0,051+) (0,4 + 0,6н3),	(Ш.60)
которая в отличие от формулы Борескова пригодна и для боль-
ших значений Wх.
1 Формулы (III.57) и (III.58) учитывают лишь объем грунта И73, который
нужно сдвинуть с места, но не работу, затрачиваемую на поднятие этого
объема на высоту W.
118
Правую часть выражения (III.60) можно представить в виде
суммы двух членов, из которых первый, содержащий W3, соот-
ветствует бесполезной для выброса работе пластической дефор-
мации, сотрясения и т. д., а второй, включающий IV4, пропор-
ционален непосредственно работе выброса и быстро растет с уве-
личением W.
Видимая глубийа воронки hs (рис. 52) для усиленного вы-
броса может быть оценена по формуле
йв = (2гв — IV)/3.	(HI.61)
Картина движения грунта, описанная выше для взрыва пол-
иого камуфлета, существенно отличается от картины при взрыве
Рис. 53. Схема движения грунта
в пределах образующейся воронки
Рис. 54. Характер зависимости уп-
лотнения грунта, находящегося под
зарядом, от линии наименьшего со-
противления (глубины заложения
заряда)
на выброс. Кривая 1 на рис. 53 описывает движение фронта волны
сжатия, кривые 2 — перемещения вслед за волной сжатия слоев
грунта, находящихся между зарядом и свободной поверхностью.
Слой грунта при взрыве на выброс сначала движется аналогично
соответствующему слою при взрыве полного камуфлета (пунктир-
ные кривые), затем вследствие влияния свободной поверхности
движение грунта ускоряется. Чем ближе слой грунта к поверх-
ности, тем сильнее это ускорение и тем быстрее оно сказывается.
Существуют две причины такого ускорения. Прежде всего нали-
чие свободной поверхности ограничивает прирост массы грунта,
вовлекаемого в движение волной сжатия, что приводит к умень-
шению напряжений в грунте. В результате уменьшаются потери
энергии на нагрев грунта, а приток энергии от расширяющихся
продуктов взрыва к движущейся массе грунта остается, по край-
ней мере, тем же, что и при камуфлетном взрыве. Таким образом,
динамическое равновесие, имевшее место при взрыве полного
камуфлета, нарушается и приток энергии начинает превышать
затраты на пластическое деформирование и разогрев грунта.
Кроме того, ускоренное движение грунта в направлении сво-
бодной поверхности приводит к нарушению симметрии, в связи
с чем в единицу телесного угла в направлении к свободной
119
поверхности продуктами взрыва будет передана большая энергия,
чем в противоположном направлении.
Усиление движения грунта в направлении свободной поверх-
ности при взрыве на выброс приводит к ослаблению энергии
волны сжатия, распространяющейся в обратном направлении.
На рис. 54 показан характер изменения уплотнения Др грунта,
находящегося под зарядом, в зависимости от приведенной глу-
бины заложения W. С увеличением W увеличивается и Лр. На-
чиная с W = 1 дальнейший его рост уже не приводит к замет-
ному увеличению Лр, хотя уплотнение несколько усиливается
до W 2, когда Лр достигает максимальной величины. При
IV  0,6 -г 0,7 величина Лр незначительно отличается от макси-
мальной. При уменьшении W сверх указанной величины уплот-
нение Лр заметно ослабевает. Аналогичный характер зависи-
мости от W, как уже отмечалось выше, имеет интенсивность
волны сжатия.
Поведение волн сжатия в слоистых грунтах
На характер поля давлений, создаваемого взрывом в грунте,
кроме свободной поверхности оказывают существенное влияние
свойства слоев грунта, окружающих очаг взрыва, и взаимное
расположение этих слоев. В зависимости от соотношения между
плотностью и сжимаемостью исходного слоя грунта (в котором
производится взрыв) и подстилающего волна может отражаться
от границы их раздела в виде волны сжатия, либо в виде волны
растяжения. Обычно подстилающие слои более плотные и менее
сжимаемые, и взрывная волна, движущаяся сверху, отражается
от границы раздела в виде волны сжатия. Это имеет место, на-
пример, если под неводонасыщенным грунтом (песчаным, гли-
нистым, лёссовым и т. д.) расположен водонасыщенный или
скальный грунт. От грунта с меньшей плотностью и большей
сжимаемостью волна сжатия отражается в виде волны растя-
жения. Это часто наблюдается при сейсмических взрывах, ко-
торые производятся главным образом в скважинах с помещением
заряда под зону малых скоростей (ЗМС): от подошвы ЗМС волна
сжатия отражается и распространяется в глубь земли в виде
волны растяжения х.
При переходе волны сжатия в нижележащий слой с меньшей
сжимаемостью профиль волны изменяется мало, время действия
волны увеличивается незначительно. Наоборот, при переходе
волны в слой с большей сжимаемостью (обычно в верхний слой)
фронт ее размывается, время действия волны увеличивается.
При переходе волны в грунты с большей сжимаемостью скорость
1 Это явление служит причиной образования специфических сейсмиче-
ских помех — волн-спутников.
120
фронта волны сжатия уменьшается, а при обратном переходе
(в слой с меньшей сжимаемостью) — возрастает.
Из результатов опытов Г. М. Ляхова следует, что при дви-
жении волны сжатия по грунту с уменьшающимся количеством
защемленного воздуха а, давление в волне с расстоянием падает
меньше, чем в исходном слое, в котором расположен очаг взрыва.
Соотношение p2/fi (Рг > Pi) тем больше, чем больше величина
ctiXVoti2>H чем меньшеи«12)—содержание воздуха в слое,
где производится взрыв, и в слое, в который переходит волна
сжатия: р1 — давление на одном уровне с зарядом, т. е. в ис-
ходном слое; р2 — давление под зарядом в слое грунта с мень-
шей сжимаемостью на том же расстоянии от заряда, что и р1).
При переходе волны сжатия в слой с высоким содержанием
воздуха (с большей сжимаемостью) происходит значительное
падение максимального давления. Интенсивность уменьшения
давления зависит от соотношения между сжимаемостью слоев
и от величины максимального давления pt в исходном слое у гра-
ницы раздела. При переходе из менее сжимаемого грунта в более
сжимаемый слабые волны ослабляются в большей степени, чем
сильные. Это объясняется тем, что сжимаемость грунта при
низких давлениях определяется сжимаемостью газообразного
компонента, а при высоких давлениях — сжимаемостью воды и
твердых частиц, поэтому при низких давлениях различия в сжи-
маемости грунтов с неодинаковым содержанием воздуха в порах
большие, чем при высоких давлениях.
Таким образом, поле напряжений при взрыве в слоистом грунте
несимметрично относительно плоскости, проходящей через центр
заряда и параллельной границе слоев.
Слои с малой сжимаемостью (обычно нижние) играют роль
волновода, по которому волна сжатия движется с наименьшими
потерями энергии и, как следствие, со слабым затуханием с рас-
стоянием. Эта волна в свою очередь может создавать слабую
волну в слоях грунта с большей сжимаемостью, расположенных,
как правило, выше исходного слоя.
Задачи к главе Ш
Определить параметры ударной волны наземного взрыва заряда тротила
массой 1 кг на расстояние 2 м; на каких расстояниях от заряда гексогена
массой 5 кг будет регистрироваться то же избыточное давление и
тот же удельный импульс ударной волны.
Решение. Согласно формулам (III.14) — (III.16) имеем
.	1,06	.	4,3	.	14	„
Дрн — —v -' “1“ *' о ,	о—_3,35 кгс/см2,
2/у<1 ~ 22/у<12 ~ 23/3/13
гсж = 1,7уТ- /2 -10-3	2,5-10-3 с;
12/3
/=54—-— = 27 кгс • с/м2.
121
Тротиловый эквивалент заряда гексогена массой 5 кг Сэкв =	=
= 6,5 кг. В соответствии. с формулой (111.5) то же давление при взрыве
такого заряда будет регистрироваться на расстоянии
R2 = RiyG2/G1 =23/б,5/1 =3,7 м.
Согласно (111.9) и (111.16)
A = /2 = G:i/3/^1 = G:2/3/^2,
г. е. тот же удельный импульс ударной волны, .что и при взрыве заряда
массой G] = 1 кг на расстоянии й, = 2 м, будет регистрироваться при
взрыве заряда гексогена массой 5 кг на расстоянии
Л2 = Л1((?2/С1)2/8 = 2(6,5/1)2/3=7 м.
Задачи для самостоятельного решения
1.	Определить параметры ударной волны воздушного взрыва заряда
тротила массой 2,5 кг на высоте 2 м при отражении от поверхности грунта,
при нормальном падении волны на грунт (непосредственно под зарядом).
Используются формулы (III.10) (III.13), (III.20), (Ш.22).
2.	Определить параметры действующей на грунт ударной волны при
взрыве заряда тротила массой 5 кг на высоте 3 м в следующих точках:
в точке проекции заряда на поверхность грунта (0х), на расстояниях 2, 4, 6
и 10 м от точки Ох [формулы (III.20)—(III.23)].
3.	Определить радиус каверны (II 1.46) при взрыве заряда гексогена
массой 4 кг в водонасыщенных и неводонасыщенных грунтах.
4.	Определить давление и импульс волны сжатия [формулы (III.52)
и (III.53)] при взрыве заряда игданпта массой 15 кг на расстоянии 10 м
(в песчаных грунтах сах = 0,005, ах = 0,04 и в неводонасыщенном грунте
с w = 8	10% — табл. 11, в суглинистом и лёссовидном — табл. 13).
5.	Заряд аммонита (<? = 850 ккал/кг) массой 12 кг взрывают в грунте
на границе двух слоев: водонасыщенный песок са, = 0,01 и глинистый грунт
с w = 15%. Определить параметры волны сжатия в обоих слоях на расстоя-
ниях 2; 5 и 10 м [формулы (III.52) и (III.53), табл. 11 и 13].
Глава IV
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ
СЕЙСМИЧЕСКУЮ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЗРЫВА.
НАЗЕМНЫЕ «НЕВЗРЫВНЫЕ» ИСТОЧНИКИ
Несмотря на развитие «невзрывных» способов возбуждения
сейсмических колебаний, взрыв заряда конденсированного ВВ
остается основным источником энергии для генерирования коле-
баний при сейсморазведке. Если при работах на акваториях
взрывы конденсированных ВВ вытесняются взрывами газовых
смесей, физическими взрывами (пневматические установки) и
электрическими взрывами (электроискровые источники), то при
наземной сейсморазведке около 90% полевых отрядов продол-
жают использовать взрывы конденсированных ВВ. При этом
стоимость буровзрывных работ может составлять значительную
часть стоимости полевого отряда.
В зависимости от характера и условий проведения сейсмо-
разведочных наблюдений применяются взрывы в воздухе или
на поверхности грунта, в шурфах, в скважинах под зоной малых
скоростей, в водоемах различного вида.
Основной задачей взрыва при сейсморазведке является пе-
редача грунту энергии, достаточной для возбуждения колеба-
ний нужной интенсивности. Амплитуда и частотный спектр ко-
лебаний, а также характер волнового поля в сильной мере за-
висят от способа и условий передачи грунту энергии взрыва.
Неудачный выбор условий взрыва может привести не только
к росту стоимости буровзрывных работ за счет увеличения рас-
хода ВВ и затрат на бурение, но и к существенному ухудшению
качества получаемого сейсмического материала.
В последние годы разрабатываются и внедряются источники,
использующие для возбуждения колебаний механические воз-
действия на грунт. Естественно, что и здесь параметры колеба-
ний зависят от условий приложения нагрузки, поэтому для
успешного проведения сейсмической разведки необходимо зна-
ние ряда основных параметров, определяющих характер передачи
энергии взрыва или механического воздействия в грунт, а сле-
довательно, и сейсмическую эффективность взрыва.
123
§ 1. Воздушные взрывы
В ряде районов бурение взрывных скважин существенно за-
труднено или нежелательно по экономическим соображениям.
В таких случаях для возбуждения упругих колебаний можно
использовать воздушные взрывы. С воздушными взрывами в опре-
деленных условиях были получены сейсмические материалы вы-
сокого качества. При взрывах в воздухе регистрируется мень-
шее количество отражений, чем при взрывах в скважинах, что
облегчает прослеживание основных (опорных) горизонтов. Для
воздушных взрывов стабильность условий возбуждения намного
выше, чем при взрывах в скважинах.
Однако воздушные взрывы при сейсморазведке имеют ряд
недостатков. Прежде всего небходимо принимать специальные
меры безопасности во избежание действия ударной волны (под-
робнее см. гл. VIII).
Для устранения помех от звуковой волны приходится уда-
лять пункт взрыва от сейсмоприемников на расстояние, опре-
деляемое временами вступлений отраженных волн, что не всегда
желательно. Подготовка воздушного взрыва (а обычно приме-
няются групповые заряды) занимает достаточно много времени.
И, наконец, воздушные взрывы значительно менее эффективны,
чем взрывы в скважинах. Действительно, при взрывах в воздухе
грунту, как уже отмечалось (§ 2, гл. III), передается незначи-
тельная часть энергии, тогда как при взрыве в скважине в грунт
уходит практически вся энергия. Колебания, возбуждаемые
воздушным взрывом, проходя через зону малых скоростей, сильно
затухают, поэтому для получения при воздушном взрыве такого
же сейсмического эффекта, как при взрыве в скважине, тре-
буется в 15—25 раз больше взрывчатого вещества.
В связи с тем, что воздушные взрывы применяются в не-
большом объеме, условия возбуждения колебаний при их исполь-
зовании изучены недостаточно. Однако к настоящему, времени
получен ряд экспериментальных зависимостей, связывающих не-
которые условия взрыва с параметрами сейсмических колебаний.
Показано, например, что плоские заряды заметно эффективнее
удлиненных (торцевые поверхности заряда параллельны поверх-
ности грунта).
Существенную роль при возбуждении колебаний играет при-
веденная высота подвеса заряда h = ЛД/G. Если заряд подвешен
слишком высоко, параметры ударной волны будут слабы для
того, чтобы возбудить в грунте колебания достаточной интенсив-
ности, если, наоборот, низко, то часть энергии воздушной удар-
ной волны будет расходоваться на разрушение грунта у поверх-
ности. Согласно данным ряда исследователей оптимальная при-,
веденная высота подвеса заряда h для различных видов верхних
слоев грунта изменяется от 1,4 до 1,8. Для заряда массой 40 кг
124
(не слишком большого для воздушных взрывов) оптимальная
высота подвеса h составит, таким образом, 5—7 м; подвешивать
заряды на такой высоте в полевых условиях достаточно сложно.
Вследствие этого при воздушных взрывах для лучшей передачи
энергии грунту надо использовать групповые заряды. Групповые
взрывы позволяют, кроме того, подавлять волны-помехи раз-
личного вида.
Расчеты параметров группы зарядов для подавления конкрет-
ных помех выполняются в соответствии с частотной теорией
группирования.
§ 2. Взрывы в грунтах
При наземной сейсморазведке основной объем наблюдений
производится с использованием взрывов зарядов в грунте.
Обычно заряд помещают в скважину под зону малых скоростей,
несколько ниже уровня грунтовых вод для обеспечения есте-
ственной забойки заряда. Значительно реже, чем в скважинах,
применяются взрывы в шурфах (неглубоких выработках раз-
личного вида), сопровождающиеся выбросом грунта. В зависи-
мости от условий района работ и свойственного данному району
характера волнового поля для взрывов в скважинах исполь-
зуются как одиночные, так и групповые заряды, а при взрывах
в шурфах — обычно групповые заряды.
Взрывы одиночных зарядов
Задача о сейсмическом действии взрыва с теми или иными
допущениями рассматривалась многими учеными. Впервые
(в 1942 г.) эта задача была решена Д. Шарпом, работа которого,
несмотря на определенную ограниченность, до сих пор сохра-
няет свое значение, на ней основаны некоторые решения вопросов
возбуждения колебаний при взрывах в грунтах ряда других
исследователей.
Д. Шарп рассматривал однородную идеально-упругую среду,
в которой находится сферическая полость радиуса г, причем
г соответствует такому расстоянию от заряда, при котором да-
вление, действующее на стенки полости, не превышает предел
упругости среды.
Импульс давления, действующий на стенки полости, был
принят ступенчатым, т. е.
р(‘, = 0	(,<0>;)	(IV.1)
Р(|)=Л (I&0). I
Исходя из условия (IV.1), Д. Шарп, рассматривая задачу
со сферической симметрией, получил решение для смещения
среды U(t) в виде затухающей синусоиды
U (t) = ——exp (— ®T/]/2)sin®x	(t>sO)	(IV.2)
2 У R
125
при расстоянии от центра полости до точки наблюдения R >>г;
здесь 1и |i — константы Ламэ (принято к — р,); т = (/? — r)lvPt
где г?р — скорость распространения волн; ® = 2]/2z?p/3r—види-
мая частота затухающей синусоиды Шарпа.
Согласно закону подобия радиус полости г пропорционален
корню кубическому из массы заряда G; г = кпУG (кп— коэффи-
циент пропорциональности). Зная G, кп, к = р, рг и vP, можно
из (IV.2) вычислить смещения в упругой волне для любых зна-
чений R >>г.
И. И. Гурвич при исследовании сферического излучателя
продольных волн также вводит эквивалентную полость с радиусом
Г = кп V"G.
Основными параметрами излучателя приняты частота соб-
ственных колебаний очага взрыва
2i,'„	_
f0 = ^G-'/^gG-1/з	(IV.3)
и относительный коэффициент затухания колебаний очага
m = vs/vp,	' (IV.4)
где vs — скорость распространения поперечных волн.
Согласно результатам экспериментальных работ величина кп
изменяется от 1 до 2,6 м/кгс1/з, g — от 35 до 60, причем для водо-
насыщенных грунтов g = 35 4- 42, для сухих — 50 и более.
Характер возбуждаемых колебаний в большой мере зависит
от вида p(t) на границе эквивалентной полости. Если давление
в очаге падает медленно по сравнению с периодом собственных
колебаний очага, определяемым в соответствии с формулой (IV.3),
и p(t) можно считать (аналогично Д. Шарпу) ступенькой, то
для амплитуды гармоники AL, соответствующей частоте Д, со-
гласно И. И. Гурвичу справедлива следующая зависимость от
массы заряда G'.
G
где а± — постоянная величина, a 6Д связано с Д соотношением
(VI.3).
Если давление, действующее на границу эквивалентной по-
лости, падает весьма быстро по сравнению с периодом колебаний
очага и импульс давления можно описать дельта-функцией, то
зависимость амплитуды гармоники А\ от массы заряда G будет
иной:
АЦ6) = а2У^- At(G).	(IV.6)
где Ai(G) определяется из (IV.5).
126
Различного рода теоретические решения качественно доста-
точно верно отражают характер процесса: возрастание ампли-
туды и периода волны с массой заряда; смещение спектра волны
в область низких частот при уменьшении vp в окружающей заряд
среде; неодинаковая для разных частот зависимость спектраль-
ных амплитуд Af от массы заряда и т. д. Однако при сопоста-
влении результатов эксперимента с теоретическими данными, как
правило, наблюдается заметное количественное расхождение. Это
вполне естественно, так как прежде всего грунт не является
идеально-упругой средой, а импульс, действующий на поверх-
ность «полости», по форме сильно отличается как от ступеньки,
. так и от дельта-функции, причем форма импульса зависит
от массы заряда и свойств окружающего заряд грунта. Нако-
нец, в рассмотренных решениях исключены все неупругие про-
цессы, а именно в зоне пластических деформаций и происходит
формирование волны сжатия. В связи с этим без применения усло-
вий, характеризующих нелинейные процессы в ближней зоне
взрыва, теория не сможет удовлетворительно объяснить резуль-
таты эксперимента.
Далее будут широко использованы экспериментальные дан-
ные ряда исследователей.
Влияние свойств взрывчатого вещества на параметры
упругой волны
Основными характеристиками заряда ВВ, которые могут
влиять на эффект взрыва и, следовательно, на параметры воз-
буждаемой упругой волны, являются: скорость детонации D,
начальная плотность р0, бризантность, удельная теплота взрыва q,
работоспособность и, наконец, выделившаяся при взрыве энер-
гия Е.
Между перечисленными характеристиками имеется ряд функ-
циональных зависимостей. Действительно, скорость детонации D
й удельная теплота взрыва для ВВ одного типа однозначно свя-
заны с начальной плотностью заряда. При взрыве заряда мас-
сой G выделяется энергия Е = Gq. Работоспособность для ВВ
со сходным составом продуктов взрыва можно приближенно
считать пропорциональной величине q. Бризантность характе-
ризует действие взрыва на контактирующую с зарядом преграду,
связанное не с полным импульсом взрыва, а лишь с его головной
частью и определяемое начальными давлением и скоростью про-
дуктов детонации. Следовательно, бризантность является одно-
значной функцией р0 и D (см. гл. I). Изложенное выше позво-
ляет считать, что свойства ВВ достаточно полно определяются
Удельной теплотой взрыва q и скоростью детонации D.
Результаты экспериментов, выполненных различными иссле-
дователями, показали, что амплитуда и частотный спектр воз-
буждаемых упругих колебаний для ряда ВВ определяются
127
выделившейся при взрыве энергией Е, т. е. массой заряда и удель-
ной теплотой взрыва q, и практически не зависят от скорости
детонации D в пределах изменения последней от 3500—4000
до 8000 м/с, т. е в диапазоне, характерном для ВВ, выпускае-
мых промышленностью. Этот факт имеет существенное практиче-
ское значение, так как стимулирл ет широкое применение в сейсмо-
разведке гораздо более дешевых, чем прессованный или литой
тротил, взрывчатых веществ с небольшими скоростями детонации,
в основном смесевых, обладающих в то же время достаточно'
высокой удельной теплотой взрыва. Предпочтение следует от-
давать тем ВВ, которые характеризуются при прочих близких
условиях (удобство и степень опасности при использовании,
водоустойчивость, критический диаметр и т. д.) наибольшим
отношением удельной теплоты взрыва (работоспособности или
фугасностп) к стоимости 1 кг ВВ.
При взрывах в шурфах и сухих скважинах (шнековое буре-
ние при глубине скважины меньше глубины залегания водонос-
ных горизонтов) нужно шире использовать дешевые неводоустоп-
чивые ВВ типа аммонита № 6, игданита и других гранулитов
с лалым содержанием тротила. Если забой скважины (шурфа)
достигает уровня грунтовых вод, то нижняя часть заряда, омы-
ваемая водой, должна состоять из водоустойчивого ВВ — аммо-
нит № 6 ЖВ и другие водоустойчивые аммониты, пироксили-
новые пороха, гранулированный или чешуировэнный тротил,
зерногранулиты с высоким содержанием тротила. Эти же ВВ
можно рекомендовать для более широкого применения в обвод-
ненных скважинах.
Влияние формы заряда на распределение энергии взрыва
и характер возбуждаемого волнового поля
Форма заряда в значительной мере определяет поле ударной
волны в среде, что особенно заметно вблизи очага взрыва.
Импульс продуктов взрыва 1а, действующих на преграду,
находящуюся вблизи заряда, связан с формой заряда следу-
ющим соотношением
=	(IV.7)
где /0 — полный импульс взрыва; Sa — площадь поверхности
заряда, контактирующей с преградой (параллельной преграде);
S — суммарная площадь поверхности заряда.
Представим себе цилиндрический заряд с радиусом г0 и вы-
сотой h0, основание которого параллельно преграде, находя-
щейся на небольшом расстоянии от заряда. На рис. 55 приве-
дены вычисленные в соответствии с формулой (IV.7) значения
импульса Д, передаваемого преграде (сплошная линия), и им-
пульса 12, рассеиваемого в направлениях, перпендикулярных
128
1
в грунте далеко не вся энер-
образование полезного сиг-
Рис. 55. Распределение импульса
взрыва в зависимости от формы
заряда
центральной оси заряда (пунктир), в процентах от суммарного
импульса взрыва в зависимости от r0/h0 при G = const. С ро-
стом гй]кй увеличивается 1г и уменьшается /2, т- е- улучшается
направленность взрыва.
Как показали опыты, вблизи очага взрыва скорость смеще-
ния грунта в заданном направлении пропорциональна импульсу
взрыва, действующему в этом же направлении.
Распределение энергии взрыва в пространстве оказывает су-
щественное влияние на характер возбуждаемого волнового поля.
Действительно, при взрыве заряда
гия волны сжатия расходуется на
нала. С волнами, отраженными от
глубинных горизонтов, связана
энергия волны сжатия, распростра-
няющейся в глубь грунта в пре-
делах сравнительно небольшого
телесного угла. Энергия волны
сжатия, распространяющейся вне
этого угла, является причиной
появления всевозможных волн-
помех (поверхностные, прелом-
ленные неглубокими горизонтами,
поперечные и т. д.). Опыт сейсмо-
разведки показал, что чем боль-
шая часть энергии взрывного им-
пульса направлена вертикально
вниз, тем больше амплитуда полез-
ного сигнала (отраженных волн) и
отношение сигнал/помеха. Увеличение горизонтально направлен-
ной энергии взрыва уменьшает величину этого отношения в связи
с повышением интенсивности волн-помех, поэтому при взрывах
в скважинах не рекомендуется применять заряды, у которых длина
более чем 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 его
удлинения. Кроме того, при удлинении заряда возрастает ин-
тенсивность волн-помех.
Поскольку размеры заряда ограничены размерами скважины,
для того чтобы избежать чрезмерного его удлинения (если тре-
буется заряд большой массы), следует применить групповой
взрыв из нескольких скважин. Для размещения заряда большой
Массы в плотных и пластичных породах целесообразно
производить предварительный взрыв небольшого заряда для об-
разования каверны, в которую затем помещают основной заряд.
Массу заряда предварительного взрыва можно оценить по фор-
муле (111.46). При этом нужно учитывать, что если насыпные
ВВ будут плотно заполнять каверну, то между шашками прес
сованного или литого ВВ обязательно будут промежутки.
S Заказ 41 й
129
Удлиненные заряды со скоростью детонации D, равной или
близкой к скорости распространения продольной волны в окру-
жающей среде, или со скоростью передачи детонации от одного
элемента заряда к другому, близкой к гд>, с успехом применяются
для подавления волн-спутников (волны, которые, отразившись
от дневной поверхности или подошвы зоны малых скоростей,
распространяются вниз вслед за основным сигналом, отставая
от него на несколько десятков миллисекунд).
Влияние массы заряда и глубины его заложения на параметры
возбуждаемых колебаний
По мнению большинства исследователей, амплитуда упругой
волны А изменяется с изменением массы заряда по закошу
A — kG1/1,
(IV.8)
Рис. 56. Характер изменения нормали-
зованного частотного спектра сейсми-
ческой волны с массой заряда
Gi G2 >> &з
где к — коэффициент, определяемый условиями возбуждения и
регистрации; Z, по данным различных экспериментов, изменя-
ется в основном от 1 до 3. Известны случаи, когда величина I
сама являлась функцией массы заряда G, возрастая по мере его
увеличения, а также отдель-
ные случаи, когда I была
больше 3 или меньше 1.
При увеличении массы
заряда G спектр возбуж-
даемых колебаний смещается
в область более низких ча-
стот (рис. 56), при этом умень-
шается ширина спектра.
По данным А. М. Иван-
чука, частота /т, соответству-
ющая максимуму спектра,
подчиняется закону
(IV.9)
где величина для различ-
ных грунтов изменяется в
пределах 3 sg Zx sg 6.
В ряде случаев при регистрации стандартной сейсморазведоч-
ной аппаратурой колебаний с большими путями пробега (по-
рядка нескольких километров) бывает трудно уловить разницу
в спектрах волн при изменении массы заряда; это может быть
обусловлено фильтрующей способностью как среды, так и ре-
гистрирующей аппаратуры.
Попытаемся теперь понять, с чем связано изменение величины
Z и Zj в столь больших пределах: 1 I 3 и 3 lL 6. Выше
(гл. III, § 4) отмечалось, что давление волны сжатия в ближней
зоне в зависимости от водонасыщенности грунта по-разному
130
растет с массой заряда. Для грунта, не содержащего воздуха
в порах, Др — по мере увеличения количества воздуха Др
возрастает с массой заряда все быстрее и в пределе для неводо-
насыщенных грунтов Др — G. Это обусловлено сильным зату-
ханием высокочастотных гармоник волны сжатия при взаимо-
действии с пузырьками воздуха, находящимися в порах грунта.
Таким образом,
Др=
(IV. 10)
где Z2 = 3 для водонасыщенных грунтов без защемленного воз-
духа и Z2 = 1 для неводонасыщенных грунтов.
Сравнивая формулы (IV.8) и (IV.10) и учитывая, что скорость
смещения среды и в волне сжатия связана с избыточным давле-
нием Др соотношением и = Др/р0Л (D — скорость волны сжа-
тия, для упругих волн D = ир), приходим к выводу, что в (IV.8)
I « 3 в водонасыщенных грунтах и уменьшается с содержанием
воздуха в порах до Z = 1 (неводонасыщенные грунты). При этом
коэффициент к2, а следовательно, и к резко падают (см. гл. III,
§ 4), т. е. ослабляется сейсмическое действие взрыва. Таким
образом, случай Z = 1, наиболее выгодный с точки зрения роста
амплитуды с массой заряда, невыгоден экономически. При опти-
мальных условиях взрывания Z £> 1, т. е. амплитуда колебаний
возрастает медленнее, чем масса заряда.
Для неводонасыщенных грунтов наблюдается заметно боль-
шая зависимость времени действия фазы сжатия взрывных волн
от массы заряда, чем для грунтов водонасыщенных. Время дей-
ствия фазы сжатия возрастает с уменьшением плотности грунта,
что также связано с затуханием высокочастотных гармоник вслед-
ствие их взаимодействия с пузырьками воздуха. Поскольку
fm^ i/T, где Т — период волны, можно полагать, что наиболь-
шее значение Zx = 6 относится к водонасыщенным грунтам и
Zj уменьшается с увеличением количества газового компонента
в порах грунта.
Самые низкочастотные колебания возбуждаются при взры-
вах в рыхлых сухих породах; коэффициент полезного действия
взрыва в таких породах весьма низок, так как волна сжатия
в них быстро затухает с расстоянием (см. гл. IV, § 3). При взры-
вах в породах скального типа, а также во льду возбуждаются
колебания, основная энергия К которых принадлежит высоко-
частотным составляющим, быстро затухающим по мере распро-
странения в толще земной коры. Волны с параметрами, близкими
к оптимальным, имеют место при взрывах в увлажненных пла-
стичных породах (водонасыщенные пески и глины).
При взрывах зарядов вблизи свободной поверхности, когда
образуется воронка (взрывы в шурфах), на характер нарастания
амплитуды колебаний оказывает влияние приведенная глубина
9*	131
заложения заряда h = Л/у7”G. Для учета этого влияния в фор-
мулу (IV.8) вводится дополнительный множитель 1//(лг):
A^-^-kG^.
f (п)
(IV.11)
Экспериментально установлено, что при прочих равных усло-
виях f (re) = у7"' re при re 1 и f (re) = 1, когда re 1, т. e, в слу-
чае нормального, а тем более ослабленного выброса, потери,
связанные с преждевременным прорывом продуктов взрыва
в воздух, достаточно малы и ими можно пренебречь. На рис. 57
приведена кривая зависимости амплитуды отраженной волны А
О 1	2 h
Рис. 57. Характер зависи-
мости амплитуды возбуж-
даемых колебаний от глу-
бины заложения заряда
(при условии, что свойства
грунта не изменяются с глу-
биной)
от приведенной глубины заложения
заряда h, типичной для случая, когда
свойства грунта не изменяются с глу-
биной. Начиная с h = 1, что для по-
ристых грунтов приближенно соответ-
ствует нормальному выбросу, ампли-
туда волны весьма слабо растет с уве-
личением h. При уменьшении А от 1 до
0,6 ослабление интенсивности неве-
лико, при дальнейшем уменьшении h
амплитуда колебаний падает довольно
резко. Таким образом, и здесь мы
видим аналогию с поведением избы-
точного давления в волне сжатия в ближней зоне (см. гл.
1П, § 4).
Как было отмечено, кривая на рис. 57 типична для случая,
когда свойства грунта не изменяются с глубиной. Однако обычно
при увеличении глубины повышаются плотность и водонасыщен-
ность грунта; тогда амплитуда отраженных волн возрастает и
при h > 1 тем существеннее, чем больше градиент изменения
плотности и водонаеыщенности с глубиной.
Если начиная с h = 0,6, повышение глубины заложения за-
ряда не всегда заметно сказывается на увеличении интенсивности
отражений, то отношение сигнал/помеха продолжает возрастать.
Дело в том, что увеличение глубины заложения заряда приводит
к ослаблению интенсивности поверхностных волн. Заглубление
заряда на расстояние, соизмеримое с длиной поверхностной
волны, приводит к существенному подавлению последней. Необ-
ходимо учитывать также, что при взрывах полного камуфлета
отсутствуют звуковыё волны, которые имеют высокую интен-
сивность в случае взрывов, сопровождающихся выбросом грунта.
При взрывах в скважинах большое значение имеет водяная уку-
порка заряда. Если столб воды над зарядом мал или отсутствует
вовсе, величина отношения сигнал/помеха заметно уменьшается
132
в связи с понижением интенсивности полезных волн и повы-
шением интенсивности волн-помех (поверхностных и зву-
ковых).
Рассмотрим случай, когда величина I в формуле (IV.8) сама
является функцией массы заряда G. Поскольку такой случай
противоречит закону подобия, причиной его могут быть изме-
нения условий проведения опыта.
Приведем несколько примеров изменений такого рода.
1.	При взрывах в скважинах увеличение массы заряда про-
исходит, как правило, за счет его удлинения, вследствие чего
уменьшается доля энергии, расходуемая на образование полезных
волн.
2.	При взрывах в шурфах постоянной глубины с увеличением
массы заряда растут потери энергии, связанные с прорывом
продуктов взрыва в воздух до того, как они произведут полную
работу сжатия грунта.
3.	По мере увеличения массы заряда амплитуда регистри-
руемых колебаний нарастает все медленнее и медленнее вслед-
ствие смещения сигнала в область более низких частот, по-
скольку, как отмечалось выше, высокочастотные и низкочастот-
ные гармоники колебаний по-разному зависят от массы заряда.
Это возможно и в случае, если среда и регистрирующая аппара-
тура образуют фильтр, в котором высокие частоты затухают
сильнее низких.
На основании изложенного можно сделать заключение, что
для резкого повышения интенсивности сейсмического сигнала
простое увеличение массы заряда очень часто может быть не-
выгодно как с экономической, так и с технической точки зрения.
Во-первых, амплитуда сигнала возрастает медленнее, чем масса
заряда, даже в тех случаях, когда форма зарядов сохраняется
постоянной. Во-вторых, увеличение массы заряда при взрывах
в?скважинах происходит обычно за счет его удлинения, а при
взрывах в шурфах постоянной глубины уменьшается промежуток
времени от момента детонации до выброса продуктов взрыва в воз-
дух; и то и другое приводит к нерациональному расходованию
энергии взрыва. И, наконец, в-третьих, весьма часто ампли-
туда волн-помех растет с увеличением массы заряда быстрее,
чем амплитуда полезного сигнала.
Таким образом, повысить коэффициент полезного действия
взрыва можно путем группирования зарядов.
Групповые взрывы
Групповым взрывом называется одновременный (или с не-
большим временем задержки) взрыв нескольких зарядов, распо-
ложенных в различных точках.
Аналогично группированию сейсмоприемников группирование
взрывов позволяет достичь следующих эффектов:
133
1)	статистический эффект, повышающий отношение ампли-
туды сигнала к амплитуде случайных помех, возбужденных
взрывом;
2)	эффект осреднения условий взрыва, позволяющий снизить
влияние местных (в окрестности очага взрыва) условий на ин-
тенсивность и форму возбуждаемых колебаний;
3)	эффект направленности, который дает возможность вы-
делить полезный сигнал на фоне волн-помех.
Указанные особенности группового взрыва подробно рассмат-
ривают в учебниках и учебных пособиях по сейсмической раз-
ведке. Мы остановимся еще на одном эффекте группирования
зарядов — усилении сейсмического действия взрыва и на не-
которых параметрах группового заряда, определяющих сейсми-
ческую эффективность взрыва.
7/////////////////Z
Влияние расстояний между зарядами
в группе на интенсивность возбуждаемых
колебаний
Расстояние между зарядами в группе в значительной мере
определяет величину энергии взрыва, расходуемую как на раз-
рушение грунта, так и на воз-
буждение колебаний.
В самом деле, рассмотрим
групповой взрыв с такими рас-
стояниями между зарядами,
когда зоны пластических де-
формаций, образованные взры-
вами единичных зарядов груп-
пы, перекрываются (рис. 58, а).
Вследствие взаимодействия
волн сжатия давление в об-
ласти перекрытия зон 3 повы-
шается, что приводит к допол-
нительным разрушениям грун-
та. Чем ближе заряды друг
к другу, тем больше область 3,
тем выше имеющие там место давления, тем интенсивнее
разрушения в этой области и соответственно тем больше
непроизводительный расход энергии на эти дополнительные раз-
рушения, связанные с взаимодействием волн сжатия. Если рас-
стояния между зарядами выбраны так, что зоны пластических
деформаций не перекрываются (рис. 58, б), то при взаимодей-
ствии волн сжатия заметных разрушений грунта не происходит.
В связи с этим при групповых взрывах в скважинах и шурфам
расстояния между зарядами должны быть выбраны таким обра-
зом, чтобы исключались возможность разрушающего взаимодей-
ствия зарядов и связанные с ним дополнительные потери энергии
134
Рис. 58. Расположения зарядов при
групповых взрывах.
1 — заряд ВВ; 2 — зона пластических
деформаций; <3 — зона нелинейного взаи-
модействия волн сжатия
взрыва. Можно считать, что эти потери становятся минимальными,
начиная с расстояния между зарядами в группе Lo, равного
двум радиусам зоны пластических деформаций, образованной
взрывом единичного заряда группы (при условии равенства масс
единичных зарядов группы).
Определим размеры радиуса зоны пластических деформаций .
гпл. Из законов подобия следует, что радиус любой зоны дей-
ствия взрыва, в том числе и гпл, пропорционален корню кубиче-
скому из массы заряда:
ra, = knn^G.	(IV.12)
По данным И. И. Гурвича, для различных условий проведе-
ния работ значение кпл изменяется от 1,0 до 2,6. Столь большой
диапазон колебания и сложность предложенной И. И. Гурвичем
оценки клл не позволяют широко пользоваться этим методом
на практике, поэтому для определения клл воспользуемся дан-
ными табл. 15, осредненными по огромному объему как специаль-
ных экспериментальных, так и производственных работ.
Рассмотрим взрыв вблизи свободной поверхности. В этом
случае, если масса заряда достаточна, произойдет выброс грунта
и образуется воронка. Экспериментальными работами А. Н. Ро-
машова и В. Н. Родионова показано, что деформация поверхности
грунта в пределах образующейся воронки носит неупругий ха-
рактер, а начальная скорость смещения поверхности совпадает
с максимальной скоростью движения соответствующего слоя
грунта при взрыве полного камуфлета. В связи с этим можно счи-
тать, что радиус зоны пластических деформаций гпл равен рас-
стоянию RB от центра заряда до края воронки (см. рис. 52). Этот
же вывод подтверждают экспериментальные данные Г. И. Покров-
ского и И. С. Федорова.
Таким образом (см. рис. 52)
/•пл = /?в =	+	.
Приняв во внимание формулу (IV.12)j получим
*пл = /и/2+г1	(IV.13)
Подставив в выражение (IV.13) G из формул Борескова
(III.58), (111.59)! получим
клл = /Г+7^ I /0,4М1+1,5п3) . (IV.14)
Значения коэффициента кв для различных пород приведены
в табл. 15. Следует учесть, что сейсмические взрывы в подавля-
ющем числе случаев проводятся в мягких породах с кв от 0,95
До 1,25, поэтому с достаточной степенью точности можно принять
KV«1.	(IV.15)
135
С учетом этого из (IV.12) и (IV. 13) следует, что для группы
зарядов в мелких скважинах или турфах (при взрыве имеет
место выброс грунта)
Д>-2ЯПЛ
2^G /1 + п2
s/0,4(l + l,5n3) ’
(IV.16),
где показатель выброса п с учетом (IV.15) определяется согласно
(III.57), (III.58) как
и = |/"1,67G/JV3 —0,67 .	(IV.17)
Рис. 59. Зависимость коэффи-
циента кпл от показателя вы-
броса п по формулам Боре-
скова (7), Лебрена (2) и Дам-
брена (3)
Для оценки радиуса зоны пластических деформаций при взрыве
полного камуфлета построим зависимость кпл от показателя
выброса п. На рис. 59 приведены
кривые кпл = / (п), вычисленные
с помощью формул Борескова
(III.58), (III.59), а также по при-
нятым за рубежом формулам Лебрена
G = /св1173 (0,09+ 0,91м3) для п>=1,
G = kBW3 ( 4^-ге)3 для n 1
Дамбрена
G = kBW3 (/1 + м2 - 0,41)3.
Экстраполируя кривые рис. 59,
получим для п = 0 (что соответ-
камуфлета) среднее значение кпл,
и
ствует взрыву полного
равное 1,5.
Таким образом, при камуфлетном взрыве заряда массой G
(в кг) радиус зоны пластических деформаций (в м)
ЯПЛ = 1,5Ж	(IV.18)
а оптимальное (с точки зрения отдачи энергии на возбуждение
колебаний) расстояние между зарядами в группе
=	(IV. 19)
Оптимальные расстояния между зарядами различной массы
((?! и G2) в группе могут быть определены по следующим формулам:
в скважинах (взрыв полного камуфлета)
L0=l,5(F^r + F^);	(IV.20)
в шурфах или мелких скважинах (при взрыве происходит выброс
грунта)
т =	'----- .  т v ...	,	(IV.21)
у/ 0,4 (1 + 1,5тг3) у 0,4 (1 + 1,5тг|)
где и п2 вычисляются по формуле (IV. 17).
136
Рис. 60. Типичные кривые зависимости
амплитуды сейсмического сигнала от рас-
стояния между зарядами в группах из т1
(1), т2 (2) и т3 (3) зарядов.
т1 m2 << т%
Формулы для определения оптимального расстояния между
зарядами Lo осреднены в соответствии с данными табл. 15. Од-
нако их точность вполне достаточна для использования при
сейсморазведочных работах. Полученные в ряде районов Совет-
ского Союза при различных условиях взрыва и регистрации
кривые зависимости амплитуды полезного сигнала А от рас-
стояния между зарядами L имеют один и тот же вид (рис. 60):
нарастание А с увеличением L, обусловленное уменьшением
потерь энергии на разру-
шение грунта, максимум А
на расстояниях, не более
чем на 10—15% отлича-
ющихся от рассчитанных
по формуле (IV.16) или
' (IV.19), и затем уменьше-
ние амплитуды сигнала.
Наличие спада кривых
А — f{L) для L > Ln не-
сколько неожиданно: в
условиях проведения опы-
тов интерференционный
эффект группирования был
незначителен даже при наи-
больших из применявших-
ся расстояний между заря-
дами.
Экспериментально уста-
новлено (см. рис. 60), что
чем больше число заря-
дов т в группе, тем больше
отношение Al=o/Al=l„,
т. е. тем сильнее возра-
стает сейсмический эффект
расстояний между зарядами.
Справедливость формул для расчета расстояний между за-
рядами подтверждается данными изучения влияния расстояний
между зарядами в группе на спектр регистрируемой волны.
Производились взрывы групп из четырех зарядов; масса единич-
ного заряда изменялась от 0,4 до 1,6 кг. Изучался спектр пря-
мой волны, распространявшийся в глубь земли по направлению,
близкому к вертикальному. Для того, чтобы свести к минимуму
действие грунта как фильтра, наблюдения проводились на рас-
стоянии от 30 до 100 м от центра группы. На рис. 61 приве-
.дена характерная зависимость спектра колебаний от расстоя-
ния между зарядами в группе.
С увеличением L спектр несколько смещается в область более
высоких частот. После достижения оптимального расстояния
между зарядами в группе Lo дальнейшее увеличение L в условиях
взрыва за счет правильного выбора
137
опытов уже не вызывает изменений спектра. Это объясняется,
очевидно, следующим. При изменении расстояний между зарядами
в группе от 0 до Ьй происходит нелинейное взаимодействие волн
сжатия, возбужденных взрывами единичных зарядов, поэтому
действие взрыва такой группы на окружающий грунт является
промежуточным между действиями одиночного заряда с массой,
равной сумме масс единичных зарядов в группе, и группы за-
Рпс. 61. Изменение частот-
ного спектра возбуждаемой
волны при увеличении рас-
стояний между зарядами
в группе.
1 — L = 0; 2 — 0 < L < L„-
3 — L Lq
допускаются отклонения
рядов с таким расстоянием между ними,
что нелинейное взаимодействие волн
сжатия исключено. В связи с этим
после достижения Lo дальнейшее уве-
личение L не вызывает изменения
спектра упругой волны.
Таким образом, при прочих рав-
ных условиях сейсмический сигнал
определенной интенсивности может
быть получен при наименьших расхо-
дах ВВ в результате взрыва группы
зарядов с расстояниями между ними,
рассчитанными в зависимости от усло-
вий взрывания по формулам (IV.16)
или (IV.19).
Надо учитывать, что максимумы
кривых А = f (L) не имеют острой
формы, поэтому отклонения от опти-
мальных расстояний на +20% не при-
водят к существенному уменьшению
амплитуды сейсмического сигнала.
В связи с этим при полевых работах
от Lo в указанных пределах. В табл. 16
приведены значения расстояний L(j между зарядами в группе,
пригодные для массы единичного заряда, изменяющейся в не-
которых пределах, и, наоборот, пределы изменения расстояний L
Таблица 16
Массы зарядов и расстояния между ними для
предварительного выбора условий взрыва
G, кг	По, м	G, кг	Lo, м
10-30	7,5	10	5,5-8
30—60	10	20	6,5—9,5
60—100	13	30	7,5—11
100—150	15	1	40	8,5-12
150—250	17	60	10—14,5
—	—	80	11-15,5
—	—	120	12-17
—	—	150	13-19
—	—	200	14,5—20,5
138
между зарядами, в которых для заданного G амплитуда сигнала
существенно не меняется.
Данные табл. 16 можно использовать для предварительного
бурения скважин на пикетах взрыва, когда требуемые величины
зарядов известны лишь приблизительно.
Следует отметить, что экономия ВВ за счет правильного вы-
бора расстояний между зарядами бывает существенной в том
случае, когда используются заряды большой массы. Взрывы
больших зарядов обычно производятся при сейсмических наблю-
дениях КМПВ и ГСЗ, а иногда в тяжелых сейсмогеологических
условиях и в МОВ.
Влияние числа зарядов в группе и их
величины на параметры возбуждаемых
колебаний
Рассмотрим групповой взрыв т зарядов массой Go каждый
в точках Ог, О2, . . ., От, расположенных в однородной среде.
Допустим, что при взрыве заряда в точке Ог в некоторую точку
приема В приходит импульсный сигнал Л,(/), который с по-
мощью интеграла Фурье выражается как
СО
— СО
где 5j(®) = j exp (—со — текущая частота;
5, (со) — комплексный спектр сигнала.
Если взрывы происходят одновременно в нескольких точках
и исключены нелинейные взаимодействия между волнами сжатия,
возбужденными единичными зарядами, то упругие волны, вы-
званные взрывами единичных зарядов, придут в точку приема
с некоторыми запаздываниями А£2, Д£3, • • ., Д£т относительно
времени прихода волны, возбужденной взрывом заряда в точке О±
(Д^ = 0). Так как заряды одинаковы по массе и предположи-
тельно расположены в однородной среде, можно считать, что
в результате взрывов каждого из зарядов группы в точку приема
В приходят волны, имеющие одну и ту же форму (форма коле-
баний изменяется с расстоянием значительно медленнее, чем
амплитуда) и различающиеся лишь по амплитуде вследствие
неодинаковых путей пробега из точек возбуждения до точки
приема. Поэтому
Ai (t) = fyA]^ (t + Д<().
В точке приема будет иметь место суммарное колебание
т
A(t) = A1(t) + ^klAAt + ^i).	(IV.22)
139
Перепишем формулу (IV.22) с помощью интеграла Фурье:,
СО
-4(f) —-Tji- J S (ю) exp (jat) da,	(IV.23)
— СО
где
5(®) =
ехр( —(IV.24)
Рис. 62. Зависимость амплитуды
сейсмического сигнала от числа
и массы зарядов в группе.
1 — т, ~ 1, G, = 0,4 кг, Z = 2 (дан-
ные по Саратовской области); 2 —
т, = 1, G, = 66 кг, I = 1,55 (ре-
зультаты по Западной Туркмении);
3 — т, = 3, G, ~ 10 кг, Z = 1,8 (ре-
зультаты по Башкирии); 4 — т, — 3,
G, = 5 кг, I = 2.3 (результаты по
Астраханской области)
Рис. 63. Частотные спектры колеба-
ний, возбуждаемых взрывами групп
с различным числом зарядов при
постоянной массе единичного заряда
G = 0,4 кг.
1 — т = 1; 2 — т = 2; з — m = 3;
4 — m = 6; 5 — т = 12
Расстояния между зарядами L при обычных сейсморазведоч-
ных работах намного меньше пути пробега волн до точки приема,
a L]vK Т {Т — период регистрируемой волны, vK — кажу-
щаяся скорость ее распространения). Тогда с достаточной степенью
точности можно считать kt = 1, Aiz = 0. С учетом этого вы-
ражения формулы (IV.24) и (IV.23) примут вид
СО
S (а) = f m.41(i)exp(— jat) dt = mSx (co);	(IV.25)
У (co) exp (/co/) oko — m.4j (/).
(IV.26)
140
Таким образом, при выполнении названных выше условий
амплитуда упругой волны изменяется пропорционально числу
зарядов в группе, а ее спектральная плотность остается неиз-
менной и определяется условиями взрыва, следовательно, А
т
mGt = S G£, t. e. амплитуда упругой волны пропорцио-
нальна суммарной массе зарядов группы.
Рассмотрим случай, когда суммарная масса зарядов группы
сохраняется постоянной, изменяется лишь число зарядов; осталь-
ные условия сохраняются прежними.
Пусть имеются две группы из т1 и т2
зарядов с суммарной массой G каждая.
' При взрывах единичных зарядов этих
групп массой С/тг и G/m2 возбужда-
ются колебания с амплитудами А[
и Ла соответственно.
Согласно формуле (IV.8)
А^/С/^уН/т^уу (IV.27)
Л1 \ G/m1 )	\т2 J	'
При групповых взрывах указанных
зарядов регистрируются колебания
с амплитудами Аг и Л2, отношение
между которыми согласно (IV.26) со-
ставит
Рис. 64. Зависимость спект-
ра возбуждаемых колебаний
от массы единичного заряда
группы.
1 — Gi = 4,8 кг, = 1, т2 ~ 3;
2 —	— 1,6 кг, 7nx — 1, т2 3;
3 — Gi = 0,4 кг,	т.! = 1,
тп2 — 12
т2
mi
А2 __ А2Ш2
^1 Aim1
(IV.28)
т. е. чем на большее число единичных зарядов дробится суммар-
ная масса зарядов группы, тем больше амплитуда возбуждаемой
волны.
И, наконец, общий случай. Пусть при взрыве группы из
зарядов массой Gt каждый регистрируется сигнал с амплиту-
дой Аг, а при взрыве группы из т2 зарядов массой G2 каждый —-
сигнал с амплитудой А2. В соответствии с изложенным выше
А2 = т.2 / G2 у/г
Ai mi \ G1 /
(IV.29)
Некоторые из результатов экспериментов, выполненных с
целью проверки рассмотренных положений, приведены на
рис. 62—64. На рис. 62 в безразмерных координатах приведена
зависимость амплитуды сигнала от числа (массы) зарядов в группе.
За единицу в каждой серии опытов принимался сигнал с ампли-
тудой Alt соответствующий наименьшему произведению m1G1.
141
Несмотря на то, что эксперименты выполнены в районах с раз-
личными сейсмогеологическими условиями при разных условиях
взрыва и регистрации, полученные данные хорошо совпадают,
что подтверждает справедливость изложенных соображений и
формулы (IV.29), которая с успехом может быть использована
при полевых работах для выбора параметров группы зарядов
и для предварительной оценки эффекта взрыва.
Анализ сейсмограмм, полученных при регистрации колеба-
ний вблизи очага взрыва, показал, что частотный спектр воз-
буждаемых волн не зависит от числа зарядов в группе (при рас-
стоянии между ними L = £0) и определяется массой единичного
заряда и условиями его подрыва (рис. 63). С увеличением массы
единичного заряда спектр упругой волны смещается в область
низких частот точно так же, как и при взрыве одиночного заряда
с массой, равной массе единичного заряда группы (рис. 64).
Таким образом, результаты экспериментов полностью под-
тверждают ранее изложенные соображения.
Выбор наиболее экономичной массы
единичного заряда группы при работах
КМПВ и ГСЗ
При работах КМПВ и ГСЗ, когда обычно используются за-
ряды большой массы, по формуле (IV.29) можно определить
оптимальную с экономической точки зрения массу единичного
заряда группы. Действительно, при увеличении числа зарядов
в группе сокращается количество ВВ, необходимое для полу-
чения полезного сигнала заданной интенсивности (IV.28), но
при этом увеличивается и число скважин, т. е. возрастают рас-
ходы на бурение. С этой точки зрения очевидно наличие опти-
мальной величины единичного заряда, т. е. такой его массы,
при которой в случае использования группы из определенного
числа таких зарядов сейсмический сигнал с необходимой ампли-
тудой может быть получен при минимальных материальных
затратах.
Допустим, что при взрыве группы из т1 зарядов массой Gt
каждый регистрируется сигнал с амплитудой А. Требуется по-
лучить сигнал с той же амплитудой, но при наименьших мате-
риальных затратах. Для этого в соответствии с формулой (IV.29)
при р = 1 необходимо изменить число зарядов до т2, а их
массу до б?2. Определим оптимальную с экономической точки
зрения величину каждого заряда G2.
Изменение материальных затрат АФ, т. е. экономия, обусло-
вленная изменением числа зарядов в группе до т2, а массы каж-
дого до G2, составит
АФ = (т1С1 — m2G2) z (т1 — т2) у,	(IV.30)
где z — стоимость 1 кг ВВ; у — стоимость одной скважины.
142
Преобразуем выражение (IV.30):
Согласно (IV.29) при р = 1
т2   / <?2 \-1/г
"ii	\ Gi /
С учетом этих преобразований экономия ЛФ является функ-
цией только изменения массы заряда G2}Gi
(» = -»А<1 - «)-]+.,О)-'1].
(IV.31)
Определим точки экстремума этой функции
(» - (tr+^т (f Г1"=»•
т. е.

(IV.32)
Умножая обе части формулы (IV.32) на
G12(1-1) = j(»”.
получим
откуда наиболее экономичная масса заряда
G3 =
z(Z-l)
(IV. 33)
Нетрудно убедиться, что при значении б?2, определяемом
формулой (IV.33), функция экономии ДФ имеет максимум. Физи-
ческий смысл формулы (IV.33) прост и в полной мере отражает
суть процесса: чем выше стоимость скважины и чем дешевле ВВ.
тем больше масса оптимального заряда, чем больше величина I
(чем медленнее нарастает амплитуда сигнала с увеличением
массы заряда), тем меньше G2.
Определив экспериментально величину I и зная стоимость
1 кг ВВ z и стоимость скважины у в условиях района работ,
по формуле (IV.33) легко установить оптимальную величину
заряда.
На рис. 65 приведена серия кривых зависимости стоимости
групповых взрывов от массы единичного заряда группы для раз-
личных условий работ. Цифры в скобках справа у каждой кривой
показывают число зарядов оптимальной массы, необходимое для
получения сигнала заданной интенсивности. Число зарядов
любой другой массы, нужное для получения такого сигнала,
вычислялось по формуле (IV.29). Все кривые имеют минимум
на соответствующем значении Сч,кв, определяемом по формуле
(IV.33) на основании исходных данных об условиях района работ
(табл. 17).
Таблица 17
Исходные данные по условиям работ для рис. 65
Номер кри- вой на рис. 65	1	У, руб.	Z, руб.	G3KB’ кг	^экв
1	2	21	0,6	35	1,54
2	3	30	0,2	75	1,875
3	2	12	0,2	60	1,78
4	1,5 	20	0,2	200	2,3
5	2,5	24	0,2	80	1,92
6	3	45	0,6	37,5	1,57
Из рис. 65 следует, что неудачный выбор массы единичного
заряда может привести к удорожанию группового взрыва на
десятки и даже сотни рублей по сравнению со стоимостью
группы, составленной из зарядов оптимальной массы. В то же
время не слишком большие отклонения массы единичного заряда
группы (на ±50%) от оптимальной величины незначительно
^Рув	2 (3)
Рис. 65. Кривые зависимости
стоимости группового взрыва от
массы единичного заряда группы
для различных условий работ
сказываются на стоимости груп-
пового взрыва.
Рассмотрим теперь более
сложный случай, просчитанный
Г. И. Авербухом, когда амплитуда
колебаний А возрастает медлен-
нее, чем число зарядов т:
Л=ат1'\	(IV.34)
где Ь > 1.
Тогда выражение (IV.29) при-
мет вид
А2 _ ( т2 y/b / G2 \l/i о
4Х Uh/	I Gi )	Р’
(IV. 35)
Такой случай может иметь место, когда условия взрыва в раз-
личных скважинах не идентичны.
Кроме того, формула (IV.29) предусматривает обеспечение
партии буровыми станками, исключающее простои. Если буровых
станков недостаточно, следует учитывать дополнительные эко-
номические показатели: х — стоимость 1 ч простоя на геофизиче-
ских работах, т — время бурения 1 скважины.
Изменение стоимости простоя партии из-за различия времени
бурения скважин и т2 составит
(тх — т2) гх.
144
Тогда различие стоимости групповых взрывов, обусловлен-
ное изменением числа зарядов в группе до т2, а массы каждого
до G2 аналогично формуле (IV.30)
=”[’ (' -+’ (с- Fc-) + (‘ “ Й ”1'
Выразив в соответствии с формулой (IV.35) через Gi]G1,
получим
Продифференцировав по переменной GJGr и прозведя те же
преобразования, что и в предыдущем случае, будем иметь
^+“)(<Г=яЙ-т)
или
<IV-36)
В случае, когда Ъ = 1 (амплитуда колебания возрастает
пропорционально числу зарядов в группе), а дополнительные
объемы бурения не вызывают простоев партии, формула (IV.36)
сводится к (IV.29).
Проанализируем формулу (IV.36). Прежде всего очевидно,
что группирование зарядов имеет смысл лишь в том случае, когда
Ъ заметно меньше I. Например, если стоимость скважины у =
= 30 руб., стоимость 1 кг ВВ z = 0,6 руб., т = 0 (бурение не
задерживает геофизических работ), b = 1,2, I = 1,5, то G3 со-
ставит 200 кг.
Если при тех же значениях указанных параметров имеет
место простой из-за бурения при стоимости 1 ч простоя 45 руб.
и времени на бурение одной скважины т = 1 ч, будет равно
500 кг. Наоборот, при тех же параметрах и IJb = 1, 1/7 =0,5 G2
составит 50 кг, если нет простоя, и 125 кг в случае аналогичного
простоя из-за бурения.
При выборе оптимального заряда следует принимать во вни-
мание не только стоимость ВВ и бурения и зависимость ампли-
туды возбуждаемых колебаний от массы зарядов и их числа
в группе, но и число буровых станков в партии, их производи-
тельность, техническое состояние и т. д.
Рассмотрим коротко основания для выбора единичного за-
ряда группы при взрывах в шурфах. Стоимость шурфа обычно
Ю Заказ 419	145
Рис. 66. Характер зависи-
мости потерь энергии, связан-
ных с выбросом продуктов
взрыва в воздух, от массы за-
ряда и глубины его заложения
при работах в шурфах
достаточно мала, и ею можно пренебречь при расчетах (при при-
менении зарядов большой массы), поэтому при оценке массы
заряда в шурфе следует учитывать лишь потери, связанные
с преждевременным выбросом продуктов взрыва в воздух.
На рис. 66 показан характер
кривой зависимости потерь энер-
гии Еп от отношения G/h3 [вы-
числена на основе (IV.11)]. Для
того чтобы потери, связанные с пре-
ждевременным выбросом продуктов
взрыва в воздух, не были слишком
велики, отношение G/h3 должно быть
возможно ближе к единице или
в крайнем случае не превышать
5-8.
К выбору массы заряда в шурфе
на основании (IV. 37) необходимо
подходить творчески: при исполь-
зовании дорогих ВВ (прессованный
или литой тротил) следует увеличивать глубину шурфа, при
использовании дешевых ВВ (аммонит № 6, игданит, зернограну-
литы с малым содержанием тротила и др.) можно применять
довольно большие заряда при малых глубинах шурфов.
Группирование зарядов в водоемах
при работах КМПВ и ГСЗ
При проведении работ КМПВ и ГСЗ в качестве пунктов
взрыва часто используются различного вида водоемы (пруды,
озера, ручьи и т. д.)- Эффективность взрывов в водоемах вслед-
ствие передачи энергии взрыва в плотный водонасыщенный грунт
заметно выше, чем при взрывах в шурфах, и при правильном
подборе условий взрывания приближается к эффективности
взрывов в скважинах.
Водоемы, в которых взрывные работы разрешены, обычно
ограничены по размерам и глубине. В соответствии с этим сле-
дует выбирать величину зарядов.
Для того, чтобы не были слишком велики потери энергии,
связанные с прорывом продуктов взрыва в воздух, максимальная
масса заряда Gmax при взрывах в водоемах не должна превы-
шать 2,0—2,5Gnp (где Gnp — предельная масса заряда, макси-
мальный радиус пузыря rmax для которого равен глубине во-
доема Н):
max
2,56пр.
(IV.37)
Масса заряда
по графику рис.
Gnp для разных глубин водоема Н выбирается
67, построенному для условия Н = гтах.
146
Если энергия взрыва заряда массой Gmax недостаточна для
получения рабочей сейсмозаписи, целесообразно применять груп-
пирование зарядов. Если глубина водоема в пределах располо-
жения группы зарядов неодинакова, масса каждого заряда должна
определяться по графику рис. 67
в соответствии с формулой (IV.37)
в зависимости от глубины водоема
в месте его заложения. Расстояния
между зарядами в группе следует вы-
бирать по формуле (IV. 19) или, если
глубина водоема непостоянна, по фор-
муле (IV.20). При ограниченных раз-
мерах водоема расстояние между за-
рядами в группе можно несколько со-
кратить по сравнению с расчетным, но
оно ни в коем случае не должно быть
меньше полусуммы радиусов пузырей
двух соседних зарядов.
Возбуждение поперечных волн
При взрыве сосредоточенного за- Рпс- 67. Зависимость глу-
ряда в скважине или в шурфе в одно- бпны погружения заряда от
родной среде поле волны сжатия об-	Н = г
ладает сферической симметрией, и по-
перечных волн не образуется. Для
эффективного возбуждения поперечных волн необходимы напра-
вленные горизонтальные урилия, вызывающие деформацию
сдвига в грунте. Такое воздействие реализуется при ударе груза,
подвешенного по типу маятника, по вертикальному срезу (уступу)
грунта. Однако ударное воздействие ограничено по энергии и
недостаточно для получения отражений от глубинных гори-
зонтов.
Энергия, выделяемая при взрыве заряда ВВ, определяется
только размерами заряда. Однако для использования взрывов
с целью возбуждения поперечных волн необходимо создать усло-
вия, ослабляющие действие взрыва во всех направлениях, кроме
одного, или, наоборот, усиливающие действие взрыва в одном
из направлений. Такого рода условия были найдены и успешно
использованы для возбуждения колебаний при сейсморазведке
поперечными волнами.
Первый из способов применяется в случае приповерхностных
взрывов. Вдоль поверхности грунта прокапывается (при помощи
землеройной техники) канава глубиной до 1,5 м. На стенке ка-
навы закрепляются заряды ВВ, затем канава засыпается рых-
лым грунтом (рис. 68). Основное действие взрыва передается
в горизонтальном направлении той стенке канавы, на которой
10*
147
укреплен заряд; действие взрыва на противоположную стенку
и дно канавы ослаблено рыхлым грунтом засыпки, в котором
волны сжатия сильно затухают с расстоянием (см. гл. III,
§ 4).
При применении этого способа следует учитывать, что ампли-
туда продольных волн Ар возрастает практически пропорцио-
нально массе заряда G (взрыв в рыхлом грунте) (см. гл. Ill,
§ 4), в то время как амплитуда поперечных волн Лд увеличи-
вается значительно медленнее. Если при взрывах малых зарядов
7
Рис. 68. Схема расположения заряда
при взрывах у поверхности грунта.
1—стенка канавы; 2—заряд ВВ; 3 —
рыхлый грунт
Рис. 69. Схема возбужде-
ния поперечных волн
взрывами в скважинах.
а — вид сверху; б — вид в
разрезе. 1 — вспомогатель-
ные скважины; 2 — рабочие
скважины; 3 — каверна;
4 — разрушенная зона;
стрелки характеризуют ско-
рость движения грунта к
разрушенной зоне при взры-
ве рабочего заряда; 5 —
заряд
в условиях, показанных на рис. 68,
Лд > ЛР вследствие ослабления дей-
ствия взрыва рыхлым грунтом, то
при увеличении массы заряда отно-
шение сигнал/помеха (Лд/ЛР) по
указанной причине уменьшается
(в методе поперечных волн продольные волны являются поме-
хами). В связи с этим в рассматриваемом способе для канавы
шириной 0,8 м применяются небольшие заряды, обычно не
более 0,2 кг (редко 0,4—0,6 кг). Предельные массы зарядов для
другой ширины канавы могут быть оценены по приведенным
данным на основе закона подобия. Поскольку указанные вели-
чины зарядов недостаточны для получения отражений от глу-
бинных горизонтов, заряды группируются вдоль стенки канавы.
Можно применять также детонирующий шнур, распределенный
по стенке канавы.
Во втором способе реализуются взрывы в скважинах. Бурят
не менее двух рядов скважин (рис. 69). Во вспомогательных
скважинах производится предварительный взрыв, в результате
чего вокруг каждого из зарядов линии 1 образуются каверны и
разрушенные зоны. После этого производится рабочий (регистри-
руемый) взрыв в скважинах линии 2, возбуждающий поперечные
148
волны. Механизм их возбуждения полностью не ясен; можно
полагать, что возбуждение поперечных волн в этом случае свя-
зано с усилением движения грунта в направлении от линии ра-
бочих зарядов к линии вспомогательных зарядов. Действительно,
волна сжатия при отражении от свободной поверхности, которой
могут служить трещины зоны разрушения или каверна, как
известно, меняет знак и в направлении к рабочим зарядам от
свободных поверхностей будет распространяться волна разгрузки.
Волна разгрузки усиливает течение грунта в направлении от
заряда к свободной поверхности. Максимальное усиление имеет
место вдоль прямой линии, соединяющей рабочий заряд со сво-
бодной поверхностью. Возникает градиент скорости течения
различных слоев (см. рис. 69), и трение друг о друга слоев, дви-
гающихся с различными скоростями, приводит к деформации
сдвига, вследствие чего и возбуждаются поперечные волны.
Следует отметить, что даже при взрывах в оптимальных ус-
ловиях на сейсмограммах регистрируются достаточно интенсив-
ные помехи в виде продольных волн. Для их подавления исполь-
зуется методический прием, названный «вычитанием» и основан-
ный на том, что поперечные волны при изменении направления
воздействия на противоположное изменяют свою фазу на об-
ратную. Для этого производятся разнонаправленные взрывы.
При использовании канав заряды располагают на противопо-
ложных стенках. Сначала взрывают заряды, укрепленные на
одной стенке, затем заряды, расположенные на другой. Анало-
гично этому при взрывах в скважинах с обеих сторон от линии
вспомогательных зарядов симметрично бурят два ряда рабочих
скважин. При «вычитании» сейсмограмм от разнонаправленных
взрывов записи поперечных волн суммируются, так как эти волны
имеют противоположные фазы, а записи продольных волн, фазы
которых не зависят от направленности взрыва, взаимно по-
гашаются.
Рассмотренные в настоящем параграфе закономерности да-
леко не всесторонне описывают связь между условиями взрыва
и параметрами сейсмических колебаний. Ряд вопросов возбужде-
ния колебаний изучен недостаточно, поэтому приведенные здесь
сведения не могут дать ответы на все вопросы, возникающие
в практике полевых сейсморазведочных работ. Тем не менее
изложенный в гл. III и IV материал при его творческом осмыс-
ливании может существенно облегчить решение ряда практиче-
ских задач.
Приведем несколько примеров.
I. В § 4 гл. 111 указана решающая роль защемленного воздуха в затуха-
нии волн сжатия вблизи очага взрыва, поэтому, например, при работах ГСЗ,
если планируется использовать какой-то водоем (пруд, небольшое озеро
И Т. д.) в качестве постоянного пункта взрыва, следует выяснить, не пере-
сыхал ли этот водоем в недавнем времени. Дело в том, что в результате пе-
ресыхания в придонных слоях грунта образуются значительные количества
149
защемленного воздуха, существенно ухудшающего сейсмическую эффекти-
вность взрыва.
II. Для получения необходимой информации требуются колебания,
обогащенные высокочастотными гармониками. В § 4 гл. III сделан вывод,
что с увеличением водонасыщенностн и плотности грунта, окружающего
заряд, время действия волны сжатия уменьшается, следовательно, увеличива-
ется энергия высокочастотных гармоник. В настоящем параграфе указано,
что спектр возбуждаемых колебаний не зависит от числа зарядов в группе
и при уменьшении массы единичного заряда смещается в область высоких
частот. На основании изложенного для решения поставленной задачи це-
лесообразно использовать групповые взрывы малых зарядов, расположен-
ных в плотных, водонасыщенных породах.
§ 3. Наземные «невзрывные» источники сейсмических колебаний
Основные типы импульсных источников
Возможность отказаться от дорогостоящих буровзрывных
работ давно привлекала внимание геофизиков различных стран.
Были попытки заменить взрывы в скважинах взрывами в воз-
духе и в шурфах. Но эти методы трудоемки, требуют больших
расходов ВВ, поэтому их не удалось внедрить в заметных
объемах.
Первый и простейший невзрывной источник сейсмических ко-
лебаний — удар свободно падающего груза был опробован paBHOj
еще, по-видимому, в 30-х годах. Однако ограниченная энергия
воздействия и невозможность суммирования слабых сигналов
исключили внедрение этого метода в нефтяной разведочной гео-
физике. Удар свободно падающего груза применялся в весьма
ограниченном объеме и для решения частных задач: прослежи-
вание неглубоких горизонтов методом преломленных волн (на-
пример, для строительных целей), каротаж неглубоких скважин,
исследовательские работы. Так, удар груза, подвешенного по
типу маятника, явился первым источником колебаний при раз-
работке метода поперечных волн.
Первые же опыты с падающим грузом, как в СССР, так и
за рубежом, показали, например, что наземные невзрывные
источники имеют ограниченную мощность; кроме того, сигнал,
возбужденный наземным источником, сильно затухает в зоне малых
скоростей. В связи с этим наземные невзрывные источники сле-
дует отнести к разряду слабых источников: груз массой около 3 т,
свободно падающий с высоты 3 м, передает грунту энергию около
90 кДж. Примерно такая же энергия выделяется при взрыве
заряда тротила массой 20 г. Правда, в последнем случае усло-
вия передачи энергии грунту хуже, чем достигаемые при ударе
груза, поэтому наземные источники имеют значительно более
высокий «тротиловый эквивалент».
Внедрение сейсмостанций с записью на магнитной пленке и,
как следствие, появление сейсмостанций-накопителей открыли
новые возможности для внедрения слабых наземных источников,
В связи с широким внедрением метода общей глубинной точки
150
существенно возросли объемы бурения, что явилось новым сти-
мулом для разработки «невзрывных» источников.
Первыми наземными «невзрывными» источниками явились
установки, использующие удары свободно падающего груза.
Различные модификации таких устройств эксплуатируются как
в СССР, так и за рубежом. Наиболее широкое применение нашла
установка «Географ» Мак-Коллума (США), в которой груз
в 2,8 т сбрасывается с высоты около 3 м. Устройство, удерживаю-
щее груз, срабатывает по электрическому сигналу с сейсмостан-
ции. На грузе установлен прибор, регистрирующий момент его
удара о грунт. Подъем груза осуществляется при помощи при-
вода, работающего от двигателя автомобиля. Установка «Географ»
смонтирована на автомобиле. Она эксплуатировалась в различ-
ных районах США и других стран.
По данным рекламного характера, удар этой установки по
сейсмической эффективности эквивалентен взрыву заряда тро-
тила массой 0,5 кг в неглубоком шурфе. Однако в процессе экс-
плуатации были выявлены ее существенные недостатки. Прежде
всего вследствие низкой скорости падения груза (менее 8 м/с)
небольшие неровности грунта и углубление отпечатка груза при
последовательных воздействиях в одной точке ухудшали синхрон-
ность ударов и, как следствие, синхронность возбуждаемых сиг-
налов, что снижало эффективность их накопления на магнитной
ленте. Действительно, изменение рельефа грунта или глубины
отпечатка от 3 до 6 см приводит к изменению времени пробега
груза от 3,75 до 7,5 мс, с соответствующим изменением времени
вступления возбуждаемых колебаний, слишком большим для
их эффективного суммирования.
Кроме того, как показали результаты экспериментов, основ-
ная часть энергии колебаний, возбуждаемых установкой «Гео-
граф», относится к частотам ниже 25 Гц, что во-первых, снижает
разрешающую способность сейсморазведки с таким источником
и, во-вторых, затрудняет выделение отражений на фоне низко-
частотных поверхностных волн при помощи фильтрации.
Для повышения скорости падения груза был предложен ряд
способов, например, разгон груза сжатой пружиной или электро-
магнитным полем, дополнительное ускорение груза за счет созда-
ния под ним вакуума и т. д. Однако сколько-нибудь заметного
промышленного применения эти способы не получили.
Прежде чем перейти к рассмотрению других типов источ-
ников, остановимся вкратце на основных требованиях, предъявля-
емых к ним сейсморазведкой. Это прежде всего достаточно вы-
сокие энергия воздействий и их синхронность, широкий набор
частот спектра возбуждаемых колебаний, наконец, мобильность
источника.
Эти требования предусматривают источник с быстрым осво-
бождением накопленной тем или иным способом энергии. Такие
источники на основе взрыва газовых смесей, расширения сжатого
151
невзрывчатого газа, разряда батареи конденсаторов впервые были
внедрены при сейсморазведке на акваториях (см. гл.У), где
сильно действующим стимулом их разработки и внедрения явился
запрет на сейсмические работы с применением конденсированных
ВВ. Впоследствии источники сейсмических колебаний на основе
указанных видов освобождения энергии были разработаны и
опробованы для целей наземной сейсморазведки.
Не все источники нашли промышленное применение, однако
знание принципов их работы поможет инженеру-геофизику как
при эксплуатации существующих источников, так и при внедре-
нии новых установок.
Разряд батареи конденсаторов на электроды с промежутком
между ними, заполненным водой, был реализован в установке
«Дипосейс» (США). Основной ее элемент — стальная герметичная
емкость, заполненная водой, с гибким днищем (диафрагмой),
устанавливаемым на специальную плиту. Электроды разме-
щены внутри емкости. При расширении парогазовой полости,
образующейся при разрядке, диафрагма прогибается и давит на
плиту с определенной силой, а плита передает это воздействие
грунту.
В СССР был достаточно успешно опробован электроискровой
источник «ЭИВУК» при работах в скважинах с использованием
пейсмостанции-накопителя. Были получены качественные сейсми-
ческие материалы, однако «ЭИВУК» не нашел промышленного
применения при работах МОВ и МОГТ из-за необходимости
бурения скважин на каждом пикете возбуждения.
Имеются сведения об успешном опробовании этого источ-
ника при вертикальном сейсмическом профилировании (ВСП),
где перспективы внедрения его значительно выше: глубокая
скважина может быть отработана из одной-двух скважин, пред-
назначенных для возбуждения колебаний, в то время как при
использовании конденсированных ВВ потребуется во много раз
больше взрывных скважин.
На несколько иной основе используется разряд батареи кон-
денсаторов во внедряемой в СССР электродинамической уста-
новке «Сейсмодин», работа которой основана на взаимодействии
магнитных полей, возникающих при разряде.
Несколько типов пневматических источников были разра-
ботаны для наземной сейсморазведки. Основным узлом пневма-
тической установки «Террапак» (США) (рис. 70) является сило-
вой механизм, заимствованный из металлообрабатывающей про-
мышленности и переоборудованный для целей наземной сейсмо-
разведки. Источник представляет собой цилиндр 1, разделенный
поршнем 2, который связан штоком 3 с ударной плитой 4.
В объем А под поршнем подается сжатый азот под давлением
порядка 10 кгс/см2; вспомогательный поршень 8 в это время
находится в крайнем нижнем положении. Под действием давле-
ния поршень 2 вместе со штоком 3 и плитой 4 поднимается в край-
152
нее верхнее положение. Клапан 5 в это время открыт, и объем Б
сообщается с атмосферой. Затем в объем В подается сжатый воз-
дух из батареи баллонов до давления 120 кгс/см2. По электри-
ческому сигналу от сейсмостанции срабатывает быстродействую-
щий вентиль 6, подающий небольшое количество сжатого воз-
духа под давлением 120 кгс/см2 в объем Б.
Под действием давления в объеме Б поршень 2 смещается,
и сразу же на него начинает действовать сжатый воздух, нахо-
дившийся в объеме В.
Ударный механизм — поршень 2, шток 3, плита 4 с большим
ускорением движется вниз и на
скорость до 18 м/с. Таким об-
разом, при массе ударного меха-
низма 630 кг энергия удара по
грунту составляет 10500 кгс-м.
Движение цилиндра 1 вверх
компенсируется пневматиче-
скими амортизаторами. С по-
мощью этих амортизаторов
(путем изменения давления
в них) регулируется высота ци-
линдра над грунтом.
После удара включается на-
сос 7, подающий масло под да-
влением в объем Г под вспо-
могательный поршень 8. Под
действием давления масла пор-
шень 8 поднимается вверх,
сжимая азот в объеме А. По
мере подъема поршня 8 и по-
вышения давления в объеме А
отрезке пути в 25 см набирает
Рис. 70. Схема пневматической уста-
новки «Террапак»
начинает движение вверх ударный механизм 2—4. В конце
концов поршень 2, полностью вытеснив сжатый воздух в объем В,
занимает крайнее верхнее положение, после чего открывается
клапан 5 и остатки сжатого воздуха из объема Б сбрасываются
в атмосферу. Выключается насос 7, и поршень 8 под действием
давления азота в объеме А вытесняет масло в бак, после чего
закрывается клапан 5: «Террапак» готов к следующему удару.
К достоинствам установки «Террапак» следует отнести не-
большой расход воздуха: воздух в рабочем объеме В сжимается
за счет работы гидронасоса 7. Таким образом, для обеспечения
работ не требуется мощного компрессора.
Установка смонтирована на трехосном автомобиле; общая
масса ее 18 т. Ударная плита 4 имеет диаметр 1,5 м. При назван-
ных параметрах воздействия плита при первом ударе по грунту
вдавливается на 1,5—4,5 см (в зависимости от свойств грунта).
При следующих ударах в той же точке деформации грунта после-
довательно уменьшаются.
По принципу действия к «Террапаку» близка установка СИП —
самоходный излучатель поверхностный, в которой вместо сжа-
того воздуха используются взрывчатые газовые смеси.
В другом типе пневматического источника использованы
камеры, применявшиеся для морской сейсморазведки (см. гл. V).
Пневматическая камера, аналогичная изображенной на рис. 90,
помещается в заполненный водой контейнер, днище которого вы-
полнено в виде гибкой диафрагмы (аналогично установке «Dina-
pulse»). Возникающая при выхлопе сжатого воздуха сила дей-
ствует через диафрагму на поверхность грунта, возбуждая в нем
сейсмические колебания.
Наибольшее применение среди импульсных наземных источ-
ников нашли различные модификаций установки «Диносейс»
Рис. 71. Схема первого варианта Рис. 72. Схема основного варп-
взрывной камеры установки «Диносейс» анта взрывной камеры
установки «Диносейс»
(США), в которой для возбуждения колебаний используется
энергия взрыва газовой смеси кислород—пропан.
В первом варианте этой установки в качестве источника ис-
пользовалась камера, изготовленная в виде сильфона 1 (рис. 71).
Во внутренний объем А камеры через ввод 2 подается газовая
смесь. Смесь воспламеняется искрой при разряде на искровую
свечу. Давление в объеме А быстро возрастает, сильфон стре-
мится расшириться в вертикальном направлении и ударная
плита 3, обладающая намного меньшей инерцией по сравнению
с «реактивной» массой 4, резко вдавливается в грунт. Установка
смонтирована на скрепере. Для повышения эффективности воз-
действия камера не просто опускалась на грунт, но и прижималась
к нему за счет части массы скрепера, приложенной к камере через
гидравлическую систему. Диаметр камеры составляет 1,5 м,
масса камеры около 4 т.
Более широко применяются установки «Диносейс» с камерами
диаметром от 500 до 900 мм (рис. 72). Основными деталями
камеры являются цилиндр 1 с днищем 2, поршень 3, крышка 4.
В объем А подается сжатый воздух под давлением порядка 2—
4 кгс/см2, в объем Б — газовая смесь; при этом поршень 3 мо-
154
укот приподняться вверх, сжимая воздух в демпферном объеме А.
Смесь воспламеняется искрой, горение в металлическом шланге
переходит в детонацию, и детонационная волна через ввод 5
попадает в объем Б, инициируя находящуюся там смесь. Давле-
ние в объеме Б резко возрастает, и днище у цилиндра вдавли-
вается в грунт, возбуждая в нем сейсмические колебания, а пор-
шень 3 движется вверх.
Через малый промежуток времени, достаточный для передачи
анергии в грунт, под действием давления продуктов взрыва
в объеме Б открывается выхлопной клапан 6, и продукты взрыва
через глушитель 7 сбрасываются в атмосферу. В момент, когда
силы, действующие на днище 4 (давление продуктов) и на крышку
(давление воздуха в объеме Л), уравняются, камера оторвется
от грунта и будет двигаться вверх за счет энергии, сообщенной
поршню. Гидравлическая система обеспечивает свободное дви-
жение камеры вверх и притормаживает ее при опускании. Камера
возвращается на грунт плавно, интенсивность волн-помех при
этом невелика, они практически не регистрируются на сейсмо-
граммах.
Установки «Диносейс» монтируются на различных транспорт-
ных средствах (автомобилях, тракторах, прицепах и т. д.). В за-
висимости от грузоподъемности транспортной базы и размеров
камеры установка оборудуется одной, двумя (чаще всего) или
четырьмя камерами, срабатывающими одновременно. При поле-
вых сейсморазведочных исследованиях применяют 3—5, а иногда
и больше синхронно работающих установок, обслуживающих
сейсмостанцию-накопитель.
Перемещения нескольких установок «Диносейс» в процессе
накопления сигналов позволяет реализовать самые сложные по
конфигурации «группы источников», позволяющие высококаче-
ственно выделять полезные сигналы на фоне различного рода
помех. Мобильность установок «Диносейс» обеспечивает высо-
кую производительность работ при существенном снижении их
стоимости за счет отказа от бурения взрывных скважин и от
применения конденсированных ВВ.
По принципу действия «Диносейс» близка к установке
«Флекс-О-Ган» (США). Основой ее являются газовая система
«Диносейс» и взрывные камеры, предназначенные для погружения
внутрь среды. В варианте наземных работ на одной транспорт-
ной единице две камеры крепятся на гидроцилиндрах, обеспе-
чивающих их задавливание в болотистые или другие мягкие
грунты на глубину до 6 м. При работе на акваториях камеры
буксируются судном на заданной глубине.
По принципу действия камеры «Флекс-О-Ган» близки
к пневматическим излучателям, описанным в § 4 следующей
главы. Существенным отличием является лишь то, что вместо
сжатого воздуха в рабочий объем подается газовая смесь про-
пан—кислород под давлением около 4 кгс/см2. При взрыве смеси
155
(смесь поджигается искрой в шланге, горение разгоняется до
детонации и детонационная волна инициирует смесь в рабочем
объеме) вследствие быстрого, практически мгновенного повышения
давления в рабочем объеме до 100—120 кгс/см2, поршень, запи-
рающий рабочий объем, смещается, и продукты взрыва через
выхлопные отверстия вырываются в окружающую среду, воз-
буждая в ней сейсмические колебания.
Как уже отмечалось, установка «Флекс-О-Ган» предназна-
чена для работ как в наземных, так и в морских условиях. Уста-
fl	6
Рис. 73. Схема источника на базе
дизель-молота
новки «Диносейс» также успешно
эксплуатировались при морской
сейсморазведке.
По характеру воздействия про-
межуточное положение между
источниками с ударом свободно па-
дающего груза и источниками,
использующими взрывы газовых
смесей, занимает разрабатыва-
емая в СССР установка на базе
строительного дизель-молота.
Принцип действия установки за-
ключается в следующем (рис.73, а):
плита 1 с поршнем 2 устанавли-
вается на грунт, груз 3 до 2 т
с выемкой А поднимается в верх-
нее положение и удерживается
там специальным захватывающим
устройством 4. По электриче-
скому сигналу от сейсмостанции захватывающее устройство осво-
бождает груз, и он падает вниз по направляющим 5 таким об-
разом, что выемка А' груза 3' садится на поршень 2 плиты 1.
В этот момент через форсунку 6 в выемку А' впрыскивается
дизельное топливо. Движение груза вниз продолжается, и на-
ходящийся в выемке воздух с распыленным в нем дизельным
топливом разогревается вследствие адиабатического сжатия. При
определенном заданном положении цилиндр 3 — поршень 2 смесь
воспламеняется разрядом искровой свечи. Давление в выемке
резко повышается, благодаря чему плита 1 вдавливается в грунт,
а груз 3 летит вверх, где захватывается устройством 4; уста-
новка готова к следующему воздействию.
Необходимо отметить, что воздействие плиты на грунт на-
чинается не в момент взрыва смеси, а несколько ранее: на грунт
передается воздействие, обусловленное повышением давления
в выемке А' при посадке на поршень 2. Зависимость нагрузки
на плиту от времени показана на рис. 73, б, где начальное плав-
ное нарастание силы, действующей на плиту, связано с повыше-
нием давления в смеси при сжатии, а резкое повышение и резкий
спад — со взрывом смеси.
156
Особняком стоит установка «Геофлекс» (США). Принцип действия уста-
новки заключается в следующем. Буксируемый трактором плуг прокладывает
канаву, в которую по мере движения плуга укладывается детонирующий
шнур (ДШ). Борона, буксируемая вслед за плугом, засыпает ДШ грунтом.
Длина канавы 50—100 м. Используются также групповые взрывы отрезков
ДШ в нескольких параллельных канавах. Применение столь длинных за-
рядов, расположенных вдоль профиля, дает возможность успешно подавлять
как поверхностнее, так и звуковые волны.
В СССР аналогичные установки основаны на несколько ином принципе:
вместо плуга используются также серийно выпускаемые канавокопатели,
позволяющие укладывать ДШ на большую глубину (до 1 м и более), что
обеспечивает несколько меньшее по сравнению с «Геофлекс» затухание ко-
лебаний в верхних слоях (ЗМС), отличающихся наиболее высоким поглоще-
нием. При опробовании таких установок получены положительные геологи-
ческие материалы; начато их широкое внедрение.
Все из рассмотренных выше устройств передают грунту крат-
ковременное (с длительностью порядка десятка миллисекунд)
воздействие, поэтому носят общее название — импульсные источ-
ники сейсмических колебаний.
Вибрационные источники сейсмических колебаний
Особое место как по способу возбуждения колебаний, так
и по объему применения за рубежом получил метод, названный
вибрационным.
Вибрационные методы и аппаратура различного типа для их
реализации разрабатывается и подготавливается к внедрению
рядом организаций Советского Союза.
Суть этого метода сводится к следующему. К поверхности грунта
прикладывается нагрузка в форме синусоиды с частотой /, плавно
изменяющейся по заранее заданному закону. Продолжитель-
ность нагрузки (сеанс посылки) 7—8 с (иногда и больше). Макси-
мальная сила нагрузки достигает 8—10 тс. Частота нагрузки
изменялась на первых порах от 20 до 80—100 Гц. В последние
годы для увеличения глубинности применяют посылки с изме-
нением частоты от 10—12 до 40—60 Гц. Общая длительность
записи достигает 12 —14 м и складывается из времени сеанса по-
сылки и длительности полезной записи.
Зарегистрированные при помощи обычных сейсмоприемников
записи подвергаются специальной обработке, которая заклю-
чается в вычислении взаимокорреляционной функции между
колебаниями, сообщенными поверхности грунта, и колебаниями,
зарегистрированными сейсмоприемниками, и сводится к преоб-
разованию вибрационной сейсмозаписи в импульсный вид —
к свертыванию записи. Обработка производится на вычислитель-
ных центрах.
Для реализации синусоидальной нагрузки на грунт исполь-
зуются гидравлические вибраторы с электронно-электрическим
управлением, обеспечивающим изменение частоты приложения
нагрузки по заданной программе. Вибратор, плита, передаю-
щая нагрузку грунту, и системы обеспечения и управления
157
монтируются на транспортных базах различного типа (автомобили,
тракторы, вездеходы). Общая масса установок достигает 16—18 т.
Для повышения глубинности исследований применяют 3—4
одновременно и синхронно работающих установки. Регистрация
осуществляется большой группой сейсмоприемников. Отдельные
сеансы посылки на одном пикете возбуждения повторяются
до 10—30 раз, и полученные записи синхронно суммируются.
Нагрузка на грунт передается через стальную плиту пло-
щадью до 2 м2. Таким образом, при существующих нагрузках
(до 10 тс) вибрационные источники в отличие от импульсных
воздействуют на грунт в пределах упругих деформаций, что
позволяет достигать высокой воспроизводимости возбуждаемых
сигналов.
Вибрационные источники были внедрены на несколько лет
раньше перечисленных выше импульсных, за исключением удар-
ной установки «Географ». На первом этапе применения вибрацион-
ного сейсмического метода его преимущества видели в ненадоб-
ности бурения взрывных скважин, в повышении производитель-
ности и безопасности работ по сравнению со взрывами, в хорошей
воспроизводимости возбуждаемых сигналов. Однако по мере раз-
вития и внедрения невзрывных методов возбуждения колебаний
выяснилось, что импульсные источники обладают указанными
качествами в такой же или почти в такой степени, но не требуют
сложной аппаратуры для преобразования полевых записей в им-
пульсный вид. Более того, импульсные источники не требуют
коренного изменения методики и технических средств сейсмораз-
ведки. В связи с этим основные преимущества и недостатки вибра-
ционных и импульсных источников следует искать в тех их осо-
бенностях, которые позволяют выделять полезные сигналы на
фоне помех.
Регулярные волны, регистрируемые при применении любых
импульсных источников, по форме близки к случайным есте-
ственным помехам (от транспорта, полевых работ, промышлен-
ных предприятий, ветра и т. д.). При использовании вибрацион-
ных источников выделяется сигнал, параметры которого известны.
Благодаря тому, что искусственная форма сигнала сильно отли-
чается от формы естественных случайных помех, создаются благо-
приятные условия для обнаружения полезных сигналов от вибра-
ционных источников на фоне помех, возбуждаемых естествен-
ными источниками. Однако это затрудняет выделение полезных
сигналов на фоне помех, возбуждаемых непосрёдственно самим
вибрационным источником, особенно в тех случаях, когда волны-
помехи во много раз превосходят по интенсивности отражения
от глубинных границ.
Следовательно, из-за повышенной помехоустойчивости вибра-
ционных сейсмических методов к нерегулярным помехам сни-
жается помехоустойчивость к регулярным волнам-помехам, воз-
буждаемым самим источником.
158
В качестве недостатков вибрационного метода нужно отметить
«нечитаемость» первичных полевых записей и ограниченность
в выборе систем наблюдения.
Мощность вибрационного источника намного меньше мощности
импульсного [по суммарной энергии, переданной в грунт, не-
большая мощность вибрационных источников компенсируется
длительным (7—8 с) сеансом посылки], поэтому он работает
в пределах упругих деформаций, что позволяет добиться высокой
воспроизводимости возбуждаемых сигналов.
При вибрационном возбуждении отдельные спектральные со-
ставляющие вводятся в среду последовательно во времени, что
позволяет формировать практически любой спектр генерируе-
мого сигнала. Управление спектром дает возможность существенно
улучшить в некоторых районах качество получаемых сейсмиче-
ских материалов по сравнению с другими видами источников.
Таким образом, вибрационные и импульсные методы имеют
свои технико-экономические преимущества и недостатки, по-
этому некоторые сейсморазведочные задачи, сравнительно просто
решаемые испульсными источниками, могут оказаться трудными
при применении вибрационных методов, и наоборот. Вибрацион-
ные и импульсные источники должны не конкурировать, а до-
полнять друг друга.
Влияние параметров механического воздействия
на характеристики возбуждаемых колебаний
Процесс возбуждения при использовании описанных назем-
ных невзрывных источников (исключая «Геофлекс») сводится
к удару груза по грунту или к ударной нагрузке, передаваемой
в грунт через какую-либо металлическую плиту. При этом плита
не только перераспределяет воздействие на большую площадь,
снижая таким образом энергию, расходуемую на разрушение
грунта, но и вместе с поверхностью грунта образует некоторую
колебательную систему, преобразующую импульс, действующий
на плиту.
При постоянных параметрах воздействия на плиту смещение
ее с увеличением массы увеличивается до некоторого предела,
а затем уменьшается. Чем выше масса плиты, тем больше период
ее колебательного смещения (вместе с поверхностью грунта).
При уменьшении массы плиты форма ее колебаний приближается
к форме импульса действующей силы. При увеличении площади
плиты, контактирующей с грунтом, период ее колебаний умень-
шается незначительно, а величина смещения — существенно. При
повышении модуля упругости грунта амплитуда колебаний плиты
падает, а период их несколько уменьшается.
Таким образом, изменяя массу плиты и ее площадь, для опре-
деленного типа грунта можно получать импульсы воздействия
с1различными параметрами.
159
Если удельная нагрузка на грунт р при ударном воздей-
ствии не превышает предела упругости грунта щ, то форма и
амплитуда возбуждаемых колебаний не зависят от номера воз-
действия N при последовательных ударах по одной и той же пло-
щадке; после нескольких десятков таких воздействий на поверх-
ности грунта практически не остается отпечатка.
Если р > os, то при ударных воздействиях грунт уплот-
няется, причем амплитуды возбуждаемых колебаний с номером
удара N возрастают. Это объясняется тем (см. гл. III, § 4), что
вторичное нагружение грунта (до величины максимального на-
пряжения отах, достигнутого при первом нагружении) проис-
ходит практически по закону разгрузки. Предел упругости щ.
при повторном воздействии
на грунт практически равен
O’max,, и, хотя максимальное
напряжение при повторном
нагружении amaX2 > omax,, не-
обратимые изменения структу-
ры грунта меньше, чем првг пре-
дыдущем Воздействии. В связи
Рис. 74. Характер зависимости
амплитуды возбуждаемых колебаний
от числа ударных воздействий по
одной п той же площадке.
1 — р, < as; 2 — р2 > <js; з —
Ра ’ Р2 ’
с этим при р > os с увеличением
номера воздействия снижается
энергия, расходуемая на не-
обратимые деформации грунта.
Наконец, после определен-
ного количества воздействий
дальнейшие удары по той же площадке практически не вызывают
уплотнений грунта и амплитуда возбуждаемых колебаний с уве-
личением N свыше No (до определенных пределов, зависящих
от нагрузки на грунт и свойств грунта) остается неизменной.
Затем при некотором A% происходит разрушение структуры
грунта, и амплитуда возбуждаемых колебаний для N > Nk
начинает уменьшаться.
На рис. 74 приведены типичные кривые зависимости ампли-
туды возбуждаемых колебаний А от номера воздействия для
различных удельных нагрузок на грунт. Чем больше р, тем
при большем No амплитуда колебаний достигает максимума и
тем меньше [тем короче пологий участок кривой А = /(2V)].
Величина Nk зависит от свойств грунта; в частности, при увели-
чении влажности грунта Nк возрастает.
При интенсивных воздействиях, свойственных импульсным
наземным источникам, особенно велика разница между ампли-
тудами колебаний, возбуждаемыми первым (Лх) и вторым (Л2)
воздействиями: отношение А2/А1 может достигать 1,4—1,6. Раз-
личия между А2 и А3, А3 и А4 значительно меньше, поэтому при
использовании наземных источников первое воздействие по за-
данной площадке очень часто не регистрируется и служит лишь
для предварительного уплотнения грунта.
160
в связи с уплотнением грунта период возбуждаемых колебаний
для N <$ 7V0 несколько уменьшается с номером воздействия.
Разрушение структуры грунта (N i> Nk) приводит не только
к уменьшению амплитуды, но и к увеличению периода возбуждае-
мой волны.
Воздействие на грунт (или передающую плиту) можно оха-
рактеризовать двумя параметрами: энергией Е и импульсом I
(при ударе свободно падающего или искусственно разгоняемого
груза вместо импульса воздействия в качестве параметра может
быть использовано значение количества движения).
Рис. 75. Зависимость амплитуды и периода колеба-
ний от энергии (а) и импульса удара (б).
Ео = 330 кгс-м, /0 = 305 кгс-с
Экспериментальные кривые зависимости амплитуды А (кри-
вые 7) и периода Т (кривые 2) возбуждаемых колебаний от энер-
гии удара Е свободно падающего груза (при I = const) и от
импульса удара I (при Е = const) приведены на рис. 75. Из
рисунка видно, что амплитуда и период колебаний возрастают
как при увеличении значения Е, так и при повышении вели-
чины I. Однако энергия удара влияет на амплитуду колебаний
значительно больше, чем на их период, и, наоборот, при увели-
чении импульса удара период колебаний возрастает сильнее, чем
амплитуда. Таким образом, амплитуда колебаний определяется
при прочих равных условиях в основном энергией воздействия,
а главным фактором, влияющим на период колебаний, является
импульс воздействия.
Поскольку поверхностные источники возбуждают достаточно
низкочастотные колебания (Г до данным рис. 75 изменяется от
23 до 35 мс), то одним из требований к невзрывному наземному
И Заказ 419	161
Рис. 76. Схема взрывной
камеры
источнику является получение воздействия с высокой энергией
и не слишком большим импульсом (количеством движения).
Рассмотрим факторы, которые могут влиять на параметры
воздействия на примере источника, использующего энергию
взрыва газовой смеси.
Основной принцип действия таких источников, в том числе
и сильно различающихся по конструкции, иллюстрируется
рис. 76. Поршень 1, связанный штоком 2 с ударной плитой 3, раз-
деляет цилиндр 4 на два объема — А и Б. В объем Б (демпфер-
( давлением р0 в несколько килограмм-
сил на квадратный сантиметр (как для
удержания поршня с плитой в задан-
ном положении, так и для их возвра-
щения в исходное положение после
воздействия). Объем А заполняется до
давления р'о газовой смесыо, при взрыве
которой давление в объеме А практи-
чески мгновенно достигает значения
Poi = & *Ро (при взрывах стехиометри-
ческих смесей	кислород—пропан—
бутан к* изменяется в зависимости
от состава горючего в пределах 20—25).
При взрыве смеси поршень 1 разго-
няет плиту, которая, пройдя некоторый
путь hk, ударяет по грунту. Цилиндр 4
в это время поднимается вверх.
Обозначим перемещение поршня
(плиты) вниз через и цилиндра
вверх — через h2. Уравнение движе-
ния действующей на грунт массы Мх (поршень—шток—плита)
в рассматриваемом случае имеет вид
= PA-P^ + M.g,	(IV.38)

где рх и р2 — переменные давления в детонационном и демпфер-
ном объемах соответственно; — площадь верхней торцевой
поверхности поршня; S2 — площадь нижней торцевой поверх-
ности поршня (с учетом размеров штока); g — ускорение сво-
бодного падения.
Так как в нашем случае процесс близок к адиабатическому, то
/ h V1.
P1~jPo1 (. h0 + h ) ’
Pi — Ро (
nho
nho— h )
(IV.39)
где Ло — начальная высота столба газовой смеси (см. рис. 76);
п = (Уб — величина демпферного объема); h = h1 + h2
^2^0
162
(см. рис. 76); кх и к.2 — отношения теплоемкостей cp]cv для
продуктов взрыва и воздуха.
- Если пренебречь силами тяжести и силой давления воздуха
в демпферном объеме (так как сила давления продуктов взрыва
на порядок и более выше на первых этапах движения), то в лю-
бой момент времени на ударный механизм с массой Мх и цилиндр
4 с массой М2 действует одна и та же сила.
В связи с этим цилиндр и ударный механизм за любой про-
межуток времени Ai приобретают практически одинаковое коли-
чество движения, т. е.
M-jVy = Л/2р2,
откуда
С учетом этого выражения формула (IV.39) примет вид
P1^Pai [ Ao + /»i(1+W^-2) О ’	(IV.40)
+	] •	(IV.41.)
Подставив (IV.40) и (IV.41) в уравнение движения (IV.38),
получим
d2/ii	Г /гр ”1*1 о Г nho	.
т ~di^~ ~ Рп L ЛоН-Л1 (l+a) J ~	Н/г0-Ы1 +с0 J +
(IV.42)
где
т —MjS^ а-М^М* p=52/‘5'i-
Интегрируя (IV.42), получим для скорости перемещения
ударного механизма.
dki
V2gh0 тё^к12°1ц1 + а)
fi _г___________Т1-1!
I L^o+^i(i+a) J )
________nfipo________(Г nh0_______________"И2-1 if I hl
mg (fc2 — 1) (l+a) (L nh0 — МЖ) J ) ** h0
(IV.43)
11*
163
Для продуктов взрыва смеси кислород—пропан—бутан
к1 = 1,25, для воздуха к2 — 1,4.
Проанализируем решение (IV.43). Прежде всего видно, что
с увеличением пути разгона /гх скорость ударного механизма и,
следовательно, энергия воздействия возрастают.
Для схемы источника, приведенной на рис. 76, очевидно
наличие максимума энергии воздействия. Действительно, по
мере смещения поршня относительно цилиндра рг падает, а р2
возрастает. При /г*, соответствующем равенству = p2S2,
энергия, приобретенная поршнем, достигает максимума, и даль-
нейшее увеличение /гх будет вызывать уменьшение скорости
перемещения ударного механизма; величина определяется пара-
метрами конструкции источника.
Скорость перемещения ударного механизма возрастает также
с увеличением р01 (или, что практически то же самое, р0') и
Рй1]т и с уменьшением т и а. Путем уменьшения величины Мх
можно достичь преимущественного возрастания энергии воз-
действия по сравнению с его импульсом.
Схема приведенного расчета пригодна также для источников,
использующих для разгона ударного механизма энергию сжа-
того невзрывчатого газа.
Выводы, следующие из формулы. (IV.43), — возрастание энер-
гии воздействия с увеличением параметров En[Va (вместо р01),
EJm, а и с уменьшением т (Ео — выделившаяся энергия, Vo —
объем, в котором выделилась энергия Ео) справедливы и для ис-
точников других типов.
На основе приведенной схемы расчета ВНИИГеофизикой
разработаны генераторы сейсмических колебаний — установки
СИП и ГСК, использующие энергию взрывов газовых смесей.
По принципу действия и техническим параметрам эти установки
близки к описанным выше источникам «Диносейс».
Установки СИП и ГСК эксплуатируются в различных рай-
онах СССР, в том числе на участках с тяжелыми условиями бу-
рения и возбуждения. Повсеместно получены при ограниченном
числе суммируемых воздействий (обычно не более чем по 16 воз-
действий двух синхронно работающих установок) интерпрети-
руемые сейсмические материалы, по качеству и глубинности
исследований не уступающие материалам от взрывов тротила
в скважинах, а в ряде случаев даже превосходящие их. Уста-
новки ГСК в настоящее время выпускаются серийно.
Задачи к главе IV
Определить оптимальную с экономической точки зрения величину еди-
ничного заряда и расстояние между такими зарядами в группе. Используется
литой тротил (0,6 руб./кг), стоимость взрывной скважины — 24 руб.; ампли-
туда колебаний возрастает с массой заряда по закону А = G.
Решение. Согласно формуле (IV.33) оптимальная масса заряда
G=wfcij- = 40 кг-
164
Оптимальное расстояние между такими зарядами [см. формулу (1V.19)]
Zo = 33/40 «= 10 м.
Задачи для самостоятельного решения
1. При взрыве заряда массой 1 кг регистрируется волна, максимум
спектра которой соответствует частоте 55 Гц. На какой частоте будет иметь
место спектр этой же волны при взрыве заряда в 30 кг ? Формула (IV.9)
при = 4,5.
2. В районе исследований для получения необходимой информации при
работах ГСЗ взрывали заряды массой 2000 кг в одной скважине (в камуф-
летной полости). Определить оптимальную массу единичного заряда, число
зарядов и расстояния между ними, необходимые для достижения такого же
эффекта.
Стоимость 1 кг ВВ 0,4 руб., стоимость скважины 30 руб., характер
зависимости амплитуды колебаний от массы заряда Л ~ характер за-
висимости амплитуды от числа зарядов (А — то,8д):
а)	бурение дополнительных скважин не вызывает простоя партии;
б)	стоимость 1 ч простоя партии 55 руб. при времени бурения одной
скважины 40 мин.
Использовать формулы (1V.19), (1V.35), (IV.36).
Глава V
ВОЗБУЖДЕНИЕ СИГНАЛА ПРИ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ
РАБОТАХ НА АКВАТОРИЯХ
Начало морских сейсморазведочных работ относится к 30-м
годам текущего столетия. До середины 60-х годов для возбужде-
ния сигнала использовался в основном взрыв конденсированных
ВВ. При работах методом отраженных волн (МОВ) заряд распо-
лагался вблизи дневной поверхности водоема так, чтобы продукты
взрыва прорывались в атмосферу в конце расширения. Такое
расположение заряда снижало сейсмическую эффективность
взрыва, но позволяло избавиться от волн-помех, возникающих
при пульсации продуктов взрыва.
Вследствие бурного роста объема морских сейсморазведочных
работ уже в начале 60-х годов перед геофизиками встала острая
проблема охраны ихтиофауны. В 1968 г. сейсморазведочные ра-
боты с применением конденсированных ВВ были запрещены па
Каспийском море и ограничены на остальных акваториях страны.
В то же время в результате совершенствования аппаратуры и
методики наблюдений (одноканальное профилирование МОВ,
метод общей глубинной точки) к источнику сигнала стали предъ-
являть требования, трудно выполнимые при работах с конденси-
рованными ВВ. Одним из них было повторение воздействий
через 5—10 с. При ведении взрывных работ в таком темпе беспре-
рывно в течение многих часов использование конденсированных
ВВ, по крайней мере по традиционным схемам, встретило значи-
тельные трудности, так как возникла необходимость автомати-
зации работ.
Как показали специальные исследования, для уменьшения по-
ражающего действия источника сейсмического сигнала на рыбу
необходимо значительно снизить давление в ударной волне. Для
большинства видов рыб нижняя граница поражающего давления
во фронте волны находится в пределах 6 4- 30 кгс/см2. Однако вид
формулы для определения безопасных и летальных (смертельных)
расстояний
7?б = Кб VG ; Rn = Кл /G .	(V.1)
166
* говорит о том, что действие взрыва определяется не только дав-
лением, но и импульсом волны. Значения коэффициентов Кб и
Ял в формуле (У. 1) для некоторых видов рыб приведены в табл. 18.
j	Таблица 18
Действие взрыва на некоторые виды рыб
Вид рыбы	Коэффици- енты		Параметры поражающей ударной волны		Диапазон ис- следованных масс зарядов, кг
		кб	давление, кгс/см2	импульс, кгс*с/м2	
Атерина 		27	45	6—7	20—24	9—26
Тарань 		17	22	12—17	43-55	9—52
Бычок 		1,1	5	44—65	282—317	10,4—20,8
Осетровые 		—	11,5	18—22	127-137	10—20
Сазан 		7	12	16—24	74—158	2—50
Большое значение имеет крутизна фронта нарастания давле-
ния в волне. Волны с большой длительностью фазы сжатия и
плавным нарастанием и спадом давления менее опасны, чем волны
той же амплитуды, но с крутым фронтом.
Снизить поражающее действие взрыва на рыб можно и при ис-
пользовании конденсированных ВВ. Уменьшение величины за-
ряда с 10—15 кг до 50 г за счет усовершенствования технологии
работ приводит к соответствующему сокращению зоны поражения.
Такой метод ведения взрывных работ реализован во французской
системе «Флексотир». Уменьшение величины заряда до 50 г без
снижения сейсмической эффективности взрыва возможно как за
счет размещения заряда на оптимальной глубине, так и за счет
использования многократных перекрытий при работах методом
общей глубинной точки.
Объем зоны поражения уменьшается в 1,5—2,0 раза и в слу-
чае применения так называемых составных зарядов, позволя-
ющих снизить среднюю скорость детонации. При взрыве таких за-
рядов в определенных направлениях происходит деформация
импульса возбуждаемой ударной волны с уменьшением амплитуды
и увеличением продолжительности фазы сжатия. Снизить пора-
жающее действие взрыва можно путем использования взрывча-
тых веществ с низкими скоростями детонации.
Радикально вопрос решается лишь при снижении плотности
энергии, выделяемой в очаге возбуждения сейсмического сигнала,
на 2—4 порядка по сравнению с конденсированными ВВ. Этого
в первую очередь можно достичь при переходе от конденсирован-
ного ВВ к газообразному при использовании выхлопа под водой
сжатого воздуха. Напомним, что давление в детонационной волне
Pi= -%- p0D зависит от плотности р0 ВВ, которая при переходе от
167
конденсированных к газообразным ВВ уменьшается натри порядка.
За этими источниками закрепился термин «невзрывные». Макси-
мальное давление в очаге возбуждения, как правило, не превы-
шает 100—150 кгс/см2, а в акустической волне на расстоянии
1 м — 10 кгс/см2. Такие источники практически безопасны для
ихтиофауны.
Полная энергия, выделяемого при одиночном воздействии
«невзрывных» источников обычно не превышает энергию взрыва
100 г тротила, что соответствует примерно 400 кДж на разрядной
емкости электрогидравлического разрядника, 40 л газовой взрыв-
чатой смеси пропан—кислород, энергии сжатого воздуха объ-
емом 12 л при давлении 150 кгс/см2.
Требование безопасности источников для ихтиофауны ограни-
чивает амплитуду возбуждаемого ими сигнала (волны давления)
в воде, поэтому остальные параметры (такие, как глубина по-
гружения источника, профиль и длительность фазы сжатия волны)
должны выбираться из условия сосредоточения максимума энер-
гии сигнала в том диапазоне частот, в котором ведется регистра-
ция сейсмических колебаний. Оптимальная глубина погружения
источника соответствует примерно четверти преобладающей длины
регистрируемых волн, т. е. для частот 30—45 Гц равна 12—8 м.
Но при таких глубинах погружения у большинства типов источ-
ников пульсация газовой полости создает волны-помехи и ухуд-
шает разрешенность сейсмической записи.
§ 1.	Подавление пульсации при подводном взрыве
Еще в 1956 г. Р. Кнудсен предложил для подавления пульса-
ции при подводном взрыве конденсированных ВВ располагать
заряд внутри перфорированной сферы или трубы (рис. 77, а). Внут-
ренние размеры перфорированной оболочки превышают макси-
мальный радиус газовой полости, а суммарная площадь отвер-
стий составляет около 30% поверхности оболочки. Ослабление
пульсации происходит за счет сопротивления потоку воды при
сжатиях газовой полости.
Волна, вызванная детонацией ВВ и первым расширением про-
дуктов взрыва, ослабляется в гораздо меньшей степени, чем по-
вторные волны. Этот способ реализован во французской системе
«Флексотир» для зарядов ВВ в 50 г. Он обеспечивает 5—6-крат-
ное подавление амплитуды повторных волн относительно первой.
Как показали исследования, непосредственное использование
способа Кнудсена при работах с невзрывными источниками не-
выгодно, так как при этом наблюдается примерно трехкратное
снижение амплитуды первой волны по сравнению с сигналом, воз-
буждаемым тем же источником без оболочки. Увеличение площади
перфорации уменьшает ослабление первой волны, но одновременно
ухудшает подавление повторных волн.
168
Этот недостаток можно в принципе устранить, если располо-
жить источник внутри двух раздвигающихся перфорированных
цилиндров, у которых в начальный момент I (рис. 77, б) отвер-
стия во внутреннем и внешнем цилиндрах совпадают. Под дей-
ствием расходящегося потока воды цилиндры раздвигаются и
площадь проходных отверстий уменьшается. Большая площадь
проходных отверстий в начальный момент I, когда излучается
первая волна, и уменьшение отверстий в момент II при сжатии
полости повышают эффективность подавления пульсации. Воз-
можны и другие решения этого вопроса.
а	5
Рис. 77. Схема устройств для подавления пульсации по способу Кнудсена-
а: 1 — перфорированная сфера; г — заряд ВВ; б; 1 — внешний перфорированный ци-
линдр; 2 — внутренний перфорированный цилиндр; 3 — заряд ВВ или «невзрывной»
источник. 1 — положение цилиндров в «начальный момент, II — после расширения
полости
Основной недостаток способа Кнудсена — большие габариты
и масса глушителя. При значительных величинах заряда ВВ или
большой энергии у «невзрывных» источников подавление пульсации
целесообразно осуществлять путем искусственного повышения
давления газов внутри полости в момент ее максимального рас-
ширения. Если при этом давление газов внутри полости дости-
гает гидростатического, тогда устраняется причина пульсации —
неравенство давлений в воде и газовой полости в момент ее макси-
мального расширения. Для полного выравнивания давлений тре-
буется дополнительная энергия, в 2—3 раза превышающая энер-
гию первого взрыва. Практически в выполнении этого условия
нет необходимости, поскольку уже для 5—7-кратного подавления
амплитуды повторных волн дополнительная энергия, вводимая
и полость, не превысит первоначальную энергию взрыва.
169
Повышение давления газов в полости достигается путем за-
держки истечения части продуктов взрыва (сжатого воздуха) или
повторным взрывом (выхлопом сжатого воздуха) в момент макси-
мального расширения полости.
На рис. 78,6 приведена осциллограмма волны, возбуждаемой
выхлопом сжатого воздуха при давлении рн = 120 кгс/см2 из
Рис. 78. Схема взрывной камеры УГД (а), осциллограммы сигналов без
подавления пульсации (б, г) и с подавлением пульсации (в, д)
камеры объемом Vo = 7 л при размещении камеры на глубине
Л=13 м. На осциллограмме видны первые три волны давления,
следующие одна за другой с интервалом около 0,1 с. На рис. 78,
приведена осциллограмма выхлопа из двух близко расположен-
ных и жестко соединенных между собой 7-литровых камер. Вых-
лоп из второй камеры произведен с задержкой около 0,05 с отно-
сительно выхлопа из первой камеры.	'
170
На рис. 78, а показана схема взрывной камеры установки
газовой детонации (УГД). Объем камеры разделен перегородкой
с отверстием d. Камера заполняется по стрелке А газовой сме-
сью пропан—кислород. Детонация распространяется по газу
сверху вниз. Продукты взрыва, находящиеся в нижней камере
объемом V2, свободно расширяясь, возбуждают первую волну
и создают газовую полость в жидкости. Продукты взрыва из
верхней камеры объемом Vx истекают (но значительно медленнее)
в расширяющуюся газовую полость через отверстие dt затруд-
няя перерасширение полости и выравнивая в ней давление.
На рис. 78, г приведена осциллограмма сигнала камеры без пере-
городки (/, //, III — первые три волны давления), а на рис. 78,
д — сигнал от камеры, разделенной перегородкой на два объема
при отношении Fi/F2 ~ 3.
Недостаток рассмотренного способа подавления пульсации —
затрата значительной дополнительной энергии на повышение
давления в полости, в то время как эта энергия могла бы исполь-
зоваться для возбуждения сигнала.
Наиболее эффективным и целесообразным методом подавления
повторных волн является группирование источников с разным пе-
риодом пульсации. Синфазное сложение первых волн и несин-
фазное последующих волн приводит к значительному превышению
амплитуды суммарной первой волны над последующими. Груп-
пирование 10 источников при соответствующем выборе их пара-
метров позволяет достигать 6—8-кратного превышения амплитуды
первой волны над последующими (см. рис. 91).
§ 2.	Направленность излучения и амплитудный спектр
сейсмического сигнала
При расположении источника сигнала на глубине h вслед
за прямой волной вертикально вниз с интервалом т, равным вре-
мени двойного пробега волны до поверхности воды, распростра-
няется отраженная волна разрежения.
Невзрывные источники, возбуждающие как правило, волну
с небольшим максимальным давлением во фронте дают полное
отражение сигнала, поэтому при построении теоретической кар-
тины явления удобно пользоваться методами оптики и рассматри-
вать излучение двух источников — действительного I и мнимого II.
Геометрия этого явления показана на рис. 79, а. Линейные раз-
меры источника значительно меньше длин волн сейсмического
диапазона частот, поэтому направленность излучения обусловлена
только отражением от поверхности воды.
Диаграммы направленности излучения гармонических соста-
вляющих сигнала с равномерной спектральной плотностью в диа-
пазоне 15—100 Гц при разных глубинах погружения источника h
приведены на рис. 79, б.
171
и
Рис. 79. Отражение сигнала
от поверхности воды (а) и
диа граммы направленности
излучения гармонических
составляющих 15, 25, 30,
43, 60, 100 Гц для источ-
ника с равномерной спек-
тральной плотностью сиг-
нала при разных глубинах
погружения (б)^
Направленность излучения двух источников I и II опреде-
ляется выражением
а (со, ср) = sin cos ср) ,
(V.2)
где ® = 2л/ — круговая частота; а — скорость звука.
Рис. 80. Амплитудные спектры сигнала,
возбуждаемого пневматическим излучателем
с объемом камеры 0,5 л при разных глу-
бинах погружения
Сигнал, возбуждаемый источниками большинства типов, если
не приняты специальные меры для подавления пульсации, со-
стоит из нескольких волн сжатия и разрежения. Когда период
пульсации значительно меньше длительности импульсной харак-
теристики приемно-регистрирующей аппаратуры, или, иначе,
длительности ее реакции на единичный импульс, то весь цуг
волн воспринимается как единый сигнал. Амплитудный
спектр такого сигнала имеет максимум спектральной плотности
на частоте, соответствующей периоду пульсации. На рис. 80
приведены амплитудные спектры цуга волн, возбуждаемого
173
пневматическим излучателем с объемом камеры Ео = 0,5 л при
разных глубинах погружения.
Если период пульсации превышает длительность импульсной
характеристики аппаратуры, то каждая из возбуждаемых при
пульсациях волн p(t) воспринимается как отдельный сигнал и
при частотном анализе должна рассматриваться отдельно. Необ-
ходимо только учитывать, что сейсмический сигнал F(i) распро-
страняющийся вертикально вниз, состоит из двух волн:
^(t) = P(t-) — P(t-x'),	(V.3)
где p,t) — волна, возбуждаемая источником; p(t_T)—волна, отра-
женная от поверхности воды; т — время запаздывания отраженной
волны.
Если амплитудный спектр волны р(() известен и равен
то спектр сейсмического сигнала F(t)
S({0) = 2S('M) | sin-^ |.	(V.4)
Следовательно, даже в том случае, если амплитудный спектр
исходного сигнала рау равномерен в широком диапазоне частот,
все равно в результате влияния отражающей поверхности на ча-
стотах &/2т, где к = 0,1,2, . . ., п, появятся максимумы при не-
четных к и минимумы — при четных. В связи с этим амплитуд-
ный спектр имеет вид лепестков одинаковой ширины: Л/ = 1/т.
Путем соответствующего выбора т = 2/г/а или глубины погру-
жения h можно всегда сдвинуть максимум первого лепестка в се-
редину рабочего диапазона частот.
На рис. 81 приведены амплитудные спектры: 1 — исходного
импульса р(() от взрыва сферического газового заряда, у которого
профиль волны соответствует экспоненте с постоянной времени
0 = 0,0025 с; 2—13 — спектры сейсмического сигнала р(() — р((_т)
при изменении глубины погружения h от 1 до 24 м, построенные
в предположении полного отражения волны от поверхности воды.
Для упрощения картины на графики нанесены только первые ле-
пестки амплитудных спектров.
Оптимальная глубина погружения источника при необходи-
мости сосредоточения энергия сигнала в диапазоне частот Д—
/2 в первом приближении должна определяться как
^опт = ffi/2 (Л + /2),	(^ -5)
где а — скорость звука в воде.
Так, например, при регистрации отраженных волн в диапазоне
30—60 Гц оптимальная глубина погружения источника составит
8,5 м, при работе в диапазоне 200—400 Гц — 1,3 м.
Рассмотрим влияние профиля волны и длительности фазы
сжатия на спектральные характеристики сейсмического сигнала.
174
Спад давления за фронтом первой волны у большинства источни-
ков близок к экспоненциальному. Только у пневматического излу-
чателя форма первой волны может сильно отличаться от
экспоненциальной, приближаясь при определенных параметрах
Рис. 81. Амплитудные спектры и форма сейсмиче-
ского сигнала при разных глубинах погружения
источника
конструкции излучателя к синусоидальной. Отражение волны
от поверхности воды, независимо от формы первой волны, обу-
славливает положение максимума спектральной плотности за
счет множителя jsin | [см. формулу (V. 4)]. Величина макси-
мума зависит от формы и длительности фазы сжатия^первой волны.
175
Переход от экспоненциального импульса к синусоидальному
с периодом 2л0 при сохранении акустической энергии волны
J PG) dt постоянной увеличивает значение максимума спектраль-
о
ной плотности на 25%. Изменение длительности фазы сжатия при
сохранении акустической энергии волны в более широких пре-
делах изменяет амплитуду первого «лепестка» спектральной плот-
ности. Его максимальное значение достигается в том случае,
когда длительность фазы сжатия равна времени запаздывания
отраженной волны.
|| Для определения оптимальной величины постоянной времени
экспоненциального импульса 0 с точки зрения сосредоточения
энергии в рабочей полосе частот рассмотрим энергетический спектр
Рис. 82. Распределение.энергии экспоненциального импульса
по различным полосам частоты
экспоненциального импульса р = рг ехр (—2/9), который опре-
деляется выражением
<v-6)
Доля энергии п экспоненциального импульса, содержащаяся
в полосе частот (Oj 4- со2, определяется выражением
Иг
J 2
п = ---------= — (arctg 9<»2— arctg 9со arctg 9(ог)	(V.7)
f 5(2и)
о
и’для некоторых диапазонов частот иллюстрируется графиками
рис. 82.
Приравняв производную выражения (V. 7) нулю и решая ура-
внение относительно 9, определим оптимальное значение постоян-
ной времени экспоненциального импульса для диапазона частот
®i tt>2'
0опт = 1 //	= 1 /2л / Д/2.	(V.8)
176
IP'
Оптимальная длительность сигнала, так же как и глубина по-
гружения источника, зависит от диапазона частот, в котором ве-
дется наблюдение сейсмических сигналов.
Для частот 304-60 Гц оптимальная величина постоянной вре-
мени экспоненциального импульса 0 =0,0038 с, а для диапазона
частот 2004-400 Гц 0 = 0,00056 с. Этим требованиям, особенно
в диапазоне частот до 100 Гц, наиболее полно удовлетворяют
сигналы, возбуждаемые невзрывными источниками. Напомним,
что согласно формуле (III. 26) для достижения постоянной вре-
мени ударной волны 0 = 0,0038 с необходим заряд тротила в не-
сколько тонн.
§ 3.	Группирование источников сейсмических сигналов
Целесообразность группирования источников определяется
в первую очередь тремя факторами: 1) ослаблением помех от пуль-
сации газового пузыря при группировании камер с разным пе-
риодом пульсации; 2) возможностью формирования сейсмиче-
ского сигнала с равномерной спектральной плотностью в широком
диапазоне частот; 3) направленностью излучения.
Для достижения максимального подавления повторных волн
период пульсации должен изменяться от источника к источнику
или от одной подгруппы идентичных источников к другой так,
чтобы повторные волны находились в противофазе относительно
друг друга. Этого можно достичь путем размещения источников
с одинаковой энергией на разных глубинах или путем примерно
двухкратного изменения энергии источника.
При размещении источников на одной глубине амплитудный
спектр сейсмического сигнала имеет ряд «лепестков», ширина ко-
торых и положение максимумов зависят только от глубины пог-
ружения. Расширить диапазон частот, в котором спектральная
плотность сейсмического сигнала будет достаточно равномерной,
можно только при группировании источников, расположенных
на разных глубинах.
Направленность излучения группы из п излучателей, раз-
мещенных на одной глубине h с шагом I, определяется для гар-
монической составляющей со с учетом отражения от поверхности
воды следующим выражением:
. / ncoZ .	\	(ah	\
Sin ( -7;— sin ср ) sm - cos ср )
а (ю, Ф)» I 2а - Jr -Ц--------------L.	(V.9)
п Sin ( -jJJ- Sin ср I
На рис. 83 приведены диаграммы направленности группы из
3 идентичных источников в предположении, что амплитудный
спектр одиночного источника равномерен в диапазоне 15—100 Гц.
Направленность излучения начинает заметно проявляться, когда
12 Заказ 419	177
L=Zm
1=7м
Рис. 83. Диаграммы направленности излучения гармонических составля
положенных горизонтально
ющих 15, 25, 30, 43, 60, 100 Гц для сигнала от группы из 3 источников, рас-
с шагом I на глубине h
12*
база группирования становится соизмеримой с длиной волны
или больше длины волны.
Концентрация энергии сигнала в вертикальном направлении
ведет к тому, что рост амплитуды сейсмического сигнала при
группировании оказывается сильнее, чем при непосредственном
увеличении одиночного источника. Так, например, если вместо
одного источника использовать группу из 8 источников с сохра-
нением общей величины выделяемой энергии, то максимальная
амплитуда сигнала может увеличиться в оптимальном случае
в 4 раза при одновременном сокращении длительности фазы сжа-
тия первой волны в 2 раза. Это обусловлено тем, что амплитуда
и длительность волны сжатия пропорциональны корню куби-
ческому из энергии, а сложение амплитуд сигналов при группиро-
вании линейно. Смещение спектра сигнала в область более высо-
ких частот за счет уменьшения длительности фазы сжатия при
дальнейшем уменьшении энергии источника в конечном счете
начнет уменьшать долю энергии сигнала, приходящуюся на ра-
бочий диапазон частот.
§ 4.	Источники сейсмического сигнала
При сейсмических исследованиях пользуются широким диа-
пазоном частот — от нескольких герц до нескольких килогерц.
Низкочастотный диапазон от 3 до 15 Гц используется при
прослеживании преломленных волн и глубинном сейсмическом
зондировании, что связано с их меньшим затуханием при прохо-
ждении среды. На частотах 20—100 Гц ведут работы методом
отраженных волн при изучении разрезов до глубин в несколько
километров. Высокочастотный диапазон до 1000 Гц и более исполь-
зуется для детального исследования верхней части разрезов
методом отраженных волн.
На первых этапах развития морских сейсморазведочных ра-
бот конденсированные ВВ были универсальным средством воз-
буждения сигнала в низкочастотном и среднем диапазоне частот
и только в высокочастотных диапазонах применялись магни-
тострикционные, индукционные и пьезоэлектрические излучатели.
Отказ от конденсированных ВВ по соображениям безопасности
для живых организмов водоемов, а также в связи с повышением
темпа взрывных работ привел к появлению новых источников
сейсмического сигнала для акваторий. За рубежом получили ши-
рокое распространение i сючники, использующие взрыв газовых
смесей, выхлоп сжатого воздуха, электрогидравлический разряд,
применяются источники, основанные на схлопывании вакуумной
полости, которая образуется либо при резком раздвижении пла-
стин, либо при выхлопе перегретого пара, и некоторые другие.
Используются также взрыв конденсированного ВВ в виде ли-
нейного заряда (детонирующего шнура) и сосредоточенные за-
ряды в 50 г (во французской системе «Флексотир»).
180
В настоящее время нет универсального источника сигнала,
который обладал бы преимуществом перед всеми остальными.
Выбор типа источника определяется практически рабочим диапа-
зоном частот, методикой наблюдений, безопасностью применения
для ихтиофауны, возможностью его размещения на плавающих
средствах, автономностью использования, экономичностью при-
менения, а также рядом других факторов. Все сказанное следует
б
Рис. 84. Схемы установки газовой детонации
(УГД) (а) и буксировки взрывной камеры (б),
а:	1 — редукторы, 2 — образцовые манометры,
3 — электромагнитные вентили, 4 — обратные клапаны,
5 — узел поджигания с искровой свечой; б: 1 — бук-
сирный трос, 2 — шланг, подающий газовую смесь во
взрывную камеру, 3 — поплавок, 4 — взрывная камера
рассматривать на фоне задач, решаемых при помощи источника,
и именно это обстоятельство имеет первостепенное значение при
выборе его типа для выполнения практических работ.
Перейдем к непосредственному рассмотрению конкретных
источников.
Заряды конденсированных ВВ. Применение таких зарядов
при морских сейсморазведочных работах ограничено. Остано-
вимся на французской системе «Флексотир», использующей за-
ряды массой 50 г.
Заряд в пластмассовой оболочке подается потоком воды по
гибкому шлангу в центр перфорированной стальной сферы
181
диаметром 65 см. Диаметр отверстий в сфере около 5 см, число
отверстий 130, толщина оболочки 5 см, масса 360 кг. Сфера бук-
сируется за судном на глубине до 12—15 м. При взрыве заряда
в центре сферы пульсация подавляется. Обычно применяют группу
из 2 источников. За счет размещения источников на оптималь-
ной глубине, а также благодаря
применению многократных пере-
крытий при работах методом общей
глубинной точки достигается экви-
валент обычного заряда ВВ массой
до 15 кг при размещении его вблизи
поверхности воды.
Высокой эффективностью обла-
дают также линейные заряды,
состоящие из детонирующего шну-
ра. Шнур буксируется за судном
на глубине примерно 10 м и под-
рывается электродетонатором. Раз-
работанная в США система «Аква-
сейс» использует детонирующий
шнур с содержанием 21 г ВВ на
1 м и скоростью детонации 6,5—
7,0 км/с. По сейсмическому эф-
фекту взрыв шнура длиной 30 м
при массе ВВ около 600 г на 10 м
эквивалентен взрыву 20 кг ВВ на
малой глубине.
Установка газовой детонации.
Рассмотрим два отечественных
Рис. 85. Схема конструкции взрывной камеры УГД с пода-
влением пульсации (а) и осциллограмма сигнала (б).
ал 1 — корпус взрывной камеры, 2 — пластина, 3 — пружина;
б: I — первая волна, II — ослабленная вторая волна
варианта установки. Первый основан на взрыве газовой смеси
пропан—кислород (УГД), второй — на использовании водо-
родно-кислородной смеси. В первом случае запас газов на судне
хранится в баллонах, во втором газовая смесь вырабатывается
путем электролиза воды.
Газовая схема УГД приведена на рис. 84. Газы из баллонов
через редукторы, электромагнитные вентили, обратные клапаны,
182
узел поджигания поступают по шлангам или трубопроводу во
взрывную камеру (ВК), буксируемую за судном или опущенную
в воду на кронштейнах с борта судна. Смесь поджигается искро-
вой свечой. Горение в шланге на коротком участке переходит
в детонацию и передается по шлангу или трубопроводу в объем
ВК. Система клапанов и разъемов обеспечивает безопасность
работ с установкой. Для предотвращения распространения го-
рения и детонации в обратном направлении шланги, отмеченные
на рис. 84 пунктирной линией, заполняются перед взрывом газом,
по которому горение не распространяется.
Простейшая конструкция взрывной камеры — стальная труба,
открытая снизу (см. рис. 84). Она надежна в работе, однако воз-
буждаемый сигнал состоит из нескольких волн давления. Кроме
того, при буксировке первая волна ослабляется, так как поток
воды отсасывает часть газа из камеры. Последнее устраняется,
если выходное отверстие камеры закрыто подвижной пластиной
(рис. 85). Когда пластина имеет площадь в 6—12 раз больше пло-
щади выходного отверстия из ВК и ее свободный -ход составляет
не менее 1/2 диаметра выходного отверстия, длительность фазы
сжатия первой волны практически не меняется, а амплитуда
сигнала возрастает примерно на 25% по сравнению с амплитудой
у открытой камеры. Для подавления пульсации камера разделена
диафрагмой на два объема—и Г2.
Если вместо открытой снизу стальной цилиндрической взрыв-
ной камеры с отношением длины к диаметру 5 : 1 использовать
сферическую резиновую оболочку, то амплитуда первой волны
при взрыве несколько возрастет. Еще больший рост амплитуды
первой волны наблюдается при переходе к удлиненным цилинд-
рическим зарядам в резиновой оболочке. В табл. 19 приведены
экспериментальные параметры первой волны при взрыве смеси
пропан — кислород, на глубине 10 м в различных взрывных
камерах.
Наиболее высокой эффективностью обладают длинные цилинд-
рические заряды в эластичной оболочке. Это обусловлено как
увеличением активной излучающей поверхности источника, так
и направленностью излучения. При удлинении заряда с сохране-
нием объема газовой смеси одновременно с увеличением ампли-
туды волны происходит сокращение длительности фазы сжатия и,
как следствие, смещение энергии сигнала в область более высо-
ких частот. Так, например, при переходе от взрыва в сфериче-
ской резиновой оболочке объемом 3,3 л (см. табл. 19) к резино-
вой трубе L = 6,5 м, d=25 мм длительность фазы сжатия первой
волны сокращается с 6,5 мс до 1,5 мс, максимум спектральной
плотности при соответствующей глубине погружения смещается
с 40—120 Гц до 150—450 Гц.
При взрыве 1 л газовой смеси с начальным давлением
1 кгс/см2 и температурой 20° С с учетом диссоциации продуктов
взрыва выделяется энергия 2,06 ккал у стехиометрической смеси
183
Таблица 19
Параметры сигналов невзрывных источников
Тип взрывной камеры (L-длина, d-диаметр)	Геометр ический объем взрывной камеры, л	Максимальное дав- ление первой вол- ны, приведенное к расстоянию в 1 м от взрывной каме- ры, кгс/см2	Длительность сжа- тия, с	Акустический к. п. д. фазы сжа- тия первой волны, %
Стальная открытая труба (L = = 500 мм, d = 100 мм)		3,8	3,2	0,004	1,5
Стальная труба, открытая снизу (L = 310 мм, d = 100 мм) ....	2,4	2,7,	0,003	1,8
Резиновая труба (L = 700 мм, d = = 63 мм) 		2,2	4,9	0,0025	2,6
Резиновая труба {L = 800 мм, d = = 70 мм) 		3,1	5,7	0,003	3,5
Резиновая труба (L = 6500 мм, d = = 25 мм) 		3,5	13,5	0,0015	13,0
Резиновая труба (L = 1200 мм, d = 12 мм) 		1,8	13,0	0,001	13,0
Сферическая резиновая оболочка (d = 185 мм)		3,3	3,2	0,0065	1,6
пропан—кислород и 1,12 ккал у водородо-кислородной смёси. При
взрыве последней расширяющаяся полость заполнена только
парами воды. Их конденсация при перерасширении и последую-
щем сжатии полости приводит к возникновению интенсивной
второй волны, превышающей первую. Длительность фазы сжа-
тия второй волны при этом сокращается, а спектр смещается
в область высоких частот. Характер возбуждаемого сигнала
близок по форме к сигналу злектрогидравлического разряда
(см. рис. 47).
При использовании смеси пропана с кислородом 20 кислород-
ных и 1 пропанового баллона достаточно для проведения — 5000—
6000 взрывов при расходе 20 л смеси на один взрыв, что эквива-
лентно взрыву заряда тротила массой 50 г. Если взрывы прово-
дятся с интервалом 50 м (примерно 20 с), то указанного запаса
баллонов хватит на 300 км профиля. При работах с водородно-
кислородной смесью аналогичные мощность воздействия и про-
изводительность работ достигаются при потреблении электро-
184
лизером в течение всего времени работы мощности порядка 15 кВт.
Рассмотрим кратко применяемые за рубежом источники сигна-
лов, использующие взрыв газовых смесей. К ним относятся морской
вариант установки «Диносейс», «Аквапульс», «Флексоган» и GASSP.
Первые три используют стехиометрическую смесь пропана с ки-
слородом, а последняя — смесь ацетилена с кислородом. Морской
вариант установки «Диносейс» по конструкции взрывной камеры
практически не отличается от сухопутного варианта. Камера
погружается в воду и возбуждает волну сжатия при резком увели-
чении объема камеры после взрыва газовой смеси. Вслед за пер-
вой волной излучается еще несколько импульсов, вызванных
последующими колебаниями объема камеры с продуктами взрыва.
При диаметре взрывной камеры 600 мм ее масса 600 кг, а энергия
взрыва — 12 ккал. При диаметре взрывной камеры 1450 мм
масса установки составляет 2800 кг. Установка достаточно
громоздка и сложна.
Установка «Аквапульс» представляет собой цилиндрическую
решетчатую камеру, заключенную в резиновый рукав диаметром
28 см. Длина всего устройства 2,1 м3 масса около 100 кг. Газы про-
пан и кислород хранятся в
жидком виде на верхней палубе
судна. Смешение газов произ-
водится в трубопроводе внутри
камеры. Смесь поступает в ка-
меру и поджигается электри-
ческой искрой. Высокая живу-
честь резиновой оболочки —
до 104 срабатываний достигается
за счет малой величины началь-
ного давления газовой смеси
перед взрывом. При макси-
мальном расширении резино-
вой оболочки ее диаметр увели-
чивается в 1,3 раза относительно
номинального. Продукты взрыва выбрасываются через клапан
и трубопровод в атмосферу. Конструкция источника позволяет
в 4 раза уменьшить амплитуду повторных волн по сравнению
с первым импульсом. Обычно используется группа из четырех од-
новременно срабатывающих устройств при глубине их погруже-
ния порядка 10 м, что по сейсмическому эффекту эквивалентно
взрыву до 40 кг В В на малой глубине.
В устройстве «Флексоган» используется взрывная камера, за-
полняемая смесью пропана с кислородом под давлением 3 кгс/см2.
Выхлопные отверстия из камеры закрыты подпружиненным
поршнем. Смесь поджигается над поверхностью и передается
в объем камеры по шлангу. При этом давление в камере повы-
шается до 87 кгс/см2. Под его действием поршень открывает вы-
хлопные отверстия, и продукты взрыва вырываются наружу. Форма
185
Рпс. 86. Сечение неопреновой трубки
GASSP до взрыва (Z) и после взрыва
(II)
возбуждаемого при этом сигнала такая же, как у пневматического
излучателя. «Флексоган» применяется в основном в болотистых
местностях и мелких заливах. Для погружения источника на нуж-
ную глубину применяется водоструйная установка.
Устройство GASSP (США) представляет собой линейный источ-
ник, состоящий из нескольких (до 10) неопреновых трубок спе-
циальной формы (рис. 86). Длина каждой трубки около 6 м,
диаметр центральной камеры 18 мм. Трубки заполняются смесью
ацетилена с кислородом. Каждая трубка подрывается от отдель-
ной свечи. После взрыва давление в газовой смеси повышается
до 20 кгс/см2, а внутренний объем трубок увеличивается к моменту
максимального расширения продуктов взрыва почти в 30 раз.
Энергия взрыва в 10 трубках соответствует энергии взрыва 300 г
тротила. Однако работы с ацетиленом на корабле с точки зрения
техники безопасности значительно сложнее работ с пропаном,
и это стоит иметь в виду при выборе источника.
Пневматические излучатели (ПИ). При работах с ПИ на Рудне
устанавливаются воздушные компрессоры высокого давления.
с -	6
Рис. 87 Камера пневматического излучателя ПИ1В.
Положение поршня перед выхлопом (а) и во время выхлопа (б)
Достаточно широкое применение нашли дизельные компрессоры
ДК-2 и ДК-10 производительностью 12 и 24 л/мин воздуха, сжа-
того до 150 кгс/см2. Сжатый воздух по гибким рукавам подается
в камеру излучателя, буксируемую за судном на глубине до 15 м
на расстоянии несколько десятков метров за кормой судна.
По электрическому сигналу от сейсмической регистрирующей
аппаратуры в камере ПИ резко открывается выхлопное отвер-
стие, и сжатый воздух выпускается в воду. Расширение сжатого
воздуха и последующая пульсация газовой полости приводят
к возбуждению нескольких волн давления.
Рассмотрим принципиальную схему пневматического излу-
чателя ПИ1Б (рис. 87). Камера состоит из корпуса 1, поршня 2,
186
! электропневмоклапана 3, уплотнительных колец 4 и 5. Сжатый
: воздух (стрелка А) поступает в камеру, заполняет канал 7 и
Д опускает поршень в крайнее нижнее положение. При этом че-
' рез систему отверстий в поршне сжатый воздух поступает в ос-
новной объем камеры 8. При подаче электропитания на клапан
3 сжатый воздух по стрелке Б перебрасывается из объема 8 в объем
9 под плечико поршня 2 и сдвигает его вверх до пересечения отвер-
стиями d уплотнительного кольца 5. В дальнейшем в объем 9
поступает сжатый воздух через отверстия d, и поршень резко
сдвигается вверх, открывая при этом с большой скоростью выхлоп-
ное отверстие из основного объема. Воздух, сжимаемый в объеме 6,
плавно останавливает поршень, и после выхлопа воздуха из основ-
ного объема возвращает его в исходное положение. Оставшийся
избыточный воздух из объемов 6
и 9 сбрасывается клапаном 3
в окружающую среду.
В комплект излучателя ПИ1Б
входят 8 пневмокамер (4 объе-
мом 7 л и 4 объемом 3 л) и 3-ка-
нальный пульт управления,
позволяющий работать груп-
пой до 3 камер. При подаче
сигнала от сейсмостанции (за-
мыкание контактов) пульт
управления разряжает конден-
сатор емкостью 1000 мкф при
напряжении 300 В на катушку
клапана,?, управляющего момен-
том срабатывания камеры. Дли-
тельность задержки срабатыва-
ния камеры 30 мс, разброс за-
держки срабатывания ±1 мс.
Воздействие одной 7-литровой
камеры при давлении сжатого
' воздуха 120 кгс/см2 эквивален-
тно взрыву 75—100 г тротила
при той же глубине погружения.
Общий вид камеры объемом 7 л
излучателя ПИ1Б показан на
рис. 88.
Рассмотрим конструкцию
группового пневматического из- р 88. к а ПИ1Б объемом 7 л
лучателя ПИ1В (рис. 89). Каме-	F
ры объемом от 5 до 0,25 л (всего
10 шт общим объемом 11,25 л) расположены гирляндой на рукаве
подачи сжатого воздуха и буксируются за судном на глубине 5—
15 м. Головная камера имеет стабилизирующее оперение и опреде-
ляет глубину погружения всей гирлянды камер при буксировке.
187
s .
Компрессор
Рис. 89. Блок-схема группового пневматического излучателя ПИ1В
Рис. 91. Сигналы одиночных камер (а)
и группового излучателя (б) ПИ1В при
глубине погружения 8 м.
3 шт. по 0,5 л, 2 шт. по 1 л, 1 шт. в 2 л,
1 шт. в 5 л
Рис. 90. Камера пневматического из-
лучателя ПИ1В.
I — ход поршня; б — магнитный зазор. 1 —
камера; 2 — поршень; з — клапан; < — якорь;
5 — пружина; в — магнит; 7 — резиновое
кольцо; S — прокладка; 9, 12, 13 — уплот-
нительные кольца; 10 — штуцер; 11 — вы-
хлопные отверстия

В камере ПИ1В сжатый воздух по стрелке А (рис. 90) посту-
пает под плечико поршня —d2 и прижимает поршень 2 к про-
кладке 8 и клапану 3. После этого через канал d3 сжатый воздух
поступает во внутренней объем камеры и поршня. При подаче
напряжения на магнит 6 якорь 4 отрывает клапан 3 от седла на
торцевой поверхности поршня. Сжатый воздух сначала через
отверстие а затем и через de поступает в объем над поршнем
и выдвигает нижнюю часть поршня с выхлопными отверстия-
ми 11 из корпуса 1 камеры. После выхлопа под действием
давления на плечико поршня ds—d2 последний возвращается
в исходное положение, а избыточное давление из объема над порш-
нем сбрасывается через канал db, отжимая резиновое кольцо 7.
Задержка выхлопа из камеры после получения сигнала на
срабатывание составляет 8 мс, а разброс задержки срабатыва-
ния ±0,5 мс. Излучатель ШИВ за счет группирования камер
разного объема позволяет получить 6—8-кратное превыше-
ние амплитуды первой волны над последующими. На рис. 91
приведены сигналы одиночных камер и всей группы излуча-
теля ПИ1В.
Детальное описание работы двух конкретных камер сделано
для того, чтобы можно было составить полное представление
об элементах их конструкции. При сейсморазведочных работах
используются пневматические излучатели и с камерами других
конструкций.
За рубежом широкое распространение получил пневматический
излучатель PAR фирмы Болт США. Камеры излучателя PAR
имеют объем от 0,016 до 33 л. Как правило, используется группа
10 и более одновременно срабатывающих камер. Модификация
излучателя, получившая наименование «Сейсмоджет», имеет
камеру объемом до 15 л. С целью подавления пульсации
камера разделена диафрагмой с небольшим отверстием на два
объема.
Пневматический излучатель используется также в устройстве
«Симплон», состоящем из пневмокамеры, к которой присое-
динен цилиндр, содержащий поршень. Выхлоп сжатого воздуха
приводит в движение поршень, выталкивающий водяную «пробку»
из цилиндра. Это устройство позволяет устранить пульсацию
газовой полости.
Электроискровые источники. Принцип действия этого типа
источника — электрический разряд в воде. Батарея конденса-
торов высокого напряжения разряжается на электроды, буксиру-
емые за судном. Электроискровые разрядники входят в комплект
звукового геолокатора ЗГЛ-З (энергия 0,6—22 кДж) и реги-
стратора дискретного действия РДД (10 кДж). Выпускаемый от-
дельно от регистрирующей аппаратуры электроискровой разряд-
ник «Волна» имеет энергию на батарее кондесаторов до 400 кДж.
Электроискровые источники — спаркеры получили широкое
распространение при работах в высокочастотном сейсмическом
189
диапазоне. Применять их предпочтительнее в диапазоне 50—100 Гц
и выше. За рубежом группирование спаркеров SSP с общей энер-
гией до 200 кДж конкурирует с установками, использующими га-
зовый взрыв. Акустический коэффициент полезного действия
электрического разряда в воде повышается в несколько раз, если
межэлектродный промежуток перед разрядом соединяется тон-
кой проволокой, которая, испаряясь при разряде, создает плаз-
менный канал в воде. Этот эффект используется в разряднике
WASSP. Между электродами разрядника постоянно подается
тонкая проволока, замыкающая зазор длиной 5—8 см.
При этом одновременно с увеличением акустического к. п. д.
происходит смещение спектра в область более низких частот.
Если оптимальный диапазон частот для спаркера с энергией
120 кДж (группа 4 X 30 кДж) находится в пределах 50—90 Гц,
то для источника WASSP при прочих равных условиях он сме-
щается на частоты 35—70 Гц.
Механические источники. Эти источники используют для воз-
буждения сигнала резкое перемещение мембраны. При этом в воде,
как правило, возникают две волны. Первая вызвана непосред-
ственно перемещением пластины, а вторая схлопыванием вакуум-
ной полости, образовавшейся в результате движения пластины.
Примером такого источника служит индукционный излуча-
тель — бумер. Он состоит из плоской катушки и толстой мембраны
из алюминия, отделенной от торца катушки тонким слоем изоля-
ции. При разрядке батареи конденсаторов на обмотку катушки
в мембране наводятся токи Фуко. Взаимодействие магнитного поля
катушки и мембраны, вокруг которой возникает магнитное поле,
порожденное вихревыми токами Фуко, приводит к появлению
сил, отталкивающих мембрану от катушки. В результате дви-
жения мембраны в воде распространяется первая волна давления.
При энергии разрядной емкости до 24 кДж длительность фазы
сжатия не превышает 1 мс. Через несколько миллисекунд после
первой волны излучается вторая волна, вызванная схлопыванием
вакуумной полости, образовавшейся в результате движения
пластины.
Механический источник, получивший название «Гидросейн»,
в отличие от бумера использует в качестве полезного сигнала
не первоначальное движение пластины, а последующее схлопыва-
ние вакуумной полости. Установка «Гидросейн» приводится в дей-
ствие компрессором и масляным насосом. Под действием давле-
ния сжатого воздуха на поршень и шток металлические пластины
раздвигаются за 40 мс на расстояние около 30 см. При этом между
пластинами образуется вакуумная полость, схлопывание ко-
торой вызывает возбуждение интенсивной волны давления.
Длительность фазы сжатия этой волны составляет около 1 мс.
Вся установка весит около 4 т и спускается с кормы судна на глу-
бину до 15 м. По сейсмической эффективности «Гидросейн» сравним
с установками, использующими газовый взрыв.
190
Аналогичную форму возбуждаемого сигнала и сейсмическую
эффективность имеет установка, получившая название «Фапор-
чок». Здесь для получения вакуумной полости используется вых-
лоп в воду пара при давлении 250 кгс/см2 и температуре 400° С.
В морском варианте системы «Вибросейс» используются электро-
гидравлические вибраторы. Частота колебаний вибратора управ-
ляется сигналом от регистрирующего устройства. Длительность
1 посылки 7 с, а частота колебаний изменяется плавно от 10 до
50 Гц. Масса одного вибратора около 600 кг. Обычно используются
4 синхронно работающих вибратора, погруженных на глубину 12 м.
Глава VI
ТЕХНИКА ВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ
РАЗВЕДКЕ
§ 1. Виды сейсморазведочных работ
Цель взрыва при сейсмической разведке — создание упру-
гих импульсов. Изучая распространение сигналов, связанных
с упругими волнами, которые расходятся от очага взрыва, с ка-
кой-то степенью приближения получают представление о гео-
логическом строении исследуемого участка. Масса заряда мо-
жет варьировать от 1 г (детонатор) до нескольких тысяч тонн ВВ.
Возможность изменять условия наблюдений, величину воз-
буждаемого упругого импульса и точку его приложения делают
сейсморазведку наиболее активным методом геофизической раз-
ведки, позволяя применять ее для решения очень широкого круга
геологических задач — от задач инженерной геологии и до изу-
чения подкоровых границ раздела на глубинах в несколько де-
сятков километров. Активность сейсморазведочного метода обу-
словлена также возможностью использования двух и более типов
волн, возникающих при взрыве. Различают несколько методов
и модификаций сейсмической разведки, число которых продол-
жает увеличиваться.
Успех сейсмической разведки во многом зависит от того, на-
сколько волны-помехи будут ослаблены при самом возникнове-
нии упругого импульса. Накопленный опыт позволяет в боль-
шинстве случаев заранее определить, как надо вести взрывные
работы, чтобы доля энергии взрыва, пошедшая на возбуждение
нежелательных типов волн, была наименьшей. Очевидно также,
что следует стремиться решить задачу при минимальном расходе
ВВ, что может быть достигнуто за счет выбора технических прие-
мов разведки, аппаратуры, расположения сети профилей и пра-
вильного сочетания всех этих факторов.
Как известно, амплитуда и частотный спектр регистрируемого
сигнала зависят от величины заряда, глубины его заложения,
окружающей среды и забойки. Экспериментально установлено,
что при возбуждении продольных волн доля полезной энергии
192
бывает наибольшей, если взрыв произведен в глинистой толще ниже
уровня грунтовых вод при наличии над зарядом нескольких ме-
тров забойки из воды или глинистого раствора. Почти одинаковые
результаты дают взрывы в водонасыщенных породах на несколько
метров ниже уровня грунтовых вод. В указанных условиях нуж-
ный эффект достигается при минимальных зарядах. При взрывах
в иных условиях для получения сходных сигналов потребуются
заряды большей массы.
Чтобы создать оптимальные условия для заложения заряда,
требуется подготовить горную выработку, чаще всего буровую
скважину. Необходимо учитывать, что буровые станки, находя-
щиеся в распоряжении сейсморазведочных партий, рассчитаны
на бурение неглубоких скважин в мягких породах или мелком
галечнике. При большой глубине залегания уровня грунтовых
вод или наличия над ним даже тонких прослоев твердых пород,
а также валунного или крупногалечникового материала этих
пород скорость бурения резко снижается и стоимость буровых
работ повышается настолько, что экономически целесообразнее
бывает увеличить расход ВВ, отказавшись от бурения.
Условия возбуждения упругих колебаний редко сохраняются
неизменными в пределах сколько-нибудь значительной площади, и
персоналу сейсморазведочной партии необходимо маневрировать
имеющимися в его распоряжении техническими средствами, чтобы
обеспечить экономически оптимальное решение возбуждения
необходимых сейсмических сигналов.
Возбудить взрывом упругие волны для сейсморазведки можно
при помещении одиночных или групповых зарядов в воздухе,
на поверхности земли, в неглубоких выработках, в водоемах, в бу-
ровых скважинах. К групповым взрывам прибегают не только
из-за технических трудностей помещения большого одиночного
заряда в оптимальные условия для данного типа взрывов (вы-
сота подвеса или, наоборот, глубина погружения в одиночную
скважину), но и для подавления отдельных типов волн-помех,
создания эффекта направленности взрыва.
Некоторые модификации сейсмической разведки не допускают
применения любого из перечисленных выше условий возбуждения.
Например, при осуществлении просвечивания с целью нахождения
контура нефтяной залежи взрывы производятся в глубоких сква-
жинах на глубине нескольких километров. В этих условиях воз-
можность группирования взрывов исключена. В качестве другого
примера можно привести вертикальное сейсмическое профилиро-
вание (ВСП). При шаге исследования порядка 10 м, даже при ис-
пользовании зонда из нескольких скважинных сейсмоприемников,
необходимо провести десятки взрывов, обеспечивая неизменные
условия возбуждения. Это достигается взрывами одиночных за-
рядов в скважинах в пределах небольшой площади.
В табл. 20 охарактеризованы условия взрыва, наиболее ти-
пичные для каждого вида сейсморазведочных работ. В нее не
13 Заказ 419	193
включены линейные заряды из детонирующего шнура, которые
применяются при разведке МОВ как на продольных, так и на
поперечных волнах (способы, связанные с созданием плоской
волны), поскольку возможности зтого вида работ при разведке
другими сейсмическими методами полностью не установлены.
Таблица 20
Условия взрыва при различных сейсморазведочных работах
Сейсмические методы	Воздух		Неглубокая выработка		В одоем		Скважина	
	Одиноч- ный взрыв	6 з § § &3 СО Рч Д Л	Одиноч- ный взрыв	о	3 И	п я 3 а со Ен й к	Одиноч- ный взрыв	S и Ё Э а йЗ п Енйи	Одиноч- ный взр ыв	Группо- вые взрывы
Метод	отраженных волн (МОВ) ....	Да	' Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да
Метод регулируемого направленного приема (МРНП) 		Как и<	жлю-		»	Как и	склю-	>>	»
Метод общей глубин- ной точки (МОГТ)	чен Нет	не Нет	»		чен То	не же	>>	»
Метод плоского фрон- та (МПФ) 		»	»	»	»	Нет	Нет		
Метод управляемого плоского фронта (МУПФ) 			»		»		»		»
Метод регулируемого управления фронтами волн (МРУФ) . . .	»	»	»	»	»			»
Сейсмический каротаж (СК)		»		»	Нет	Как	»		Нет
Вертикальное сейсми- ческое профилирова- ние (ВСП) 		»		»	!>	ис- клю- чение Нет			'it
Метод обращенного го- дографа (МОГ) . . .	»	»		»		»		
Микросейсмокаротаж (МСК) 		» '	»	»	»	»	»	'А	
Метод просвечивания	»	»	Нет	»	»	»		
Метод преломленных волн (МПВ) ....	Да	Да	Да	Да	Да	Да	»	Да
Метод преломленных волн для изучения верхней части разреза (ЗМС, ВЧР) ....	Нет	Нет		Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
Метод	поперечных волн		»	»	»	Да	»			Да
194
Для некоторых методов условия взрыва не являются критичес-
кими, что позволяет даже в пределах одного профиля осуще-
ствлять взрывы в различных условиях.
При определении зоны малых скоростей (ЗМС), которая имеет
небольшую мощность, выполняют короткие профили преломленных
волн длиной от нескольких десятков до нескольких сотен метров.
Взрывы производят у поверхности, чтобы получить информацию
о всех слоях, включая приповерхностные.
При изучении верхней части разреза (ВЧР) исследуют более
мощную пачку — до среды с постоянной (высокой) скоростью
распространения упругих волн, иногда до глубины несколько со-
тен метров. Для этого выполняют либо специальные профили
(зондирования) методом отраженных волн, предназначенные для
изучения неглубоких границ, либо профили преломленных волн.
В случае проведения работ МОВ взрывы производят в скважинах
чаще всего одиночных, при работах методом преломленных волн
(МПВ) — вблизи поверхности земли, так как необходимая длина
профиля может превышать 1000 м при зарядах в несколько ки-
лограммов.
При разведке методом ОГТ изучение скоростных параметров
зоны малых скоростей (ЗМС) и подстилающих ее слоев приобретает
особое значение, поскольку зти данные необходимы не только для
выбора оптимальных условий возбуждения колебаний, но и при
обработке материалов. Проводимый с зтой целью микросейсмо-
каротаж (МСК) выполняется чаще всего в виде обращенного сей-
смокаротажа. В скважину помещают гирлянду (косу) проводов
с злектродетонаторами. Последние размещают через 1—2 м в пре-
делах ЗМС и через 2—5 м ниже ее подошвы. Скважины, исполь-
зуемые для МСК, доводят по возможности до избранной поверх-
ности приведения. На поверхности земли помещают при этом 3—5
(и больше) сейсмоприемников в 3, 5 и 10 м от устья скважины.
Сейсмическая разведка методом отраженных волн (МОВ) про-
водится в самых разнообразных условиях. Результаты этой раз-
ведки имеют столь большое значение для успешных поисков
глубоко залегающих перспективных структур, что еще недавно
для получения необходимых результатов не останавливались пе-
ред бурением скважин в галечниках на глубину 100 м и более,
взрывами групповых зарядов в шурфах при общей массе ВВ не-
сколько сотен килограммов при каждом взрыве и т. п.
При значительной длине профилей могут меняться поверх-
ностные условия, а также оптимальные условия для взрывов. Их
на каждом новом участке определяют на основании опытов, про-
водимых в наиболее типичных для участка условиях. Важней-
шим элементом опытов является поинтервальный прострел взрыв-
ных скважин. В результате опытных работ становятся известными
волны-помехи, характерные для каждого участка, оптимальные для
участка условия заложения зарядов и величины, при которых до-
стигается наибольшее отношение сигнал-помеха. Это обычно
13*
195
достигается при помещении заряда ниже подошвы ЗМС на
0,25 длины отраженной волны, принятой за основную. При
наличии таких сведений можно заранее планировать число и
глубину взрывных скважин, необходимую величину заряда и
не только обеспечить неизменно высокое качество регистриру-
емых сигналов, но и повысить производительность сейсмического
отряда.
При разведке по методу общей глубинной точки (ОГТ) взрывы
производят через небольшие интервалы (60—200 м) на прямоли-
нейных отрезках профилей.
Наблюдения можно выполнять по нескольким схемам.
1. При наличии пункта взрыва на фиксированном удалении
относительно базы приема. В этом случае пункт (пункты) взрыва
перемещается в одну сторону по профилю, либо находясь за пре-
делами расстановки сейсмоприемников, либо совпадая с одним
из каналов базы приема (чаще всего с крайним или центральным).
Поскольку при втором варианте пункт взрыва находится в непо-
средственной близости от одной из групп сейсмоприемников,
некоторые способы возбуждения сигнала, например воздушные
взрывы, исключаются.
2. Пункт взрыва меняет свое положение относительно базы
приема. При этом перемещение точки взрыва осуществляется по
петлевой схеме: после нескольких перемещений в сторону отра-
ботанной части профиля взрывпункт смещают не значительное
расстояние вперед по профилю и снова перемещают на небольшие
интервалы назад. И при этой схеме пункт взрыва может нахо-
диться в пределах базы приема или вне ее.
Проведение работ методами плоского фронта (ПФ), управляе-
мого плоского фронта (УПФ) или регулируемого управления фрон-
тами волн (РУФ) связано с созданием заданного по форме фронта
волны, возникающего при взрыве группы зарядов, разнесенных
на значительное расстояние вдоль прямой линии.
Чтобы придать суммарному волновому фронту требуемую
форму, необходимо рассчитать расстояние между зарядами, оче-
редность их взрывания и время зедержкимежду отдельными взры-
вами с учетом изменения рельефа местности и глубины заложения
зарядов. Линейный заряд образуется из отрезков ДШ, погружа-
емых на глубину несколько десятков сантиметров при помощи осо-
бого погружателя. Этот способ взрывания наиболее пригоден для
участков с однородными поверхностными условиями и постоянной
мощностью зоны малых скоростей.
При скважинных наблюдениях — выполнении сейсмокаротажа
(СК), вертикального сейсмического профилирования (ВСП) и раз-
ведке по методу обращенных годографов (МОГ) — сейсмоприемники
перемещают в глубокой скважине в пределах многих сотен метров,
а взрывы сосредоточивают в ограниченном числе точек у поверх-
ности. Чтобы проследить изменения сигнала как функции глу-
бины, необходимо сохранить по возможности неизменными прочие
/96
параметры, особенно условия возбуждения колебаний. В связи
с этим стремятся, чтобы глубины и забойка скважин сохранились
постоянными и все взрывные скважины размещались в пределах
участка, где ожидаются одинаковые условия возбуждения.
Для возбуждения поперечных волн необходимо, чтобы взрыв
происходил не воднородной среде илина границе полупростран-
ства, а в условиях наличия непосредственно у заряда определен-
ной асимметрии среды. Чаще всего эта асимметрия создается искус-
ственно — какой-нибудь землеройной машиной, предыдущим под-
готовительным взрывом или конструкцией источника (вернее сна-
ряда, в который помещают заряд).
Следовательно, даже при проведении разведки одним каким-
нибудь сейсмическим методом могут выполняться взрывные ра-
боты различного типа. Это должно найти отражение в проекте
взрывных работ партии. В нем требуется предусмотреть сна-
ряжение и своевременно провести обучение персонала безопас-
ным правилам проведения всех видов взрывных работ, предсто-
ящих партии. Всю необходимую подготовку выполняет руково-
дитель взрывных работ партии.
§ 2. Организация сейсмических работ
Сейсмическая партия (отряд) является основной производствен-
ной единицей, осуществляющей сейсмическую разведку на
местности. Партией руководит начальник партии.
Партия (отряд) состоит из нескольких бригад, которые обе-
спечивают деятельность сейсмостанции и в ходе работ находятся
под руководством геофизика-оператора. Во главе бригады или
группы однотипных бригад стоит старший техник соответствующей
специальности.
Старший техник-взрывник — ответственный руководитель взры-
вных работ сейсмической партии. Он участвует в составлении
проекта партии, в определении количества ВМ, необходимых на
полевой сезон, и их марок, составляет перечень необходимого обо-
рудования, снаряжения, подбирает оборудование, организует из-
готовление снаряжения, оформляет документацию, необходимую
для постройки склада ВМ и производства взрывных работ партии,
определяет размеры и тип расходного склада ВМ партии, участвует
в выборе участка для склада и руководит его постройкой, обеспе-
чивает завоз ВМ на склад и их охрану при перевозке и на период
работ. Руководитель взрывных работ осуществляет подготовку
персонала взрывных бригад согласно «Единым правилам безопас-
ности при взрывных работах» (ЕПБ).
В опытный и полевой периоды старший техник-взрывник обе-
спечивает соблюдение правил безопасности при проведении взрыв-
ных работ, осуществляет или контролирует выдачу ВМ и их рас-
ходование по назначению, организует и руководит деятельностью
197
бригад взрывников, обеспечивает высокое качество взрывных ра-
бот и внедряет передовые методы, ведет учет выполненных взрыв-
ных работ и израсходованных ВМ, обеспечивает исправность
аппаратуры, оборудования и снаряжения взрывных пунктов, рук о
водит ликвидацией последствий взрывных работ, уничтожением
неполноценных ВМ, производит подготовку к сдаче оборудования
взрывных пунктов.
Взрывные работы в сейсмической партии выполняют непосред-
ственно техники-взрывники (прозводители работ). Во время
работ они выполняют распоряжения оператора в части выбора
точки взрыва, величины заряда, времени радиосвязи и других опе-
раций, связанных с работой сейсмостанции. Техники-взрывники
проверяют состояние взрывных скважин, подготовленных буро-
выми бригадами. Все работы они проводят с соблюдением ЕПБ и
выполняют распоряжения старшего техника-взрывника, связанные
с соблюдением правил безопасности, учетом ВМ, сохранностью
оборудования и снаряжения бригады.
В сейсмической партии может быть от одной до пятичпести
взрывных бригад.
Деятельность геофизической партии подразделяется на пери-
оды. Каждому из них соответствует определенный этап деятель-
ности старшего техника-взрывника и подчиненного ему персонала.
В период составления проекта устанавливаются продолжитель-
ность полевых работ, местонахождение партии, физический объем
предстоящих работ (по каждому методу), основной вид
возбуждения упругих колебаний, условия проведения взрывных
работ, число одновременно работающих бригад взрывников, об-
щая потребность в ВМ разных типов, количество снаряжения,
наличие или необходимость постройки расходного склада ВМ и
требуемая его емкость, схема снабжения партии ВМ в течение
сезона работ и применяемый вид транспорта,необходимость во вре-
менных складах или площадках, условия охраны. Соответству-
ющие расходы включаются в смету партии.
В организационный период работа подразделяется на этапы —
на месте формирования и на месте работ партии. На месте формиро-
вания партия комплектуется инженерно-техническим персона-
лом, который знакомят (проверяются знания) с правилами безо-
пасности проведения взрывных работ, которые будет выполнять
партия, изучаются соответствующие инструкции. Одновременно
подготавливаются инструкции для рабочих взрывных бригад,
получают необходимое оборудование, снаряжение и проверяют
его исправность, делают заказы на недостающее снаряжение,
грузила, шесты с замками, флажки, емкости и т. п., оформляют
разрешение на право производства взрывных работ.
В районе работ выбирают место для расходного склада ВМ пар-
тии, получают разрешение от местных организаций на его построй-
ку и начинают саму постройку, подбирают людей для охраны
склада.
198
По мере переезда к месту работ основного технического пер-
сонала и доставки аппаратуры и оборудования производится
наем рабочих, их обучение в соответствии с будущими обязан-
ностями, завоз ВМ на расходный склад, организуется его охрана,
уточняется положение опасных зон при проведении взрывных
работ и оповещается местное население о сроках проведения
взрывных работ в пределах отдельных участков и границах опас-
ных зон.
В полевой период партия выполняет весь комплекс работ,
включая взрывные, ликвидирует последствия буровзрывных ра-
бот, производит необходимый ремонт оборудования и пополняет
запасы ВМ по мере необходимости.
В начале полевого периода партия проводит опытные работы,
на основании которых сопоставляет различные условия возбуж-
дения волн.
Опытные работы для выбора условий возбуждения при ВСП
проводят у каждой скважины, в которой предстоит выполнение
ВСП. При этом желательно наличие в глубокой скважине зонда
скважинных сейсмоприемников. Вначале определяют глубину
заложения зарядов, при которой первая волна, будучи достаточно
интенсивной, обладает наименьшей длительностью, затем, уве-
личивая заряд, устанавливают его массу, необходимую для по-
лучения записи требуемой продолжительности, при которой вы-
деляются волны, отраженные от глубоких границ раздела. По воз-
можности опытные взрывы производят во всех точках взрыва,
намеченных для использования при ВСП в данной глубокой сква-
жине.
При проведении опытных работ, связанных с изучением опти-
мальных условий возбуждения и регистрации упругих колеба-
ний, следует менять только один параметр (массу заряда, глу-
бину заложения заряда, чувствительность аппаратуры, число
сейсмоприемников в группе и т. п.) и строго контролировать не-
изменность всех остальных параметров, постоянство забойки
ит. и. Надо, например, учитывать такое влияние, как «усталость»
скважины (обусловленное, по-видимому, проникновением про-
дуктов взрыва в поры породы), с которым связано ухудшение
условий возбуждения сигнала после нескольких взрывов, про-
изведенных в одной и той же скважине. При недостаточном кон-
троле за постоянством других параметров неучтенные измене-
ния какого-либо из них, сказавшиеся на сейсмозаписи, ошибочно
будут объясняться изменением изучаемого параметра. Не-
правильные выводы могут отразиться на ходе дальнейших
работ.
В/период ликвидации партии осуществляется расчет с ра-
бочими, нанятыми на месте работ, вывоз или ликвидация остав-
шихся ВМ. Аппаратура и оборудование подготавливаются к сзаче
на склад.
199
§ 3. Возбуждение колебании. Виды взрывных работ
Взрыв, используемый для создания упругих колебаний, ну-
жен не вообще, а в тот определенный момент, когда регистрирую-
щая аппаратура подготовлена к его записи, причем само мгно-
вение взрыва должно быть отмечено на записи с погрешностью,
не более ±0,0015 с. Кроме того, условия взрыва должны быть
таковы, чтобы он по возможности обеспечивал возбуждение то-
лько полезных сигналов. При соблюдении этих требований
взрывы могут производиться в воздухе, на поверхности земли,
на некоторой глубине ниже поверхности земли и в водоемах.
Общим для всех видов взрывных работ является применение элек-
трического способа взрывания. Подрыв заряда ВВ осуществ-
ляется при помощи специальных взрывных машинок, позво-
ляющих наряду с подрывом заряда передавать к регистрирующему
устройству электрический импульс, соответствующий истинному
моменту взрыва, по каналу проводной или беспроводной связи.
По принятой партией методике работ бывают необходимы
взрывы групп зарядов, причем одновременно или с заранее задан-
ными промежутками времени. При взрывании групповых за-
рядов одновременность подрыва обеспечивается путем подрыва
одного электродетонатора (ЭД), от которого к каждому заряду
в группе идет отрезок ДШ; все отрезки ДШ одинаковой длины.
При наличии мощной взрывной машинки одновременно подры-
вают все ЭД, помещенные в заряды, образующие группу. В слу-
чае необходимости разновременного взрыва зарядов используют
специальную взрывную машинку, посылающую импульсы тока
через заданные интервалы времени в несколько (до 50) присое-
диненных к машинке взрывных магистралей, или обычную взрыв-
ную машинку, при помощи которой взрывают один из зарядов
группы, а другие заряды группы соединяются отрезками ДШ со-
ответствующей длины либо последовательно, либо все непосред-
ственно с первоначальным.
Необходимо, однако, помнить, что при скорости детонации
ДШ порядка 7000 м/с для создания замедления около 60 мс нужно
до 400 м ДШ (такие и большие замедления могут понадобиться при
разведке на наклонные границы методами управляемых фронтов
(УФ). При помощи ДШ нельзя также осуществить без сложных
и длинных сетей запаздывание взрывов на 0,01 с или меньше
на 100 м длины базы. В связи с этим более целесообразны
специальные взрывные машинки, обеспечивающие необходимое
запаздывание для каждого заряда группы.
Воздушные взрывы. Этот вид работ мало распространен, так
как при взрывах в воздухе расход ВВ превышает расход в сква-
жинах более чем в 10 раз. Воздушный эквивалент применяемых
в настоящее время в скважинах зарядов в 10 кг и более превысит
100 кг ВВ, в связи с чем стоимость ВВ на 1 физическое наблюдение
составит 50—80 руб. Если учесть, что при наблюдениях ОГТ
±0
взрывы производятся через 60—200 м, применение воздушных
взрывов резко повысит стоимость 1 км сейсмического профиля, что
делает этот вид взрывных работ экономически нецелесообразным,
Воздушные взрывы обычно бывают групповыми. Заряды массой
до 10 кг каждый размещают следующим образом: один в центре и
шесть равномерно по окружности. В случае необходимости еще 12
зарядов располагают на окружности с двойным радиусом. Ли-
нейное расположение зарядов применяется гораздо реже. Опти-
мальная высота расположения зарядов определяется опытным
путем. Для указанных масс она составляет 1,25—2,50 м (см. гл.
III, § 2 и гл. 1У, § 1). При более высоком положении зарядов
теряется слишком большая доля энергии взрывов. Заряды поме-
щаются на легких треногах с подвижным средним стержнем, ко-
торый может выдвигаться, а его положение — фиксироваться
через небольшие интервалы по высоте. Заряд прикрепляется
к съемной надставке, которую заменяют после каждого взрыва.
Следует учитывать, что взрывчатые вещества с отрицательным
кислородным балансом при взрывах в воздухе создают пламя,
достаточное для воспламенения сухой травы или других легко-
воспламеняющихся материалов, поэтому при выполнении
воздушных взрывов необходимо удалить из-под заряда воспла-
меняющиеся вещества.	-
Взрывы на поверхности земли. Этот вид взрывных работ тре-
бует больше В В по сравнению с воздушными для достижения по-
лезного эффекта, сопоставимого со взрывом в скважине. Его при-
меняют при исследовании зоны малых скоростей, когда чаще
всего достаточны заряды до 1 кг.
Существуют патенты на поверхностный заряд в виде тонкой пла-
стины ВВ, занимающей большую площадь, однако о производ-
ственном применении подобных зарядов сообщений нет.
Взрывы в водоемах. В морях и реках запрещено применение
зарядов из обычных ВВ, так как взрывы губительно отражаются
на ихтиофауне, особенно на молоди. Взрывы ВВ осуществляются
теперь лишь в водоемах, не имеющих промышленного значения,
а при сейсморазведочных работах на реках и морях упругие ко-
лебания возбуждаются при помощи установок газовой детонации
(УГД), пневматических излучателей (ПИ) или электроискрового
разряда.
Взрывные работы в шурфах. Этот вид взрывных работ также
утрачивает свое значение. Отечественная промышленность про-
изводит значительное количество типо-размеров буровых стан-
ков (преимущественно шнековых), которыми можно бурить нег-
лубокие скважины диаметром в несколько десятков сантиметров.
Станки используются для рытья ям под посадку деревьев, под
телеграфные столбы, для закладки зарядов при проходке мели-
оративных каналов взрывным способом и т. п. Скорость бурения
•скважины станками не идет ни в какое сравнение со скоростью
проходки шурфов, например, при помощи ковшового экскаватора,
201
поэтому при массовом производстве взрывов на небольшой глу-
бине необходимо предусматривать механизацию работ путем ис-
пользования бурового станка соответствующего типа.
Шурф, т. е. горную выработку с сечением 0,5—0,6 м2 и больше,
задают для помещения значительного количества ВВ (для поме-
щения заряда в несколько килограммов можно пробурить сква-
жину в гораздо меньший срок). Глубина шурфа определяется про-
ектом работ.
Взрывы линейных зарядов в почве. Этот вид приповерхностных
взрывных работ получил применение в последнее время. Заряды
состоят из одного или нескольких отрезков ДШ повышенной мощ-
ности, размещенных параллельно или соединенных последо-
вательно.
При работах МОВ ДШ помещается в грунт при помощи по-
гружателя линейных зарядов (ПЛЗ). Погружатель смонтирован
на основе навесного плуга, прикрепляемого к трактору. Основ-
ной узел погружателя представляет собой нож-резец. При дви-
жении трактора нож образует узкую борозду, в которую через
трубчатое подающее устройство ДШ разматывается с бухты,
помещенной на катушку погружателя. Глубина укладки ДШ
должна исключать выброс последнего и воспламенение окружа-
ющей растительности, т. е. должна составлять не менее 0,4 м.
Линейные заряды применяются и для возбуждения поперечных
волн (направленных воздействий). Для создания асимметричного
поля производят взрывы ДШ, помещенного в траншее, образован-
ной, например, при помощи канавокопателя (см. ниже — воз-
буждение поперечных волн).
Взрывные работы в скважинах. Этот вид взрывных работ
остается преобладающим. Он имеет большое число модификаций,
обусловленных характером грунтов, глубиной заложения за-
ряда, типом применяемого бурового станка, интенсивностью и
другими характеристиками возбуждаемого упругого импульса и,
как направление, далеко не исчерпал себя, заключая возможности
для дальнейшего совершенствования.
Выше указывалось, что наибольший сейсмический эффект за-
ряд создает, если его помещают в скважине ниже подошвы зоны ма-
лых скоростей в пластичную или водонасыщенную среду при плот-
ной забойке необходимой мощности. Оптимальная глубина за-
ложения заряда определяется опытным путем. Размещение за-
ряда слишком глубоко связано не только с излишними расходами
на бурение, но может нежелательно изменить частотный спектр
возбуждаемых колебаний.
Следует также учитывать, что удлинение одиночного заряда
малоэффективно, поэтому при необходимости значительно уве-
личить заряд надо либо создавать камуфлет на забое одиноч-
ной скважины, чтобы поместить там одиночный концентрирован-
ный заряд, либо осуществлять группирование взрывов, размещая
увеличенный заряд по частям в нескольких скважинах (см. гл.
202
IV, § 2). Нельзя упускать из виду и экономический фактор: для
данного конкретного района группирование взрывов в некото-
ром числе мелких скважин может оказаться целесообразнее
бурения одиночных глубоких скважин (здесь не рассматривается
переход на «невзрывные» источники возбуждения, применение
которых может дать еще больший экономический эффект).
Условия возбуждения желательно сохранять постоянными.
Этого легко достичь в районах со слаборасчлененным рельефом
и с однородным строением верхней части разреза. Если геоло-
гическое строение участка работ претерпевает изменения, то сле-
дует увязать качество регистрируемых сигналов с каким-либо па-
раметром взрывных скважин, поддающимся более быстрому опре-
делению по сравнению с микросейсмокаротажем. Для этой цели
могут быть использованы данные электрокаротажа или гамма-
каротажа, записи бурильщика (механический каротаж) в сочетании
с наблюдениями за шламом или выбуренной породой. Если иско-
мая зависимость существует, то геолог партии строит предваритель-
ные разрезы, по которым задают необходимые глубины скважин
для обеспечения помещения зарядов в оптимальные условия.
Несколько специфичны взрывные работы, связанные с воз-
буждением поперечных волн, группированием взрывов по верти-
кали и с обеспечением заданной скорости детонации заряда. Они
также преимущественно проводятся в скважинах.
Возбуждение поперечных волн. Существует несколько спо-
собов возбуждения поперечных волн. Общим для всех
является наличие вблизи очага взрыва некоторого искусственного
нарушения однородности среды, затрудняющего формирование
продольных волн. Взрывы производятся в траншеях, в скважинах
с камуфлетами, в скважинах возле камуфлетной полости.
При взрывах в траншеях под заряд помещают рыхлый грунт,
который содержит воздух и ослабляет продольные волны, являясь
для них своеобразным поглотителем. После закладки ВВ тран-
шею засыпают (см. рис. 68).
В случае взрывов в скважинах с камуфлетом бурят две группы
скважин, чаще всего вкрест профиля. Глубины скважин колеб-
лются в пределах 3—5 м; при этих глубинах получается наиболь-
шее отношение амплитуд поперечных и продольных волн. Рас-
стояния между скважинами в ряду могут варьировать от 2 до 10 м,
а между рядами составляют 1—3 м. Число скважин в группе 10 —
20 [(5x2) —(10x2)]. Все скважины заряжают, делают водяную
забойку и производят групповой взрыв — подготовительный. Его
задача — образовать в нижней части скважин возможно большие
камуфлетные полости, но чтобы между соседними полостями оста-
вался небольшой целик грунта. Камуфлетные полости заряжают
затем меньшими зарядами — рабочими (см. рис. 69). Иногда
под заряд и вплотную к нему подсыпают немного рыхлого грунта.
Заряды каждого ряда соединяют в группу и производят под-
рыв зарядов в одном ряду, а затем во втором. Все взрывы про-
203
изводятся, как обычно, по команде геофизика-оператора. Масса
каждого предварительного (рыхлящего) заряда зависит от грунта
и от поставленной задачи и составляет 0,4—2,5 кг, массы рабочих
всегда меньше.
Способ взрывов возле полости предусматривает наличие трех
рядов скважин в группе. Вначале бурят скважины центрального
ряда, помещают в них заряды и производят взрывы для образова-
ния камуфлетной полости. В зависимости от типа пород заряды
могут достигать 10 кг. Параллельно центральному ряду по обеим
сторонам от него бурят ряды скважин такой же глубины (3—5 м).
Расстояния между рядами выбирают такими, чтобы эти скважины
прошли близко к образовавшейся зоне рыхления, но не попали
в нее. В скважины помещают заряды (по 0,4—2,5 кг), осуществ-
ляют забойку и образуют две группы зарядов. В каждую группу
входят заряды, находящиеся по одну сторону от централь-
ного ряда. Группы взрывают порознь по команде оператора.
Взрывные скважины бурят чаще всего шнековыми станками.
Раньше считалось, что при взрывах в обводненных грунтах по-
перечные волны не возникают. Однако было доказано, что при
взрывах в скважинах с камуфлетом поперечные волны необходи-
мой интенсивности возбуждаются даже при помещении заряда
ниже уровня грунтовых вод.
Существуют еще несколько способов возбуждения попереч-
ных волн, однако они не вышли из начальной стадии опытных работ.
К ним относится, например, способ взрывов с временными задер-
жками: заряды группы взрываются по очереди с замедлением, рас-
считанным на взрыв очередного заряда в момент, когда к нему при-
близилась или почти достигла его зона рыхления, образовавшаяся
при взрыве предыдущего заряда. Разброс во времени срабатывания
электродетонаторов существенно мешает развитию этого способа.
Группирование взрывов по вертикали. Цель этого группирования
усилить вертикальную составляющую возбуждаемого импульса и
по возможности ослабить волны, распространяющиеся в других
направлениях. Наибольший эффект достигается при равенстве
скоростей детонации и распространения данного типа волн в среде,
окружающей заряд. Группирование взрывов осуществляют сверху
вниз или снизу вверх. Во втором случае направленная вниз энер-
гия составляет около 5% энергии такого же заряда, в котором
группирование осуществлено сверху вниз. При группировании
снизу вверх ослабляются первые волны, но зато волны-спутники
обладают повышенной энергией, что облегчает их выделение при
сопоставлении записей, полученных в случае разных направле-
ний группирования взрывов по вертикали.
Заданную скорость распространения упругого импульса по
вертикали можно получить одним из следующих способов:
1) имея непрерывный заряд из ВВ с заданной скоростью дето-
нации, близкой к скорости распространения упругих волн в окру-
жающих породах (2200—3000 м/с);
204
2) имея группу раздельных зарядов, подрываемых через за-
данные промежутки при помощи электродетонаторов, помещенных
в каждый заряд и взрываемых поочередно с заданными задержками,
при помощи отревков ДШ, свитых в спираль и помещенных между
отдельными зарядами, при использовании составных зарядов
(см. гл. V). Первый способ не пригоден при инициировании сверху,
так как первый взрыв может повредить провода, ведущие к
нижележащим зарядам. Другим препятствием для применения
этого способа является разброс во времени срабатывания ЭД,
что может быть вызвано различным сопротивлением в соедине-
ниях и другими причинами.
Детонирующий шнур лучше навивать на трубку из пласт-
массы. Если для этой цели взять дерево, то оно будет всплывать
в воде, заполняющей скважину. Расстояние между витками
должно быть достаточно большим, чтобы детонация шла вдоль
шнура, а не распространялась непосредственно по образующей
цилиндра, на который навит ДШ, и не разрушала шнур. Задав-
шись скоростью детонации и расстоянием между зарядами, можно
рассчитать необходимое число витков. Например, чтобы получить
скорость детонации 2500 м/с при расстояниях между зарядами
0,5 м, их надо подрывать через 0,0002 с. Для такого замедления
требуется отрезок ДШ длиной 1,4 м. На трубке диаметром около
70 мм этот отрезок образует около семи витков при расстоянии
между ними около 7 см. Чтобы получить скорость продвижения
взрывной волны порядка 1800 м/с, на том же отрезке нужно по-
местить 2 м ДШ, располагая витки через 5 см.
Способ возбуждения, использующий составные заряды, за-
медляя скорость детонации, не позволяет точно задать скорость
распространения упругого импульса.
Условия заложения заряда в скважину зависят от пород,
в которых пройдена скважина, и применяемого типа бурового
станка. В настоящее время существует несколько разных спо-
собов образования скважин для помещения зарядов: задавливание
вращательное бурение с промывкой скважины водой или продув-
кой ее воздухом, шнековое бурение, виброшнековое бурение. При
задавливании наконечник на штанге под действием веса всей
установки погружается в породу, раздвигая ее и образуя пу-
стоту для помещения заряда. Заряд массой ВВ до 5 кг находится
при этом в наконечнике (см. стр. 212). Этот способ пригоден для
образования скважин глубиной до 9 м в некоторых категориях
пород, не обладающих значительной плотностью или вязкостью.
Бурение с промывкой наиболее универсально. Однако перед-
вижные буровые станки сейсмических партий дают высокую ско-
рость бурения только в породах I—III категорий. В твердых тре-
щиноватых породах применяют бурение с продувкой воздухом,
который подается компрессором через вертлюг колонны буриль-
ных штанг подобно промывочной жидкости. Однако некоторые
породы с трудом поддаются этому бурению (глины, водоносные
205
1
пески и др.). В сухих песках, гравии, даже в .мелком галечнике
высокую скорость бурения имеют шнековые буровые станки,
которые позволяют углубиться и в водонасыщенные пески. Лучше-
бурятся сыпучие породы с галькой и плывуны виброшнеко-
вым способом. В водоносных песках для бурения скважины мо-
жет быть применен гидромониторный способ: вода в большом ко-
личестве подается насосом в колонну штанг; выходя из насадки
(сопла) внизу колонны, она, поднимаясь, увлекает несвязанные
частицы породы, выносит их наверх снаружи колонны штанг,
которая постепенно погружается в размытую полость под
тяжестью своей массы.
Чтобы поместить заряд в скважину, пробуренную вращатель-
ным способом, необходимо извлечь из нее колонну штанг и бу-
ровой наконечник — долото. При устойчивых породах стенки сква-
жины противостоят горному давлению в течение продолжитель-
ного времени, и заряд опускают на забой под действием своего
веса или при помощи грузила. В менее устойчивых породах ча-
стицы, выпадая из стенок, постепенно заполняют ствол скважины,
и для того, чтобы поместить заряд на забой скважины, нужно
приложить большое усилие или предварительно промыть ствол
скважины при помощи насоса бурового станка и колонны штанг.
В неустойчивых породах стенки скважины обваливаются почти
сразу после извлечения из нее бурового инструмента. В этих
случаях неустойчивую часть ствола скважины закрепляют об-
садными трубами, затем долотом меньшего диаметра углубляют
ее и помещают заряд ниже обсадных труб. После взрыва обсад-
ные трубы извлекают для повторного использования. Сово-
купность этих операций отнимает столько времени, что скорость
бурения и подготовки взрывных скважин становится определя-
ющим фактором производительности партии в целом.
§ 4. Оборудование взрывного пункта
Каждая взрывная бригада располагает взрывчатыми материа-
лами, взрывной машинкой, средствами связи с сейсмостанцией, про-
водами для взрывной магистрали и соединения зарядов, необхо-
димыми инструментами, приборами, оборудованием для опуска-
ния заряда, оцепления опасной зоны и сигнализации и т. д. При
частых перемещениях бригады по точкам взрыва ей придается
транспорт — чаще всего специально оборудованная автомашина
(автовзрывпункт) повышенной проходимости.
При сейсморазведке могут быть использованы почти все ВВ,
пускаемые отечественной промышленностью. Чаще всего приме-
няются тротиловые прессованные шашки массой по 0,4 кг, име-
ющие форму прямоугольной призмы размером 101 X 51 X 52 мм,
а также выпускаемые для целей сейсморазведки цилиндрические
заряды из литого тротила, массой примерно по 2,5 кг при диаметре
206
80 мм и высоте 350 мм (см. рис. 36). Цилиндрические заряды имеют
по оси отверстие, что упрощает изготовление сборного заряда
из нескольких единичных. Это же отверстие служит для помеще-
ния наконечника устройства, используемого для помещения заряда
на дно скважины. С одной из торцевых частей цилиндрического
заряда находится промежуточный детонатор с отверстием для
электродетонатора. Как известно, литой тротил не детонирует от
взрыва ЭД или ЭДС и нуждается в более сильном инициирующем
импульсе, создаваемом промежуточными детонаторами. Послед-
ние имеются не в каждом из цилиндрических зарядов. В связи
с установивщейся практикой взрывов 5—10 кг взрывчатого ве-
щества в одном заряде, т. е. сборки 2—4 цилиндрических заря-
дов, для подрыва такой сборки достаточно наличия промежуточ-
ного детонатора только в первом из них, остальные детонируют
от взрыва первого заряда.
Составление сборного заряда из призматических шашек от-
нимает время. Если заряд опускается в скважину, он должен быть
прочно увязан, чтобы его можно было довести до забоя скважины
вопреки сопротивлению жидкости в ее стволе.
Значительная экономия времени достигается при использо-
вании для сейсморазведки единичных зарядов в оболочках,
которые оборудованы замками (например, типа резьбовых соеди-
нений), допускающими быструю сборку в один составной заряд
произвольного числа единичных зарядов.
В качестве ЭД при сейсморазведочных работах применяют ЭДС.
Основные параметры ЭДС описаны выше (см. гл. П, § 5). Необхо-
димо учитывать, что имеющийся ГОСТ не предусматривает для
ЭДС допусков по времени срабатывания, которые для ЭД состав-
ляют 2—10 мс при силе тока 1 А. При меньшей силе тока время
срабатывания ЭД возрастает ( и разброс времени также), поэтому
при выполнении взрывных работ, связанных с разновременным
взрыванием зарядов в группе, следует опытным путем установить
разброс по времени срабатывания имеющихся ЭДС и изменение
этого разброса в зависимости от длины (сопротивления) приме-
няемых взрывных линий.
Допустимо применение аммиачно-селитренных ВВ: 1) если
не требуется гидроизоляция зарядов: 2) при использовании очень
малых зарядов (в несколько десятков граммов), гидроизоляция ко-
торых может быть осуществлена простейшим способом — при
помощи резиновых или полиэтиленовых мешочков. В однородных
сейсмогеологических условиях при постоянной величине заряда
можно помещать гигроскопичные ВВ в подготовленные отрезки
пластмассовых труб, надлежащим образом герметизируемых с тор-
цов, такие заряды являются прототипами зарядов в оболочках.
Можно использовать также пироксилиновые пороха, сроки
хранения которых как порохов истекли, но они еще годны как
бризантные ВВ. Эти пороха не требуют гидроизоляции, и большой
заряд из них может быть насыпан в скважину (разумеется, с со-
207
блюдением правил безопасности), а потом подорван вспомогатель-
ным зарядом из бризантного ВВ. Наличие воды в скважине по-
вышает эффективность взрыва.
Взрывная машинка должна создать импульс тока, достаточ-
ный для подрыва группы ЭД. Этот импульс должен быть синхро-
низирован с регистрирующей аппаратурой сейсмостанции, т, е,
он должен возникнуть по команде оператора.
Все вычисления при обработке сейсмозаписи основываются
на времени прихода сигналов, поэтому каждая запись должна
иметь отметку взрыва.
Во взрывной машинке предусмотрено устройство для передачи
к сейсмостанции момента взрыва — электрического импульса,
совпадающего со взрывом заряда. Этого совпадения можно до-
стичь двумя способами:
1) сделав мостик ЭД настолько прочным, чтобы он разрушался
не при прохождении тока, а при взрыве ( на этом принципе осно-
ван ЭДС); тогда во взрывной цепи будут два импульса — импульс
посылки тока и импульс прекращения тока (при взрыве); при
большой силе тока эти импульсы сближаются;
2) поместив на заряд петлю изолированной проволоки, вхо-
дящей в цепь источника постоянного тока (чаще всего для этого
используют цепь пробника, вмонтированного во взрывную машинку
для сейсморазведки). При взрыве ток в цепи прекращается, им-
пульс передается через трансформатор к регистрирующей аппара-
туре.
Второй способ более точный, но требует, чтобы к заряду шла
не только взрывная линия, но и моментная. Приготовление двух
линий сказывается на темпах работ, и, когда не требуется по-
вышенная точность отметки момента, применяют первый способ
отметки.
При сейсморазведке применяются в основном взрывные ма-
шинки конденсаторного типа. При помощи генератора высокого
напряжения, питаемого от нескольких элементов^ С-373 или от
батареи дисковых аккумуляторов (12 В), помещенных в корпус
машинки, конденсатор в несколько микрофарад заряжается до
напряжения 400—600В и более. Параллельно обкладкам накопи-
тельного конденсатора подключена неоновая лампочка, которая
сигнализирует о том, что конденсатор накопил заряд, достаточный
для производства взрыва, т. е. при соединении его с цепью, име-
ющей сопротивление до 500 Ом, в ней пойдет ток силой 1,0 — 1,5 А.
Если прервать работу генератора, отпустив кнопку заряда («под-
готовка»), конденсатор сразу разряжается через балластное со-
противление, и нажатие кнопки «взрыв» не вызывает взрыва. Для
производства взрыва следует, не прекращая нажатия кнопки «под-
готовка», нажать кнопку «взрыв». При нажатии двух кнопок для
производства взрыва уменьшается опасность случайного взрыва.
Дополнительной мерой предосторожности является снабжение
взрывной машинки замком, который разрывает цепь питания
208
генератора. Ключ от замка хранится у взрывника. Для включения
цепи питания ключ помещают в замок непосредственно перед
взрывом, когда заряд полностью подготовлен к нему.
Кроме того, во взрывную машинку, которая используется
при сейсморазведке, вмонтированы обычно: 1) устройство связи
с сейсмостанцией, которое служит для переговоров с оператором
и для передачи сигнала отметки момента взрыва к регистриру-
ющей аппаратуре; б) устройство для «синхронизации» взрыва с ре-
гистрирующей аппаратурой при работах с производством взрыва
по сигналу от сейсмостанции, подаваемому в момент, когда ап-
паратура подготовлена к регистрации. Взрывник и в этих слу-
чаях не теряет контроля за взрывной цепью. Он должен нажимать
кнопки «подготовка» и «взрыв» также как и тогда, когда он непосред-
ственно производит взрыв. Достаточно ему отпустить кнопку
«взрыв», как цепь окажется разомкнутой, а при отпускании кно-
пки «подготовка» — конденсатор-накопитель разряженным.
При проведении сейсмической разведки способом плоского
фронта (ПФ) могут быть применены несколько групп зарядов, раз-
несенных на значительное расстояние. Взрывы при этом тре-
буется осуществлять с промежутками в несколько миллисекунд.
Для выполнения взрывов через малые промежутки времени взрыв-
ную машинку дополняют необходимым количеством контактов
и переключателем (вращательным или реечным) или электронной
схемой задержки. По заданным задержкам определяют контакты,
которые будут замкнуты через соответствующие промежутки вре-
мени, и присоединяют к ним линии (провода) от зарядов, созда-
ющих фронт заданной формы. При использовании электронных
схем задержки (например, устройства взрывного электронного
ЭУПВ-12) величина задержек зависит от избранного интервала
дискретности и может быть доведена до 500 мс. По программе,
пробитой на перфокарте, происходит подача с задержками им-
пульсов, управляющих посылкой тока в цепь соответствующего
ЭДС. ЭУПВ-12 рассчитано на разновременный подрыв 12 заря-
дов. При числе зарядов больше 12 имеется возможность со-
единять ЭУПВ-12 в группу, причем одно остается управляющим,
а все остальные — управляемыми.
Схема управления взрывом (УВР) придается сейсморазведоч-
ным станциям. Ее назначение — согласовать выполнение взрыва
с готовностью регистрирующей аппаратуры сейсмостанции и
обеспечить прием и запись сигналов, соответствующих отметке
момента взрыва и ta. Она применяется при проводной связи и при
радиосвязи. Эта схема состоит из двух блоков — один находится
на сейсмостанции, второй — на взрывном пункте. Дешифратор,
находящийся в блоке на пункте взрыва, сигнализирует взрывнику
начать зарядку конденсатора-накопителя и посылает импульс
Для выполнения команды «огонь». Замыкание боевой магистрали
(при нажатой взрывником кнопки «взрыв») осуществляет реле,
срабатывающее с некоторой задержкой (до 0,5 сД причем перед
14 Заказ 419	209
взрывом другое реле переключает станцию взрывпункта с приема
па передачу сигналов — отметки момента и
Подобные схемы должны быть достаточно помехоустойчивыми,
не срабатывать от случайных импульсов, атмосферных разрядов и
т. п., обеспечивать включение цепей передатчиков и при всем этом
быть безотказными, так как они используются в полевых условиях
взрывником, не имеющим радиотехнической подготовки.
При группировании взрывов на больших базах требуются
выполнение дополнительных правил безопасности, в частности,
охрана всей опасной зоны постами, расположенными в пределах
взаимной видимости. Посты, кроме линий связи, соединяются блок-
линией с числом блокирующих кнопок, соответствующим числу
постов. Перед взрывом по боевому сигналу каждый пост охраны
нажимает свою кнопку. Если необходимо предотвратить взрыв,
пост охраны должен отпустить кнопку, поскольку наличие хотя
бы одной незамкнутой кнопки разрывает цепь взрывной линии
и исключает возможность взрыва.
С взрывной машинкой заряд соединяют магистральными про-
водами. При групповых взрывах заряды каждой группы соединяют
между собой в заданном порядке участковым проводом, конец
которого соединяют с магистральным. Для создания регулируе-
мого управляемого фронта (РУФ) магистральные провода состав-
ляют из нескольких парных линий (по числу подрываемых за-
рядов), смонтированных в общий кабель. На конце магистральных
проводов помещают штепсельные разъемы, а в них — закора-
чивающие вилки (гнезда). По мере монтажа взрывной магистрали
от заряда к взрывной машинке закорачивающие элементы вы-
нимают и провода соединяют штепсельными разъемами. Линии
изготавливаются обычно из гибких изолированных проводов с ма-
лым электрическим сопротивлением (сечение магистральных про-
водов должно быть не менее 0.75 мм2).
Для зачистки концов проводов от электродетонаторов и участко-
вых взрывник использует нож, комбинированные плоскогубцы.
При соединении проводов концы их после зачистки прочно скреп-
ляются, а места соединений изолируются. Соединения должны быть
механически прочными, а изоляция надежной, так как при не-
соблюдении этого условия существенно изменится сила тока,
а следовательно, и время срабатывания электродетонатора, что
скажется на точности отметки времени или на величине проме-
жутка времени между отдельными взрывами в группе.
Смонтированный заряд помещают в подготовленную выработку.
В чистые открытые выработки небольшие заряды спускают не-
посредственно на проводе. Большие заряды во избежание на-
рушения целости опускают на шпагате или изолированном проводе.
Если разница между сечениями заряда и скважины невелика или
в скважине существует препятствия для прохождения заряда, к
нему прилагают усилие для доведения его до забоя. Чаще всего оно
создается грузилом, которое имеет с одного конца деревянный или
2/
пластмассовый наконечник для сочленения с зарядом, а с другого —
проушину для каната (провода). Если грузило поднимают вруч-
ную, то масса его обычно невелика. Более тяжелые грузила (в 200—
300 кг) опускают на тросе, используя лебедку автовзрывпункта,
соединенную с коробкой отбора мощности, и легкую стрелу. Для
доставки заряда на забой применяют также шесты. Шесты (чаще
всего деревянные) делают длиной по 2,5—3,0 м. В комплект вхо-
дят шесты одинаковой длины, что позволяет по числу шестов опре-
делить глубину заложения заряда с точностью до 0,5 м. На кон-
цах шестов помещают соединения — резьбовые или другие. По-
степенно наращивая колонну шестов и прилагая к ней усилие,
взрывник доводит заряд до забоя.
Для сигнализации и оцепления опасной зоны применяют крас-
ные флажки.
Автовзрывпункт — машина повышенной проходимости, при-
способленная для размещения персонала взрывной бригады и всего
ее оборудования. В кузове находятся цистерна с вакуумным во-
дозабором, два небольших железных шкафа, в которые помещают
деревянные ящики с ВВ (на 250 кг ВВ). На цистерне расположены
ящик для ЭДС (на 100 шт.), смоточный станок с катушкой для про-
вода связи, катушка для взрывной магистрали. В кузове имеются
места для персонала взрывной бригады и ящики для средств связи,
взрывной машинки, инструментов и оборудования. На стоянке
автовзрывпункт заземляют.
§ 5. Приготовление зарядов и производство взрывов
Прибыв на место взрыва, взрывник проверяет состояние гор-
ной выработки, в которую будет помещен заряд, и, если в нее
можно поместить заказанный заряд на заданную глубину, он
приступает к изготовлению заряда.
При взрывах в шурфах заряд помещают на дно. При большой
массе ВВ оставляют в заводской таре. После закладки нужного
количества ВВ сверху помещают боевик, который должен сопри-
касаться с основным зарядом ВВ, чтобы обеспечить взрыв пос-
леднего. Забойку создают, засыпая заряд песком, измельченной
землей. Нельзя допускать, чтобы в забойку попадали камни,
крупные комки глины или земли, так как взрывом их может раз-
бросать на сотни метров и причинить тяжелые травмы населению,
находящемуся за пределами опасной зоны, определяемой дей-
ствием ударной волны или разлетом мелких частиц грунта.
При производстве взрывов в водоеме взрывник в лодке отво-
зит заряд и опускает его либо на дно, либо в воду на заданную
глубину, причем для удержания заряда на зтой глубине исполь-
зуется поплавок (резиновая оболочка, надутая воздухом). Опу-
стив 'заряд, взрывник отплывает на лодке к берегу, стравливая
при этом взрывную магистраль и следя за тем, чтобы заряд не
сместился. Достигнув берега, взрывник, продолжая разматывать
211
магистраль, доходит до ее разъема, соединяет ее, уходит в укры-
тие и оттуда производит взрыв по команде оператора.
При производстве взрыва в скважине ВВ помещают насыпью
либо в ее ствол, либо в уже образованный камуфлет (а жидкие
ВВ — наливом), а потом в толщу ВВ вводят боевик необходи-
мой мощности. Чаще всего заряд готовят на поверхности целиком,
т. е. взрывчатому веществу придают компактную форму, соответ-
ствующую сечению скважины.
В зависимости от массы всего заряда, применяемых единичных
зарядов и их формы приготовление может представлять собой
относительно простую операцию, например свинчивание несколь-
ких единичных зарядов, имеющих быстродействующие сочленения,
или соединение 2—3 цилиндрических зарядов с использованием
их осевых отверстий. Больше времени уходит на создание до-
статочно жесткого заряда из небольших шашек. Для этого тре-
буются увязочный материал и направляющие планки для при-
дания заряду жесткости.
Если применяемое ВВ требует более сильного инициирующего
импульса, чем импульс, создаваемый ЭДС, то промежуточный
детонатор обычно вмонтирован в толщу ВВ и имеет сверление
под ЭДС. Провод от ЭДС прочно закрепляют вокруг прилегаю-
щего участка заряда или его обвязки, чтобы он не сместился
при опускании заряда, а ЭДС не мог выскочить из своего гнезда
в заряде. ЭДС обычно заранее проверяют на проводимость, а при
групповых взрывах также калибруют, применяя для этого
линейный мостик или другой прибор, допущенный ЕПБ.
Электродетонаторы делят на группы, отличающиеся по сопро-
тивлению на 0J3—0,5 Ом. Чем меньше расхождение сопротивле-
ния цепи мостиков'различных ЭДС, тем больше вероятность того,
что разброс времени срабатывания мостиков будет незначитель-
нее. Концы проводников ЭДС обычно свободны от изоляции. Концы
участковых проводов зачищают от изоляции, проверяют на про-
водимость, прочно соединяют с концами проводников от ЭДС,
места соединений хорошо изолируют.
При работе с одиночными зарядами роль участкового провода
играет ближняя к заряду половина взрывной магистрали. (Как
известно, взрывная магистраль состоит из двух частей, которые
разъединяются после взрыва и последующей проверки прово-
димости магистрали).
При использовании грузил или шестов обвязку подготовлен-
ного заряда соединяют у устья скважины с клинообразным на-
конечником грузила или первого шеста. Назначение этого нако-
нечника — передавать на заряд вес грузила или усилие взрывника
при движении заряда вниз и разъединяться с зарядом в самом на-
чале подъема грузила (шеста), оставляя заряд на забое. Наиболее
удобны в этом случае наконечники клиновидной формы.
При спуске заряда на грузиле взрывник следит за тем, чтобы
продвижение участкового провода (магистрали) и колонны шестов
212
или каната от грузила было одинаковым, иначе заряд может со-
скочить с наконечника, и тогда потребуется поднять заряд на по-
верхность и снова сочленить его с наконечнйком. Когда заряд
достигает забоя, наконечник и заряд рывком разъединяют и под-
нимают грузило (колонну шестов), следя за тем, чтобы не за-
цепить участковый провод и не увлечь при этом заряд вверх.
При использовании шестов предпочтение отдают тому виду
сочленения между ними, который позволяет взрывнику осуще-
ствить спуск заряда, не прибегая к помощи других членов взрыв-
ной бригады.
Разработаны несколько способов погружения зарядов через
буровой инструмент.
I. При использовании установки для бурения и механизи-
рованной зарядки взрывных скважин (максимальная глубина пог-
ружения 9 м). На поверхности земли заряд помещают в погружа-
тель и соединяют с отрезком ДШ, протянутого через всю колонну
бурильных штанг. Крышки погружателя закрывают вращением
хвостовика колонны бурильных штанг. Затем стрелу (мачту) пере-
водят в вертикальное положение, и оператор установки присту-
пает к задавливанию погружателя. Если верхняя часть грунта
очень плотная (мерзлый грунт), то на глубину до 1,5 м его можно
предварительно разрыхлить шнеком (буровой узел составляет
часть установки), а лишь затем приступать к задавливанию.
Для этого колонну штанг зажимают патроном и включают со-
единенный с ним гидроцилиндр для подачи патрона вниз.
Установка снабжена двумя патронами: пока один работает
на давление, второй вхолостую перемещают вверх. После подачи
колонны штанг на весь ход первого цилиндра его отключают и
включают второй. Этим достигается непрерывное продвижение
погружателя под нагрузкой до 13 т. После достижения погружа-
телем заданном глубины его немного поднимают, открывают
крышки, штоком выталкивают заряд, фиксатором закрепляют
крышки-скребки в открытом положении, постепенными ходами
гидравлических цилиндров вверх извлекают погружатель на по-
верхность и отсоединяют конец ДШ от тросика, находящегося внут-
ри штанг. После этого укладывают мачту в горизонтальное поло-
жение, отводят установку, засыпают скважину землей и при-
соединяют ЭДС к концу отрезка ДШ, идущего от заряда. После
этого заряд подготовлен к взрыву.
II. При использовании полых шнеков (трубошнеков). Этот
способ помещения зарядов применяется при шнековом (виб-
рошнековом) бурении в неустойчивых, рыхлых породах в трех
вариантах.
1.	Скважину проходят шнеками и обсаживают колонной труб,
снабженной заглушкой внизу. В колонну помещают заряд, откры-
вают заглушку, поднимают колонну, оставляя заряд на забое.
На вращателе шнекового станка через крючок продевают конец
взрывной магистрали (участкового провода) и вешают на него не-
213.’
большой груз. При этом можно разъединять колонну труб без
помех со стороны взрывной магистрали.
2.	При использовании шнековых погружателей происходит
совмещение процессов бурения и погружения зарядов. Погружа-
тель представляет собой шнек, снабженный в нижней части сбоку
двумя резцами-рыхлителями, а в торцевой части — крышкой.
Снаряженный заряд (до 10 кг ВВ) помещают в погружатель (заряд
снабжают пружинной распоркой — «якорем», которая должна
удерживать его в скважине после выхода из погружателя).
Бурение начинают погружателем, как долотом, и по мере
проходки скважины наращивают обычные для данного станка
шнеки. По достижении заданной глубины прекращают бурение,
открывают крышку погружателя, заряд при этом выходит в сква-
жину. При подъеме шнеков заряд остается на дне, удерживаемый
якорем, а провод, соединенный с ЭДС, разматывается с катушки,
помещенной в погружатель.
3.	При шнековом бурении в плывунах иногда применяют ком-
бинированное долото со съемной средней частью. После бурения
до заданной глубины (зачастую на 6—10 м ниже кровли плывуна)
извлекают съемное долото. При этом плывун заходит внутрь
колонны шнеков.
Заряд (до 8 кг) с помещенным ЭДС и с присоединенным про-
водом, длина которого на 2 м превышает глубину скважины, опу-
скают в колонну шнеков до пробки из плывуна. Конец провода
наматывают в один ряд на конусный деревянный шаблон и (без
шаблона) помещают в полумуфту шнека узким концом вниз. К верх-
нему концу провода привязывают У-образную пружину из про-
волоки, которую также помещают в полумуфту вверху колонны
шнеков.
После этого на верхнюю часть колонны шнеков надевают по-
лузамок, соединенный резиновым шлангом с хранилищем сжа-
того воздуха (ресивер), давление в котором доведено до 10—
13 кгс/сма.
При открытии крана ресивера сжатый воздух проходит в ко-
лонну и создает в ней постоянное давление 5—8 кгс/см2, при кото-
ром поднимают колонну на высоту одного шнека, перекрывая кран
воздушной линии. В процессе подъема пробка плывуна и заряд
выталкиваются в скважину сжатым воздухом через отверстие
в долоте. При выходе заряда из колонны шнеков давление в воз-
душной линии падает: после этого можно приступать к ее подъему.
При подъеме V-образная пружина продергивается через полые
шнеки, и в конце подъема взрывник крючком задевает конец про-
вода и окончательно извлекает его из последнего шнека для даль-
нейшего монтажа взрывной магистрали.
Механизация процесса заряжания скважин и совмещение его
с бурением возможны в определенных геологических условиях.
Приведенные примеры показывают, что при соблюдении требова-
ний безопасности можно допустить не только пребывание заряда
214
в колонне труб, но и бурение скважины при наличии заряда в ра-
бочем наконечнике установки, образующей скважину. Отдель-
ные приемы, используемые в одних районах., с успехом могут быть
применены и в других, где они позволят сократить время за-
ряжания скважин и повысить производительность партии в це-
лом. Несомненно, что с развитием технической оснащенности
партий появятся новые способы ускоренного заряжания скважин,
совмещенные, по возможности, с их бурением.
При разведке методом ОГТ число взрывов на единицу длины
профиля возрастает по сравнению с обычной модификацией
метода отраженных волн (МОВ). Увеличение числа взры-
вов не требует соответствующего увеличения числа перестано-
вок сейсмоприемников, поскольку в сейсмостанции используют
коммутатор, позволяющий подключить одну и ту же группу сей-
смоприемников на вход различных регистрирующих каналов.
В связи с этим для производительности партии определяющим
стало число взрывов, которое может быть выполнено за смепу.
В какой-то мере увеличение числа бригад взрывников может спо-
собствовать повышению производительности, но, например, при
нахождении точек взрывов в пределах базы приема деятельность
бригад взрывников должна прерываться при регистрации взры-
вов от других точек, а при использовании механических средств
заряжания такие остановки нежелательны.
Одним из путей повышения производительности сейсмиче-
ских отрядов должна стать консервация зарядов, т. е. предвари-
тельное бурение и заряжание скважин. Заранее подготовленные
заряды используются через несколько часов (или суток). Основ-
ное требование безопасности в случаях оставления зарядов впрок
сводится к обеспечению их сохранности, заключающемуся в том,
чтобы посторонние лица не могли извлечь или подорвать заряд.
Консервация зарядов применяется за рубежом.
Устройство для консервации заряда представляет собой
заглушку для скважины с распорным приспособлением, не поз-
воляющим извлечь заглушку без специального ключа, находя-
щегося у взрывника. Провод, идущий от заряда, подвязывается
к нижней части распорного устройства.
Погружение линейных зарядов механизировано. Конец ДШ
выводят через трубку питателя, привязывают к деревянному
бруску, который укладывают в выкопанную ямку поперек буду-
щей канавы для ДШ. Затем тракторист и взрывник садятся в ка-
бину трактора, трактор заводится, нож-резец опускается, и после
того как рабочий, принимающий участие в заряжании бухты
ДШ, удалится на безопасное расстояние, трактор начинает дви-
жение. При движении трактора взрывник в зеркало наблюдает
за ходом разматывания ДШ. Кабину трактора сзади оборудуют
железной заслонкой, исключающей возможность поражения трак-
ториста и взрывника при случайном взрыве бухты ДШ.
Если по проекту длина линейного заряда превышает длину
215
бухты, то после того, как бухта смотана с катушки, трактор оста-
навливают, отсоединяют съемную щеку катушки и помещают
на нее бухту ДШ, снова выводят конец ДШ через трубчатое пи-
тающее устройство, сращивают отрезки шнура и продолжают
погружение заряда. Помещение бухты ДШ на катушку и вывод
ДШ через подающее устройство выполняет взрывник или спе-
циально проинструктированный рабочий взрывной бригады.
После того как заряд помещен в горную выработку, взрывник
осуществляет забойку. В скважинах лучшей забойкой является
вода. Если столб жидкости в скважине мал, то перед взрывом в нее
доливают воду из цистерны автовзрывпункта. Эта мера эффективна
не при всех типах грунтов, поэтому необходимо опытным путем
установить условия забойки для участков района работ. Необ-
ходимо помнить, что запись неудачного взрыва, т. е. взрыва, при
котором не возникли колебания, обладающие достаточной энер-
гией, или создались помехи выше допустимого уровня, будет
забракована. Повторение отдельного забракованного наблюдения
требует от сейсмической партии гораздо больше усилий и вре-
мени, чем выполнение рядового наблюдения при простреле про-
филя. Взрывник должен знать, когда и в каком количестве про-
изводить забойку.
После помещения зарядов группы в горные выработки взрыв-
ник соединяет по заданной схеме участковые провода, проверяет
их, присоединяет к взрывной магистрали и, двигаясь в направле-
нии к взрывному пункту, снимает закорачивающую перемычку
на среднем разъеме взрывной магистрали и закорачивающую пе-
ремычку с вилки взрывной магистрали, находящейся у взрывной
машинки, проверяет проводимость всей линии и, если нужно,
сравнивает сопротивление линии с расчетным. После этого он
сообщает оператору о готовности заряда к взрыву, массу за-
ряда и глубину его погружения (в том случае, если он выполнял
заряжание сам).
Оператор подготавливает аппаратуру к записи и, проверив
ее готовность, командует взрывнику быть готовым к взрыву.
Взрывник подает сигнал готовности к взрыву, отпирает взрывную
машинку, присоединяет взрывную магистраль к гнездам «бое-
вая линия» и приступает к зарядке конденсатора-накопителя.
При работах МРУФ все взрывники на блок-пунктах сообщают
о состоянии готовности к взрыву и нажимают свои блок-кнопкп
взрывной линии. Оператор подает команды с расчетом, чтобы кон-
денсатор-накопитель во взрывной машинке получил необходимый
заряд. По последней команде — «огонь» взрывник, нажимает
кнопку «взрыв».
После взрыва взрывник сообщает оператору свои наблюдения
(частичный взрыв, сгорание ВВ и т. п.), отсоединяет взрывную
магистраль от машинки, вынимает ключ, проверяет взрывную
магистраль на отсутствие обрыва и короткого замыкания и ждет
указаний оператора. При отказе взрывник немедленно информирует
216
оператора, отключает магистраль, вынимает ключ из машин-
ки и приступает к выявлению и ликвидации причины отказа.
При выполнении всех действий, связанных с подготовкой за-
ряда к взрыванию, взрывник руководствуется ЕПБ и инструк-
циями для проведения взрывных работ с использованием опреде-
ленного оборудования, применяемого бригадой.
§ 6. Ликвидация последствий взрывов
При группировании взрывов при разведке методом ОГТ, от уве-
личения массы среднего заряда происходят значительные разру-
шения поверхности земли, образуются провальные воронки, узкие
колодцы, которые являются причиной увечий и даже гибели лю-
дей и животных. Сейсморазведочная партия обязана ликвидиро-
вать причиненные ею повреждения, восстановить условия бес-
препятственного землепользования на участках разведки. Кон-
кретные меры по ликвидации последствий взрывов определяются
начальником партии по согласованию с местными советскими ор-
ганами.
Действующая «Инструкция по ликвидации последствий взры-
вов при сейсморазведочных работах» (1971 г.) обязывает взрыв-
ника осмотреть место взрыва, определить характер разрушений.
При наличии разрушений, угрожающих последующим обруше-
нием, взрывник обязан обеспечить охрану места взрыва и
информировать об этом лицо, ответственное за ликвидацию
последствий взрывных работ. Взрывные скважины подле-
жат промеру по всему стволу. Опасные участки у сква-
жин, угрожающих обрушением, должны непрерывно охра-
няться, пока в результате ликвидационных работ опасность
не будет устранена.
Воронки, образующиеся при взрывах на" выброс, следует
засыпать и выравнивать. Чтобы сохранить участок для земле-
пользования, почвенный слой снимают до взрыва, складируют,
а потом помещают сверху грунта, насыпанного в воронку.
Взрывные скважины, в которых возможно образование про-
вальной воронки (при наличии камуфлетной полости на глубине
h sg М, М — масса заряда в кг), ликвидируют искусственным об-
рушением грунта погруженными или накладными зарядами, ко-
торые располагают не ближе 1,5 м от устья скважины. Всю группу
таких зарядов взрывают одновременно, образовавшуюся на по-
верхности воронку засыпают грунтом. Число необходимых за-
рядов, их величина, глубина погружения определяются на месте,
исходя из конкретных условий. Полнота ликвидации воронок
и пустот определяется' путем сопоставления объема грунта,
использованного для засыпки, с теоретическими расчетами объе-
мов полостей и воронок, возникающих при взрывах.
Скважины, не угрожающие провалом, ликвидируются при
помощи пробки, забутовки устья (пробка может быть из дерева,
217
грунта или другого материала). Слой грунта над пробкой, за-
бутовкой должен быть не менее 0,5 м, чтобы не создавать препят-
Рис. 92. Графики для определения ми-
нимальной глубины заложения заряда h
в зависимости от его массы G, при ко-
торой провальные воронки на поверх-
ности не образуются.
j — при h ^5 /G; 2 — принятый для
Приобья
ствий для землепользова-
ния.
При сохранности устьевых
частей скважин, пробурен-
ных в лесах и на лугах, до-
пускается ставить заглуш-
ки — деревянные пробки дли-
ной не менее 1 м и диаметром,
на 50 мм превышающим диа-
метр долота. В труднодоступ-
ных болотистых местах, где
в жидких грунтах скважины
заплывают и самоликвиди-
руются в короткий срок, по
согласованию с горным над-
зором, дополнительные ра-
боты по ликвидации послед-
ствий взрывов можно не
производить.
В некоторых районах, где
поверхностные условия бо-
лее или менее однородны и где определен радиус остаточных
деформаций, устанавливают предельную массу заряда как функ-
цию глубины его заложения (рис. 92).
Так, для районов среднего течения Оби принимается следую-
щая зависимость:
глубина погружения в м: 4 6 8 10 12 16 20 24 28 32
масса заряда в кг:	0,1 0,3 0,7 1,4 2,4 5,7 11 19 30 45
При этих соотношениях расстояние от поверхности земли до
зоны остаточных деформаций грунта в два раза превышает ра-
диус этой зоны.
Все работы по ликвидации последствий взрывов регистриру-
ются в журнале по форме: 1) номер записи; 2) дата проведения
сейсмических работ; 3) номер профиля и положение точки взрыва;
4) характер разрушений; 5) дата и способ ликвидации; 6) ис-
полнитель (фамилия, должность, подпись).
Ликвидационные работы должны быть закончены до отъезда
партии. Если они проводились зимой, то после оттаивания грунта
(весной или летом) необходимо проверить качество работ по лик-
видации и в случае необходимости повторить ее.
При ликвидации последствий взрывов в скважинах надо счи-
таться еще с одним фактором. Обычно взрывные скважины дово-
дятся до первого водоносного горизонта или несколько углуб-
ляются в подстилающие его водоносные слои. Иногда скважины
пересекают водоупорные породы или тонкий слой последних
218
разрушается при взрывах. В этих случаях необходимо учитывать,
находится ли слой водоупорных пород в одном водоносном гори-
зонте или разделяет два водоносных горизонта, различающихся
по режиму, химизму вод и другим параметрам. Если он разделяет
два водоносных горизонта, взрывные работы могут вызвать не-
желательные явления — дренаж верхнего горизонта или сме-
шение вод различного химического состава. Геолог партии обязан
дать рекомендации о необходимости дополнительных ликвида-
ционных работ и их характере, чтобы исключить сообщение через
каналы взрывных скважин различных водоносных горизонтов
или полостей, созданных взрывами.
Начальник партии совместно с представителями местных орга-
низаций составляет акт о завершении ликвидационных работ
и возможности беспрепятственного использования территории
в хозяйственных целях.
Из изложенного выше следует, что во многих случаях тру-
доемкость ликвидационных работ может быть сопоставима с ра-
ботами по выполнению взрывов. Уменьшение зарядов, вполне
возможное при возросшей чувствительности аппаратуры, су-
щественно сократит объем повреждений, а следовательно, ликви-
дационных работ. Наиболее радикальный способ сокращения
расходов на взрывные работы и ликвидацию их результатов —
переход к «невзрывным» источникам возбуждения колебаний.
Глава VII
ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В ГЛУБОКИХ СКВАЖИНАХ
Взрывные работы в глубоких скважинах составляют часть
геофизических работ, выполняемых при бурении, испытании и
эксплуатации скважин на нефть, газ, воду и другие полезные
ископаемые. В промысловой геофизике они имеют самостоятель-
ное значение, способствуя быстрой и успешной ликвидации ава-
рий, качественному вскрытию пласта (без чего немыслима точ-
ная оценка продуктивности скважин), быстрому и надежному ис-
пытанию пластов, наконец, решению многих, зачастую сложных
вопросов, возникающих при эксплуатации скважин. Некоторые из
этих видов взрывных работ могут быть использованы и в прак-
тике сейсмического отряда.
Не исключено также, что в обязанности геофизика-поле-
вика будет включено общее руководство взрывными работами,
в том числе прострелочно-взрывными. Изучив этот раздел, он
должен научиться критически оценивать качество работ по вскры-
тию пласта и испытанию скважин, чтобы быть в состоянии дать
заключение о правильности выбора используемой аппаратуры,
методов ее применения и сделанных выводов о продуктивности
пластов. Сказанное предполагает знакомство с прострелочно-
взрывными работами, оборудованием, методами его применения
в различных условиях, умение выбирать комплекс, обеспечиваю-
щий высокое качество испытания скважин.
§ 1. Предупреждение и ликвидация аварий при бурении
В настоящее время нет технологии взрывного бурения, ко-
торая по своим технико-экономическим показателям была бы
способной конкурировать с существующими методами бурения,
хотя для неглубоких скважин ее создание реально. Ограничен-
ное применение находят кумулятивные заряды для пробития уча-
стков твердых пород и разрушения валунов, встречающихся
на пути скважин, в том числе взрывных. Поскольку специальных
дешевых зарядов не существует, можно, по-видимому, говорить
о применении (после несложного приспособления) для этой цели
220
зарядов для кумулятивной перфорации скважин типа ПКС, по-
скольку использование торпед осевого действия ТКО дорого1.
Значительно шире применяется взрыв для ликвидации ава-
рий, происходящих при бурении глубоких скважин. Наиболее рас-
пространенный вид аварий — прихваты. Причины их разнооб-
разны — от заклинивания долота, обвала породы^ затягивания
инструмента в желоба до «прилипания» — прижатия труб к стенке
скважин вследствие перепада давления. Иногда аварии ослож-
няются потерей циркуляции.
В большинстве перечисленных
случаев применение взрыва мо-
жет оказать существенную по-
мощь при ликвидации аварий.
О прихватах, связанных с же-
лообразованием. При бурении
вдоль ствола, диаметр которого
определяется диаметром долота,
может образовываться желоб, диа-
метр которого равен наружному
диаметру бурильных труб. Его
глубина зависит от свойств по-
роды и времени бурения. В проч-
ных породах желоб обычно от-
сутствует. При подъеме инструмен-
та в местах существования же-
лобов возникают затяжки и при-
хват инструмента. Опыт показал,
что если разрушить желоб (а это
можно сделать, взорвав в нем
заряд диаметром 0,2 — 0,4 диа-
метра скважины), то в течение
Рис. 93. Схема прихвата, вызван-
ного «прилипанием» бурильной
колонны
некоторого времени, определя-
емого временем образования нового желоба, опасность прихвата
исчезает. Таким образом, взрыв позволяет осуществлять профи-
лактику прихвата.
На рис. 93, а изображена схема прихвата, связанного с «при-
липанием» бурильной колонны. Бурильная труба 1 лежит на стенке
скважины 2, на поверхности которой отфильтровалась глинистая
корка 3. Давление в стволе (р#/10) больше пластового. рпл, и
при бурении часть раствора поступает в пласт. При вращении
или вибрации колонны жидкость охватывает трубу со всех сто-
рон, поэтому они не прижимаются к стенке. После прекращения
бурения картина меняется. Поскольку глинистая корка отсекает
поступление новых порций жидкости, а гидростатическое дав-
ление в скважине выше пластового, жидкость, уже поступившая
в породу, уходит вглубь, и, при отсутствии подпитки давление
1 О зарядах ПКС и торпедах ТКО см. ниже.
221
на поверхности трубы, лежащей на породе, падает. Возникает
сила, прижимающая трубу к стенке скважины. Чем больше пере-
пад давления и площадь, на которую он действует, тем больше
сила. На рис. 93, б показано начальное, наблюдаемое в процессе
бурения распределение давления в пласте (отсчет ведется от
стенки скважины) (кривая 2) и его распределение, но уже спустя
некоторое время после прекращения бурения (кривая 2). Прижа-
тие вызывается действующей на трубу разностью давлений
рЯ/10 — р (р — давление на стенке).
Использование взрыва для ликвидации подобных аварий ос-
новано на способности ударных волн проходить через металли-
ческие преграды и кратковременно в момент прохождения волны
уменьшать или даже снимать удерживающие усилия, действую-
щие на поверхности трубы, а также на способности ударной волны,
выходящей в затрубное пространство, образовывать зазор между
трубой и материалом прихвата, отбрасывая частицы материала
корки от стенок в направлении движения волны.
Метод, получивший название «встряхивание», находит ус-
пешное применение в нашей стране. Заряд выбирается так, чтобы
при взрыве труба или совсем не повреждалась или повреждалась
минимально, а длина заряда позволяла перекрывать всю зону
прихвата. Однако в ряде случаев это невыполнимо. При заклинке
долота своеобразным вариантом «встряхивания» можно считать
Взрыв заряда в трубах над долотом с использованием действия
на зону заклинки (в данном случае весьма ограниченную по про-
тяженности) ударной волны, распространяющейся в жидкости,
которая заполняет трубы. Для повышения эффективности работ
необходимо обеспечить в момент взрыва максимальное смещение
труб, прикладывая к ним на устье натяг и вращающий момент.
Однако чаще взрыв используется для развинчивания прихва-
ченных труб в заданном месте. Применение его основано на из-
вестном факте — отворот труб облегчается ударом по резьбовому
соединению. Роль ударяющего устройства выполняет взрыв. Для
отворота труб при взрыве требуется усилие в несколько раз мень-
шее, чем в обычных условиях. Технология работ заключается в
следующем. После интенсивного «расхаживания», определив при-
хватоопределителем1 границу, до которой по трубам с дневной по-
верхности еще передаются усилия, затягивают резьбы (допустимое-
число оборотов при затяжке резьб определяется по таблицам и за-
висит от диаметра труб и глубины точки отворота), дают натяг — вы-
тяжку колонны, прикладывают к колонне отвинчивающий момент.
1 Принцип работы прихватоопределителя ПО заключается в следующем
При спуске в скважину с его помощью в трубах устанавливается ряд маг-
нитных меток. Затем к колонне прикладываются растягивающие и скручи-
вающие усилия. Па участках, где усилия передаются, метки снимаются к
прихвата нет. Глубину снятия меток в зависимости от величины приложен-
ных усилий определяют этим же прибором.
222
до величине равный 1/3 затягивающего — «пружину»
(во избежание самопроизвольного отворота). Натяг
выбирают таким, чтобы можно было разгрузить
резьбовое соединение от массы верхней части колонны
с целью свести в нем силу трения к минимуму. Отвин-
чивающий момент и натяг фиксируют при помощи
имеющегося на буровой оборудования. Во избежание
неудач необходимо, чтобы точка отворота выбиралась
в зоне, куда передаются как «пружина», так и усилия
натяга. При этом учитывают данные кавернометриро-
вания ствола: место отворота не должно попасть на
каверну.
После такой подготовки в колонну спускают
торпеду из детонирующего шнура ТДШ (рис. 94),
устанавливают ее в интервале отворота и взрывают.
Величину заряда определяют по графику (рис. 94, б)
в зависимости от диаметра труб и гидростатического
давления. Если «пружины» недостаточно для разво-
рота, то доотворот осуществляется ротором.
При отвинчивании труб длину заряда (9—11 м)
выбирают так, чтобы по крайней мере одно резьбо-
вое соединение находилось против заряда, иными сло-
вами, чтобы длина заряда
на 1—2 м превышала длину
трубы. Небольшие (метро-
вые) торпеды ТШТ-10/12
применяют вместе с лока-
торами муфт для уста-
новки в резьбовом соеди-
нении. В ТДШ исполь-
з уется детонирующий
шнур.
Торпеда ТДШ (см.
рис. 94, а) состоит из го-
ловки, троса, заряда
из заданного числа ниток
детонирующего шнура
ДШВ и груза. Диа-
метр головки многократ-
ного применения 50 мм.
Перед началом работ сле-
дует убедиться в подгото-
вленности скважины и
прежде всего в проходи-
Рис. 94. Схема торпеды пз де-
тонирующего шнура ТДШ (а)
п график для выбора заряда (б)
мости колонны. Вопросы подготовки скважин и общие вопросы
техники выполнения работ детально рассмотрены в соответству-
ющих инструкциях.
Применение цикла «отворот взрывом, промывка затрубного
223
пространства, свинчивание, повторный отворот, но уже на
большей глубине» позволяет в принципе полностью ликвиди-
ровать аварию. Увеличение глубины последующего отворота свя-
зано с тем, что интенсивная промывка ствола после каждого от-
ворота снимает часть удерживающих трубы усилий в верхнем,
промываемом интервале.
Применение взрывного отвинчивания позволяет отказаться от
завоза на скважину левого инструмента и избежать случайных
отворотов труб в зоне каверн, усложняющих ликвидацию аварий.
В практике бурения при ликвидации аварий широко исполь-
зуется торпедирование с целью обрыва труб. Хотя при этом часть
инструмента остается в скважине, к этому методу в силу его про-
стоты прибегают часто. В зависимости от диаметра и толщины

Рис. 95. Схематически изображенная фото-
грамма процесса обрыва труб, полученная
на СФР
стенок трубы, температуры и давления в зоне обрыва, диаметра
ствола (обсадной колонны) скважины применяемые торпеды раз-
личаются размерами зарядов, а также термостойкостью ВВ.
Картину действия взрыва на трубы при обрыве хорошо иллюстри-
рует схематически изображенная фотограмма процесса (рис. 95), по-
лученная в варианте непрерывной развертки в сосуде высокого дав-
ления, снабженного оптическими вводами, при помощи скоростного
фоторегистратора СФР. Стрелка показывает направление развития
процесса во времени. На рис. 95 1—1 — стенка трубки, внутри ко-
торой размещен заряд, 2—2 — стенки сосуда высокого давления,
1—3 — расширение стенок трубки под действием энергии, за-
хваченной у ударной волны и продуктов взрыва, 1—2 — ударная
волна, прошедшая трубку и распространяющаяся в затрубном
пространстве, 2—3 — ударная волна, отраженная от стенки со-
суда. Приход отраженной волны сказывается на характере даль-
нейшей деформации трубки, которая может прекратиться пол-
ностью (на рис. 95 сильно замедляется, 3—4).
Таким образом, следует ожидать, что в зависимости от рас-
стояния труба — стенка скважины, материала стенки (последний
будет определять интенсивность отраженной волны, максималь-
ную в обсаженных скважинах), а также гидростатического дав-
ления, величина заряда, обрывающего трубу, будет меняться.
224
Проведенные исследования процесса позволили Е. А. Леви-
ну построить номограммы (рис. 96) для выбора заряда, обрываю-
щего трубы в различных условиях скважины. Построение, осуще-
ствляемое для выбора заряда, показано на каждой из номограмм
линиями, а последовательность операций — цифрами. Номограмма
рис. 96, а предназначена для выбора заряда, обрывающего трубу,
Рис. 96. Номограмма для выбора заряда для обрыва труб в обса-
женном (а) и необсаженном (б) интервалах скважины.
1, 2 — последовательность операций; dTp, d3, dc, dTp> вн — диаметры трубы,
заряда, скважины и внутренний диаметр трубы
находящуюся в обсадной колонне, 96, б — в необсаженном стволе.
Проделав соответствующие построения, легко убедиться, что при
прочих равных условиях величина заряда, необходимого для обрыва
трубы, в первом случае будет существенно больше. Поскольку при
обрыве труб максимальное действие взрыва на стенки практически
достигается при длине заряда в 6 диаметров трубы, увеличение
длины торпеды за 80—100 см не оправдано.
Таблица 21
Параметры торпед ТШТ
Шифр торпеды	Наружный диаметр корпуса, мм	Характеристика заряда		
		диаметр, мм	длина, мм	масса, кг
ТШТ 20/22	22	20	510	0,255
ТШТ 25/28	28	28	700	0,55
ТШТ 35/40	40	40	700	1,080
ТШТ 43/48	48	48	700	1,620
ТШТ 50/50	55	55	700	2,200
ТШТ 65/70	70	70	500	2,650
15 Заказ 419
225
Серийно выпускаемые фугасные негерметичные торпеды ТШТ
(рис. 97) состоят из корпуса 1, заряда 2, взрывного патрона 3,
переходника 4, груза 5, извлекаемого из скважины после взрыва.
Торпеда спускается в скважину на кабеле. Характеристики
основных фугасных торпед даны в табл. 21.
Торпеды ТШТ обеспечивают выполнение ра-
бот при температуре до 160° С и давлении
800 кгс/см2. В настоящее время существуют опыт-
ные образцы торпед этого класса, используемые
при давлении 1500 кгс/см2 и температуре 230—
250 °C.
Иногда используются фугасные герметичные
торпеды. Существуют герметичные торпеды двух
типов — с корпусом, полностью воспринимающим
давление, и с корпусом, передающим полностью
или частично давление на заряд. Применение
5 их ограничено.
При авариях, происходящих при цементиро-
вании обсадных колонн, когда по тем или иным
причинам часть цемента застывает в стволе, при-
хватывая конец колонны, возникает необходи-
мость в перерезании насосно-компрессорных труб.
* Для перерезания насосно-компрессорных труб
и обсадных колонн успешно применяются коль-
цевые кумулятивные труборезы. Особенность
зтой операции в том, что ее требуется провести
j с минимальным повреждением обсадной колонны.
На рис. 98, а приведены схемы трубореза
ТКГ-55—500, предназначенного для этой цели.
7 В корпусе 1 размещается небольшой кольцевой
кумулятивный заряд 2, струя которого, как
и у всех других труборезов этого типа, обладает
ограниченным по расстоянию действием и спо-
2 собна перерезать преграду, расположенную только
вблизи заряда. Этим объясняется невозможность
создания трубореза для перерезания бурильных
труб с высаженными внутрь концами. Полость 3
трубореза, в которую могут расширяться продукты
взрыва, позволяет уменьшить фугасное действие
последнего. На рис. 98, б изображен кольцевой
1ипёлаи’тШТи₽' труборез для обсадных труб, рядом (в) — об-
щий вид трубы, перерезанной струей трубореза.
Если труборез отсутствует, обычно применяют короткие фу-
гасные торпеды большого диаметра, собираемые из шашек ТШТ.
Обрыв трубы в этом случае сопровождается образованием метал-
лических «лепестков», отогнутых наружу и мешающих последу-
ющему извлечению труб, поскольку заряд обладает значительным
фугасным действием. Во избежание ненужных разрушений трубы,
226
можно рекомендовать (особенно для небольших глубин) заменить
такую торпеду на торпеду иной конструкции (рис. 99), которая
на месте может быть изготовлена из детонирующего шнура. На
корпус в выемку длиной около 20 см 2 наматывается 2—3 слоя
детонирующего шнура. Диаметр корпуса делают таким, чтобы
зазор между ним и внутренней стенкой трубы был минимален.
Поскольку между зарядом (детонирующим шнуром) и стенкой за-
зор мал, в торпеде в первую очередь реализуется бризантное дей-
ствие взрыва, достаточное для разрушения трубы, а фугасное
Рис. 98. Схемы труборезов для насосно-
компрессорных труб (а), обсадных колонн (б)
п общий вид перерезанной трубы (в)
в силу малоц массы заряда будет незначительным и не вызовет
ненужных повреждений (электродетонатор 3 устанавливается
по центру).
Метод «встряхивания» может быть применен и при извлечении
труб. Показано, что если к извлекаемой обсадной колонне при-
ложено усилие натяга и произведен взрыв заряда, размещенного
по всей ее длине, то в момент взрыва усилия сдвига резко умень-
шаются, колонна смещается и дальнейший подъем протекает проще.
Этот метод применялся при извлечении колонн длиной до
100—150 м, в том числе больших диаметров.
Наконец, несколько слов относительно разрушения металла,
оставленного на забое торпедами кумулятивными осевыми (ТКО)
(рис. 100). Выпускают торпеды ТКО-120 и ТКО-70, использу-
ющиеся при температурах до 120—150° С и давлении до 350—
15*	227
500 кгс/см2. Торпеда имеет кумулятивный заряд 2, взрывной патрон
2, корпус 4, кумулятивную воронку 3 и способна разрушить ша-
рошки и другие металлические предметы, оставленные на забое.
Рис. 99. Схема торпеды из детониру-
ющего шнура для разрыва труб
Рис. 100. Схема кумулятивной осевой тор-
педы (ТКО)
и
Опыт показал, что, хотя в среднем на операцию требуется не-
сколько торпед, общее время ликвидации аварий сокращается при-
близительно в 3 раза. Условием успешного применения указан-
ных торпед является размещение их на разрушаемом объекте, что
часто сложно из-за выпадения осадков из глинистого раствора.
§ 2. Отбор образцов горных пород и скважинных жидкостей.
Взрывные пакеры
Образцы породы и жидкости, взятые из скважины, в сочета-
нии с данными каротажа, служат основой предварительного за-
ключения о продуктивности пластов. Правильность его проверяют
при последующих испытаниях скважины. Если учесть, что отбор
кернового материала буровым инструментом — дорогостоящая опе-
рация, существенно удлиняющая бурение и часто выполняемая
228
некачественно, станет ясным роль отбора породы и пластовых
жидкостей геофизиками при бурении.
В настоящее время для отбора образцов пород из стенок не-
обсаженных скважин применяются боковые стреляющие грун-
тоносы типа МСГ90М, ГСБ112, ГСБ80, ГМК50 (последний для
углеразведочных скважин). Кроме стреляющих,
существуют сверлящие грунтоносы (порода из
стенки скважины отбирается при помощи ци-
линдрического бура) и режущие грунтоносы
(порода отбирается при помощи дисковых фрез,
керны имеют форму трехгранной призмы).
Однако основными остаются стреляющие грун-
тоносы, из которых наибольшее применение
имеет МСГ-90М (многоствольный стреляющий
грунтонос модернизированный), предназначен-
ный для работ в скважинах диаметром 140 мм
и больше. В обычном исполнении он исполь-
зуется при давлении до 700 кгс/см2 и темпе-
ратуре до 110° С, а в термостойком варианте —
до 200° С. Грунтоносы ГСБ112 и ГСБ-80 при-
меняются преимущественно для отбора кернов
из малопрочных пород.
В стволе грунтоноса (рис. 101), размещен-
ном в стальном корпусе 1, находится боек 2,
связанный с корпусом тросом 3. При поджи-
гании порохового заряда боек выстреливается
и врезается в породу, отбирая образец. При
подъеме грунтоноса боек вместе с заполнив-
шим его полость образцом породы при помощи
троса извлекается из пласта. Следует считаться
с тем, что значительное число бойков остается в
скважине (до 20%) и нужно планировать при-
обретение запасных комплектов бойков к каж-
дому грунтоносу.
Одной из причин оставления бойков служит
Рис. 101. Схема
завышение величины заряда, в результате чего стреляющего
боек слишком глубоко проникает в породу. грунтоноса
Если район недостаточно изучен, то при первых
работах в скважине следует экспериментально уточнить вели-
чину оптимального для данных условий заряда. Существует схема
расчета величины заряда грунтоноса, однако его точность не-
достаточна в силу неопределенности с оценкой свойств породы.
При расчетах пользуются данными о скорости выстреливаемого
бойка в зависимости от гидростатического давления и массы по-
роха (есть номограммы), а также об энергоемкости породы, из
которой отбирают керн (энергоемкость — количество энергии,
необходимой для разрушения 1 см3 породы, — определяют по
справочнику). Поскольку объем керна известен (в зависимости от
229
типа грунтоноса и свойств породы он составляет от 5 до 30 см3),
то, приравняв энергию бойка то^ к энергоемкости породы,
узнают необходимую скорость бойка и по номограммам — вели-
чину заряда. Энергоемкость нефтесодержащих пород лежит в пре-
делах 0,3—9,0 кгс-м/см3. В расчетах принимают, что разрушается
половина объема керна.
Несколько слов о каротажных опробователях пласта — ОПК
и ОПТ, предназначенных для отбора пластовых жидкостей или
газа. Их применение наиболее эффективно в сцементированных
коллекторах с гранулярной пористостью. Для работ в обсажен-
ных скважинах с диаметром колонн 146 и 168 мм существует спе-
циальный тип опробователя пласта — ОПО-5-6, использующий
кумулятивные заряды для создания канала, обеспечивающего дви-
жение жидкости (газа) из пласта в опробователь.
При выполнении механических операций в опробователях
ОПК и ОПТ используется энергия столба жидкости, заполня-
ющей скважину. Пластовая жидкость (газ) собирается в полости
опробователя. Герметизация места прижима прибора к пласту
(стенке трубы) в сочетании с перекрытием канала, ведущего в ем-
кость, после ее заполнения дает возможность получать незагряз-
ненные пластовые пробы.
Приборы облегчают и ускоряют работы по испытанию скважин.
В варианте с глубинными манометрами, регистрирующими темп
заполнения полости, они позволяют давать предварительные за-
ключения о гидродинамических характеристиках пласта. Харак-
теристики грунтоноса и опробователя пластов приведены
в табл. 22.
Таблица 22
Условия применения грунтоноса МСГ-90М и опробователя пластов ОПК-7-10
Наименование	Минималь- ный диаметр скважины, мм	Максимальные		Примеч шие
		давление, кгс/см8	темпера- тура, °C	
Боковой стреляю- щий грунтонос . . .	140	800	110	Наибольший объем об-
Опробователь пла- стов ОПК-7-10 . . .	190	500	100	разца в мягких породах 15 см3, в твердых — 5 см3 Объем баллона 6,3 дм3.
				Используется	заряд ЗПК-65
Для разобщения участков ствола обсаженной скважины ши-
рокое применение в последние годы получили взрывные пакеры.
230
Использование их позволяет сократить время испытания скважин,
поскольку установка спускаемого на каротажном кабеле ВП осуще-
ствляется быстро и нет необходимости ожидать
схватывания цемента. Они позволяют успешно
испытывать пласты близко расположенные друг
к другу и, наконец, в эксплуатационных сква-
жинах изолировать подошвенные воды Ч
На рис. 102 показан разрез ВП, запрессо-
ванного в обсадную колонну. Взрывной пакер —
цилиндрическое полое устройство из легко раз-
буриваемых сплавов алюминия с входным отвер-
стием, несущее заряд пороха. Величина за-
ряда выбирается по номограмме в зависимости
от гидростатического давления и внутреннего
диаметра обсадной колонны. После спуска пакера
на заданный интервал включением тока в цепь
кабеля заряд поджигается, и газы, необратимо
деформируя корпус, заставляют его впрессовы-
ваться в обсадную трубу, одновременно автома-
тически отсоединяя пакер от груза, с которым
он спускался в скважину. В нормальных условиях
запрессовка герметична и выдерживает перепад рис 102
давления порядка 300 кгс/см1 2.	Разрез
При эллипсности колонны для повышения взрывного
надежности разобщения участков ствола обса- пакера, за-
женной скважины на взрывной пакер, установлен- н°гоСв трубу
ный в скважине, может быть вылита порция це- пороховыми
мента,, спущенного в желонке.	газами
§ 3. Вскрытие пласта
Для обеспечения нормального движения жидкости (газа)
из пласта в скважину необходимо создать канал (трещину), про-
ходящий через стенку колонны, цементное кольцо (для оценки
его толщины следует привлекать данные кавернометрирования)
и слой загрязненной при бурении породы, иначе — перфориро-
вать скважину. Канал по возможности должен быть широким,
глубоким и не засоренным. Засоряется канал оставленными в нем
остатками заряда, затянутыми в него частицами из глинистого
раствора, а также шламом, способными образовать пробку, если
давление в стволе больше пластового. Желательно создать тре-
щины вокруг каналов, особенно в глинизированных пластах, ха-
рактеризующихся мелкослоистой структурой.
Перфорация должна гарантировать сохранность колонны и
цементного кольца, быть безопасной для выполняющего ее пер-
1 В стадии разработки пакеры, позволяющие решать и более сложные
-задачи.
231
сонала, дешевой и производительной. В трещиноватых коллекто-
рах, где при расчете движения жидкости из пласта в ствол необ-
ходимо учитывать, что часть ее идет по трещинам с существенно
меньшим сопротивлением, чем в породе, соединение перфора-
ционного канала с трещиной, равно как и преодоление им за-
грязненной зоны пласта (для всех случаев), может сильно уве-
личить дебит. Чем глубже каналы и больше их диаметр, тем выше
качество вскрытия пласта. В нормальных условиях глубина ка*
налов — не менее 70—100 мм при плотности перфорации 10—15
отверстий на 1 м, в плотных, малопроницаемых коллекторах —
примерно 150—200 мм при плотности перфорации 15—20 отвер-
стий на 1 м.
В настоящее время при вскрытии пласта применяют кумуля-
тивную, пулевую, снарядную, реже пескоструйную перфорацию и
очень редко (преимущественно в осложненных условиях) исполь-
зуют фугасное торпедирование1 *. Перфорация является основным
видом взрывных работ в скважинах. При пулевой перфорации от-
верстие пробивается пулей, выстреливаемой из стреляющих
устройств — пулевых перфораторов разного типа, при снаряд-
ной перфорации — своеобразным «бронебойным» снарядом, взры-
вающимся после проникновения в породу, при кумулятивной
перфорации — кумулятивной струей, возникающей при срабаты-
вании заряда перфораторов. При пескоструйной перфорации от-
верстия (точнее полости) в породе образуются вследствие абра-
зивного действия струи, содержащей песок, взвешенный в жид-
кости, которая истекает из сопел под давлением в направлении
стенки скважины. Она дороже, сложна, но в некоторых условиях
именно с ней при вскрытии пласта были получены наиболее хо-
рошие результаты. На глубине более 4 км ее применение затруд-
нено из-за трудности транспортирования взвеси песка с дневной
поверхности.
Следует отметить, что гидропескоструйная перфорация по-
зволяет вскрывать пласт при герметизированном устье и в очень
плотных (более 2,0 г/см3) растворах, когда не обеспечивается
проходимость обычных перфораторов.
Пулевые перфораторы (рис. 103) применяются преимущественно
в малопрочных породах (пески и слабосцементированные пес-
чаники); в этом случае глубина перфорации имеет второстепен-
ное значение, поскольку пласт обладает хорошей проница-
емостью. Делятся они на залповые — с одновременным и селек-
тивные с — поочередным выстреливанием пуль. Стволы располо-
жены перпендикулярно стенкам скважины. Различаются перфора-
торы по размерам корпуса, соответственно применяются в колоннах
разных диаметров. Схема перфоратора приведена на рис. 103.
1 Диаметр заряда торпеды типа ТШТ (<Z3) для условий, когда взрыв
вызывает лишь образование трещин в трубе (rfTp), цементном кольце и по-
роде, определяют из отношения d3/dTP = 0,32	0,4 (для твердых пород).
232
Пробивное действие пули определяется ско-
ростью, которую она приобретает под действием
пороховых газов. При выстреле газы совер-
i
шают работу А — \p{l~)Sndl, где р— давле-
Ь
ние, Sn — площадь сечения пули, I — длина
канала ствола. Отсюда следует, что давление
в зарядной камере должно быть возможно боль-
шим в течение всего времени движения пули,
поскольку в перфораторах этого типа нельзя
увеличить длину ствола. Последнее достигается
применением камор большого объема и прессо-
ванных до высокой плотности порохов. Раз-
гар стволов перфораторов, наблюдаемый при
эксплуатации, снижает пробивную способ-
ность пуль. При движении в жидкости в ко-
лоннах большого диаметра пули отклоняются
от оси полета (нет вращения) и при ударе
о стенку могут рикошетировать. Пулевая
перфорация — наиболее дешевый вид перфора-
ции, но применяется ограниченно из-за невы-
сокой пробивной способности пуль.
В последние годы успешно применяется
специфический пулевой вертикально направлен-
ный перфоратор ПВН (рис. 104). Он также
имеет каморы 7, где размещается пороховой
заряд 2, стволы 3 с пулями 4, но в отличие от
обычных пулевых перфораторов стволы у него
направлены по оси скважины и в конце искрив-
ляются, позволяя пуле диаметром 20 мм, мас-
сой 80 г входить в пласт. Благодаря тому что
пуля имеет возможность разгоняться на боль-
шом участке пути (ствол у ПВН в несколько
раз длиннее, чем у обычных пулевых перфора-
торов), к моменту ее выхода из ствола она
приобретает значительную скорость и способна
глубоко проникать в породу, особенно если
последняя не очень прочная.
Вокруг отверстий, созданных пулями
в пласте, всегда возникают трещины, особенно
интенсивно вокруг канала, образованного
пулями ПВН.
Рис. 103. Схема
пулевого перфо-
ратора.
1 — камера; г — по-
роховой заряд; 3 —
пуля: 4 — ствол
Перфоратор ПВН наиболее эффективен в сравнительно ма-
лопрочных глинизированных породах с невысокой проница-
емостью. Были случаи, когда в этих условиях он оказался самым
эффективным из всех применяемых перфораторов, что следует
иметь в виду, выбирая метод вскрытия пласта. Как и у всех пу-
Рис. 104. Схема вертикаль-
но направленного перфо-
ратора ПВН.
1 — камера; 2 — пороховой за-
ряд; з — ствол; 4 — пуля
левых перфораторов, эффективность его заметно снижается с по-
вышением гидростатического давления. Целесообразность приме-
нения ПВН на очень больших глубинах проблематична.
Торпедный перфоратор Колодяжного (ТПК) еще применяется
в небольшом объеме в нашей стране. Отличается от пулевых тем,
что вместо пули выстреливается своеобразный бронебойный сна-
ряд калибра 22 мм. Его взрыватель
срабатывает в породе в момент оста-
новки снаряда за обсадной трубой,
и взрыв позволяет получить небольшую
каверну и трещины в породе. Какими-
либо' особыми преимуществами этот
перфоратор не обладает.
Кумулятивные перфораторы — ос-
новной тип перфораторов для вскры-
тия пласта. Они основаны на направлен-
ном действии взрыва (см. главу I).
Используемые в них заряды отлича-
ются не только массой, но и конструк-
цией, а также границами применения.
Перфораторы можно разбить на две
основные группы — бескорпус-
ные и корпусные.
В бескорпусных перфораторах каж-
дый заряд размещается в индиви-
дуальной оболочке, выдерживающей
внешнее давление (стеклянной, пласт-
массовой, из сплавов алюминия и др.)
и разрушающейся при взрыве, что по-
зволяет применять большие заряды, но
снижает границы использования изде-
лий по давлению и температуре. Пер-
фораторы различаются по материалу
корпусов, габаритами, системе крепле-
ния зарядов (на ленты или в гирлянды)
и пределами применения по давлению
и температуре. Они относительно де-
шевы, производительны: в отдельных
случаях в скважину опускают по
несколько сотен зарядов одновре-
менно. Поскольку заряды большие и число одновременно взры-
ваемых зарядов значительно, а свободного объема, куда могли
бы расширяться продукты взрыва (как, например, у корпусных
перфораторов), практически нет, фугасное действие взрыва у бес-
корпусных перфораторов больше, чем у корпусных. При прове-
дении работ в незацементированных колоннах, или на малых
глубинах их применение может привести к повреждению
труб.
.234
w->-
Бескорпусные перфораторы также делятся на две подгруппы —
с разрушающимся и неразрушающимся (лента, проволока) кар-
касом, на которой крепятся заряды. Примером бескорпусного
перфоратора с неразрушающимся (вернее, с извлекаемым на
Рис. 106. Схема
корпусного пер-
форатора ПК-
1 — корпус; г —
заряд; з — де-
тонирующий
шнур; -,4 — от-
верстия
Рис. 105. Схема перфоратора
кумулятивного со стеклянными
оболочками ПКС (а) и разрез
заряда с оболочкой (б).
1 — лента; — заряд
дневную поверхность) каркасом может служить перфоратор ку-
мулятивный со стеклянными или ситалловыми оболочками
ПКС (рис. 105).
Корпусные кумулятивные перфораторы можно разбить на
две подгруппы — многократного и однократного применения.
К первой подгруппе относятся перфораторы, которые исполь-
зуются многократно — после подъема из скважины и переза-
рядки. Схема типичного корпусного перфоратора ПК дана на
235
рис. 106. В прочном полом корпусе из качественной стали раз-
мещаются заряды, подрываемые детонирующим шнуром. Ось за-
ряда должна совпадать с осью отверстий в корпусе, перекрыва-
емых специальными дисками. Плотность заряжения перфоратора
1/40. Живучесть в зависимости от типа 10—40 залпов, однако на
малых глубинах они разрушаются быстрее. Износ проявляется
в постепенном раздутии и разрушении корпуса, что в конечном
итоге приводит к образованию в нем трещин. Применяются пер
фораторы с 10 и 20 зарядами.
Корпусные кумулятивные перфораторы однократного исполь-
зования ПКО и ПКОТ отличаются от ПК тем, что у них в ка-
честве корпуса применяется труба, рассчитанная только на то,
чтобы выдержать давление в зоне работы. Благодаря этому
она при равном с ПК внешнем диаметре и большем, чем у ПК,
внутреннем диаметре позволяет разместить большие по величине
заряды. В перфораторах ПКОТ, рассчитанных для условий
больших глубин, трубу дополнительно упрочняют, вставляя
с небольшим зазором опорную трубу, которая используется
также для крепления зарядов. Перфораторы ПКО и ПКОТ,
несмотря на некоторые недостатки, наиболее целесообразно при-
менять в скважинах со сложными условиями вскрытия пластов
н на больших глубинах. На малых глубинах (при давлениях
50—150 кгс/см2) чрезмерно сильная деформация трубы корпуса
перфоратора ПКО может привести к аварии.
Как уже отмечалось, в случае перепада давления, вызыва-
ющего движение жидкости из скважины в пласт, канал, созданный
при перфорации, может быть засорен частицами, находящи-
мися в растворе. К прострелу в тяжелых растворах, всегда чре-
ватому засорением отверстий, прибегают при высоком пластовом
давлении и наличии опасности неуправляемого фонтанирования
скважины. Естественно, что с точки зрения повышения качества
вскрытия желательно проводить его в условиях, когда сразу
после образования отверстия начнется движение жидкости (газа)
в скважину, причем в среде (нефть, вода), исключающей засоре-
ние пласта. Последнее возможно, если устье скважины гермети-
зировано и она подготовлена к эксплуатации.
Для осуществления подобной перфорации может быть успешно
использован одноразовый кумулятивный перфоратор ПНК-89,
спускаемый на насосно-компрессорных трубах, хотя в принципе
можно применить и другие перфораторы1. Перфоратор типа ПНК
удобен и для работ в скважинах, имеющих большой наклон. Ини-
циирование в нем осуществляется при помощи шарика, сбрасы-
ваемого в трубы, в ток прокачиваемой жидкости. В момент про-
хождения шариком взрывного устройства (рис. 107) давление,
1 Существуют раскрывающиеся перфораторы ПКР, спускаемые через
насосно-компрессорные трубы, однако они не нашли широкого применения
из-за сложности работы с ними.
236
действующее на шар 1, срезает предохрани-
тельный шплинт 2 и в конечном итоге вызы-
вает движение ударника 3 и накол им кап-
сюля детонатора накольного действия 4, взрыв
которого возбуждает взрыв детонирующего
шнура 5 и от него — взрыв зарядов ПНК.
Инициирующее устройство применяется и в пер-
фораторах ПКО. Поскольку устье герметизи-
ровано, то без каких-либо дополнительных
операций скважина может быть введена
в эксплуатацию, так как нет необходимости из-
влекать перфоратор.
При герметизированном устье перфорацию
можно также осуществить, спуская перфоратор
на кабеле в скважину через лубрикатор. Вы-
полнение операции лимитируется наличием
лубрикатора и его техническими характери-
стиками.
Кроме перфораторов для вскрытия пласта
существует кумулятивный перфоратор для
цементирования колонны ПК 103-10x4. При
выстреле на небольшом участке он проби-
вает 40 отверстий (по четыре сдвинутых на 90°
относительно друг друга в каждой из 10
горизонтальных плоскостей), обеспечивающих
равномерное охватывание цементом трубы при
выполнении изоляционных работ.
Пробивное действие кумулятивной струи
зависит в первую очередь от размеров, кон-
струкции и качества изготовления заряда.
Поскольку форма заряда выбирается обычно
на основании результатов серьезных исследо-
ваний, то заряды перфораторов чаще всего
имеют форму, близкую к оптимальной. Однако
при их изготовлении возможны дефекты: не-
равномерная пропрессовка заряда, некачест-
венное изготовление кумулятивной облицовки
и другие, что может снизить их пробивное
действие. На пробивное действие влияют и
условия скважины, например, температура, из-
меняющая плотность ВВ заряда, а при дли-
тельном нахождении способствующая его ча-
Рпс. 107. Схема
взрывного устрой-
ства перфоратора
ПНК, спускаемого
па насосно-комп-
рессорных трубах
стачному разложению, и гидростатическое давление, уменьша-
ющее диаметр пробиваемых отверстий.
Пробивную способность перфораторов определяют отстрелом
зарядов на комбинированных мишенях, включающих преграды,
^которые встречает струя в скважине (стальной диск, имитиру-
ющий стенку обсадной трубы, диск из цемента, искусственный или
Технические характеристики перфораторов
к
Е-1
Размер канала, мн	Диаметр	в породе	гиэ/оля 0 ийп	M CN	2
			гиэ/этя Hdn	о	CM	^4.	CM	CM	CM cm	CM	oO
		og.tdi н		О CM CM CM	00
	1 Длина	да/эля OGZ=£) ийп		350 160 190 330 330 350
		гИЭ/0ЛИ Ogv=o ийп		LO	О	LO	О	О	Ю О	LO	LO TH	т-i	CM	CM	CM
Предельные параметры применения			гио/о.ги *d	о	о	2	о	2	о о	о	2	о	2	о LO	LO	2	СО	4:	00
			Do Jj	О	О	О	О	О	О ТН	-н	О0	00	О	LO TH	TH	TH	CM	тН
j ‘ECBdBe вэовиг				5? 'к' О	О LO 00	О	о	о с см о	LO	LO	ю И й ч.>
ИИ ’jqHHOITOH -QO (1,10КЕЛИ ИИНГПЭНЯ				00	00	О0	00	00	О0 7	7	7	7	7	7 СО	00	СО	Г—	Г»	со со	см	см	sr
ия •dJOKpnf уннжХйен				О	2	g	О	О	g ci	2	2	00	00	2
Наименование и обозначение перфоратора				Пулевой с вертикально направленными ствола- ми ПВН-90 		 Торпедный перфоратор Колодяжного ТПК22 Кумулятивный корпусный многократного при- менения ПК105ДУ	 Кумулятивный корпусный однократного при- менения IIК 089		 Кумулятивный корпусный однократного при- менения ПКОТ89 	 Кумулятивный бескорпусный (ленточный) ГТСК105Т	;		
238
естественный керн). В табл. 23 приведены размеры каналов, об-
разованных при выстреле из разных перфораторов на мишени,,
включающей 10-миллиметровый стальной диск, 25-миллиметро-
вый цементный слой и керны горной породы прочностью 450 и
250 кгс/см2. Длина каналов измерялась от наружной поверх-
ности стального диска, диаметр дается и в стали и в породе.
Если известны длина ZCT и плотность рст кумулятивной струи,
то пробитие в преграде А из материала плотности рп можно оце-
нить по формуле А = ZCT Vрст/рп. Формула в сочетании с эксперимен-
тальными данными о пробивном действии того или иного заряда
по преградам дает материал для качественной оценки ожида-1
емых результатов прострела. Предложен ряд формул для расчета
пробивного действия струи, но они имеют приближенный ха-
рактер.
В табл. 23 для примера приведены некоторые сведения об
отдельных перфораторах, применяемых в стране.
§ 4. Взрывные методы воздействия на призабойную зону
Работы в скважинах на воду. Подземные воды — распространен-
ное и одно из важнейших полезных ископаемых, разведка и добыча
которого в массовых масштабах ведутся повсеместно. Скважины
на воду имеют глубину от нескольких десятков до нескольких
сотен метров, однако чаще всего 40—250 м. К сожалению, как
бурение, так и особенно эксплуатация скважин выполняются не
всегда квалифицированно, в силу чего нередки случаи, когда они
( долго осваиваются и вступают в строй с заниженными дебитами,
I в предельных случаях оказываясь безводными. Снижение дебита
может иметь место и в ходе эксплуатации, в первую очередь вслед-
ствие засорения фильтра осадками, выпадающими из жидкости,
। что, в частности, может быть связано с неправильными режимами
отбора воды из пласта. Обеспечение нормальных дебитов скважин —
i большая народнохозяйственная задача и может быть прямо свя-
зано с производственной деятельностью геофизической партии.
Заметим, что геофизики имеют большие возможности оперативно
увеличить дебит скважины, не прибегая к сложным и дорого-
стоящим ремонтам их.
Несколько слов о конструкции скважин на воду. Когда водо-
носными являются пески, продуктивный пласт обычно пере-
< крывается фильтром с проволочной или сетчатой поверхностью.
I	Благодаря этому песчинки, выносимые водой из пласта, задержи-
!	ваются в районе фильтра, обеспечивая нормальную эксплуа-
I тацию скважины. Но существует возможность засорения фильт-
рующей поверхности частицами глины, сбитыми с поверхности
ствола скважины в процессе спуска фильтра или вынесенными из
пласта при откачках, а также (в ходе эксплуатации) осадком, вы-
239
падающим из воды ]СаСО3, MgCO3, Fe(OH)3 и другие] в резуль-
тате нарушения термодинамического равновесия в жидкости.
Осадок по структуре напоминает накипь, отлагающуюся в виде
корок на стенках кипятильников и других устройств, которые ис-
пользуются для нагрева воды, довольно трудно удаляемую со сте-
нок. Он прочен, но хрупок и хорошо дробится при ударе. Что же
касается засорения фильтра глинистыми частицами, то эта корка
при хороших изолирующих свойствах обладает малой проч-
ностью, хотя способна упрочняться со временем. Поскольку за-
сорение может затрагивать и породу, примыкающую к фильтру,
то разглинизация скважин часто усложняется. Чтобы не спутать
естественный низкий дебит эксплуатируемой скважины с низким
дебитом, определяемым засорением фильтра, нужно знать пове-
дение скважины в ходе эксплуатации, гидрохимический состав
вод, изменение статического уровня; желательно также распо-
лагать данными о поведении соседних скважин. Если снижение
дебита шло параллельно с уменьшением статического уровня
в скважине, то, естественно, правильней искать причину умень-
шения дебита в истощении водоноса.
Для очистки фильтров скважин на воду хорошо использо-
вать торпеду из детонирующего шнура, удаляя осадок, забив-
ший поверхность фильтра и частично пласт и мешающий нормаль-
ному продвижению жидкости в скважину. Особенность работы
заключается в том, что, разрушая и удаляя осадок, нужно во из-
бежание аварии гарантировать сохранность всех элементов кон-
струкции скважины. Наиболее слабым звеном фильтров обычно
является сетка или проволока, прочность которых и определяет
заряд торпеды (число ниток детонирующего шнура). При прово-
лочном фильтре величина заряда зависит от диаметра проволоки,
при сетчатом — от параметров сетки. Как правило, сетчатые
фильтры менее прочны, и заряд ограничивают одним шнуром.
Обычно он обеспечивает хорошее качество очистки фильтра и не
требует усиления. Лишь в проволочных фильтрах с проволокой
диаметром до 3 мм можно использовать заряд в 2—3 шнура. Сле-
дует иметь в виду, что повторное применение взрыва в одном
и том же фильтре может легко привести к его разрушению: эф-
фект действия двух взрывов близок к действию одного суммар-
ного заряда.
При выполнении операции заряд устанавливают по центру
фильтра, используя простейшие центраторы, а узел инициирова-
ния поднимают на 0,5—1,0 м выше фильтра. Это делается для
сохранения фильтра от повреждений. Вынос капсюля связан с тем,
что на участке его расположения, хотя и небольшого по протя-
женности, заряд оказывается эквивалентным нескольким шнурам.
При взрыве в окружающей среде распространяется ударная
волна с давлением во фронте в момент подхода к фильтру порядка
1000 кгс/см2. Ее резкий удар разбивает осадок. В начальный мо-
мент (рис. 108, точка 4) продукты взрыва имеют очень высоко
240
давление и стремятся расшириться1. По мере расширения дав-
ления в них падает. На участке АВ, где давление выше гидро-
статического (пунктирная линия рс), расширение пузыря бу-
дет ускоряться и в точке В скорость достигнет максимума. По
инерции расширение продолжится до тех пор, пока жидкость
не израсходует весь полученный запас кинетической энергии.
В момент остановки движения давление в пузыре будет харак-
теризоваться точкой С и окажется ниже гидростатического. В те-
чение всего этого времени (участок АС) жидкость, вытесняемая
из ствола, интенсивно удаляется
через фильтр, помогая уносу ча-
стиц с его поверхности. На участке
CD происходит «схлопывание»

Рис. 108. Схема действия
взрыва при очистке фильтра
водяной скважины
1960 1961	1965
Годы
Рис. 109. Фотография филь-
тра до и после взрыва и
зависимость дебита от вре-
мени для одной из сква-
жин* торпедированных тор-
педой ТДШ
продуктов взрыва, в конце которого давление в пузыре снова ока-
жется выше давления в скважине. В этом интервале будет на-
блюдаться движение жидкости из затрубного пространства в ствол.
Фазы расширения и сжатия с затухающей амплитудой дав-
лений повторяются несколько раз. Изменяющееся в ходе пуль-
сации направление движения жидкости (оно показано стрелками
на верхней части рисунка) расшатывает осадок на фильтре, спо-
собствуя его сбрасыванию в скважину и в затрубное пространство.
На рис. 109 приведена фотография заросшего осадком филь-
тра одной из скважин в Горьковской области. Скважина пол-
ностью восстановила дебит. Поскольку в скважинах фильтры были
прочные (проволочные), а зарастание их осадками протекало
быстро (за 2—3 года), в некоторых взрыв повторялся многократно.
1 Подробно пульсация продуктов взрыва в воде рассмотрена в главе 111.
16 Заказ 419	241
В верхней части рис. 109 приведен график изменения дебита од-
ной из скважин во времени. Увеличение дебита при взрывной
очистке фильтров водозаборных скважин в среднем в 3—4 раза
подтверждено на тысячах скважин. Вводились в эксплуатацию
скважины, считавшиеся безводными. Довольно редкие неудачи
были связаны с неправильным выбором объекта, неверной оцен-
кой состояния фильтра (его механических характеристик) и не-
правильной технологией взрывных работ в скважинах.
Несколько слов об очистке поверхности породы в нефтяных
скважинах. Метод применяется сравнительно редко, в первую
очередь в низкодебитных скважинах. Среднее увеличение де-
бита там, где зти работы эффективны, 25—40%.
Использование больших зарядов. Большие заряды исполь-
зуются главным образом для того, чтобы повлиять на проница-
емость призабойной зоны путем создания трещин в породе вокруг
ствола. Естественно, что чем больше удельный заряд торпеды
(на 1 м длины ствола), тем на большую протяженность трещин
(при прочих равных условиях) можно рассчитывать. Торпеди-
рование можно разбить на следующие виды: 1) относительно
небольшими зарядами, не требующими принятия специальных
мер защиты скважины от действия ударных волн (к ним можно
отнести торпедирование с целью вскрытия пласта); 2) большими
фугасными зарядами (торпедами ТШБ); 3) внутрипластовые и
4) ядерные взрывы.
Остановимся на влиянии изменения проницаемости призабой-
ной зоны при взрыве на дебит скважины. В идеальном пласте
с достаточно большим радиусом контура питания удвоение дебита
скважины диаметром 200 мм грубо потребует увеличения е е диа-
метра до 15 м, утроение — до 50—80 Ч Конечно бурение таких
скважин — бессмыслица. В трещиноватых породах зависимость
носит иной характер, и увеличение дебита достигается легче.
Однако всё вышесказанное относится к идеальному пласту. В про-
цессе бурения порода вокруг ствола часто засоряется настолько,
что проницаемость участка, прилегающего к стволу, сводится
к минимуму и лимитирует движение нефти или газа. Хотя про-
тяженность этого барьера измеряется обычно сантиметрами или
десятками сантиметров, перерезание его каналом — отверстием,
трещиной или просто удаление путем разрушения может изменить
дебит скважины на порядки. Таким образом, перед взрывными
методами воздействия на призабойную зону ставятся разные за-
дачи, зависящие от условий, действующих в скважине.
Радиусы трещин гт и каверн гк при торпедировании зависят
от величины взрываемого заряда, приходящегося на единицу
длины ствола скважины, и энергии ВВ (радиусы трещины и
1 Отношение дебптов скважины Qri/Qri радиусов гх и г2 может
нено по формуле QrJQri
=	где R» — радиус контура
Л0/ТПГ1
быть оце-
питания.
242
каверны пропорциональны диаметру заряда), свойств породы
и гидростатического давления. Торпедируют только в твердых
породах, в рыхлых, с хорошей проницаемостью делать зто прак-
тически бессмысленно.
Очень часто с торпедированием связывают большие надежды,
основываясь, в частности, на опыте взрывных работ на дневной
поверхности. Но, как показали исследования, на характер дей-
ствия взрыва и в первую очередь на радиус зоны трещинообразо-
вания сильно влияет (в сторону ослабления) давление. Вот по-
чему торпедирование водозаборных скважин (обычно неглубоких,
с малым давлением), проводимое для увеличения дебита в том
случае, когда водовмещающие породы твердые, почти всегда
дает высокий эффект, поскольку образующиеся трещины имеют до-
статочную протяженность даже при взрывных относительно не-
больших зарядов. На глубинах в несколько километров нуж-
ный эффект часто не достигается. Чем глубже скважина, тем
сложнее получить высокий технологический эффект от торпеди-
рования с целью изменения проницаемости призабойной зоны.
Поскольку при взрыве в трубах в заполняющей их жидкости
распространяется сильная ударная волна1 с малым коэффициен-
том затухания (труба — хороший волновод), заряд массой более
5 кг при торпедированиях, если используются мощные ВВ типа
гексогена, следует применять с осторожностью. При использо-
вании больших зарядов бывают случаи повреждения труб вдали
от точки взрыва, если в ходе распространения волна встречает
ослабленное место (например, корродированный или незацемен-
тированный участок трубы). В необсаженной скважине волна
по стволу распространяется с большим затуханием, поскольку
неровные стенки скважины создают своеобразный «глушитель»,
поэтому минимальный заряд в этом случае может быть взят
большим.
Самостоятельное значение имеет применение торпед ТШБ (тор-
педа из шашек больших) в необсаженных, предпочтительно
незаконченных бурением скважин, с целью увеличения прони-
цаемости призабойной зоны пласта, представленного твердыми
породами. Разрушение обсадной колонны делает при взрыве та-
ких торпед практически невозможным последующую проработку
интервала торпедирования, поэтому они и не применяются в об-
саженных скважинах. Наличие бурового оборудования облегчает
освоение скважин после взрыва.
Для торпедирования используют цилиндрические шашки из
сплава тротил—гексоген 50/50 диаметром 126, 166, 206, 236 мм
(оболочка 6 мм), длиной 250 и 500 мм с центральным отверстием,
предназначенным для сборки заряда на кабель (трос). Часть шашек
1 Точнее, волна сжатия, так как повышение давления в волне не имеет
четкого характера скачка, а длительность фазы сжатия очень большая.
16*	243
Рис. 110. Схема установки
торпеды ТШБ в скважине.
J — заряд; 2 — взрыватель;
3.— цементный мост
ченно, оно вытеснено
имеет второе отверстие большего диаме-
тра для взрывателя замедленного дейст-
вия, размещаемого в нем и снабженного
часовым механизмом. Обычно в тор-
педе замедление устанавливаются на
3—4 сут, необходимое для спуска тор-
педы в скважину и установки над ней
моста. Конструкция взрывателя обеспе-
чивает двойное предохранение. Взры-
ватель способен сработать (ставится
в боевое положение) только при давле-
нии, превышающем 20 кгс/сма, и выво-
дится из него при снижении давления.
Длина торпеды ТШБ определяется
мощностью пласта. Естественно, что
для получения максимально боль-
шого радиуса трещин целесообразно
применять заряды максимального
диаметра.
Чтобы избежать повреждений ствола
, вне зоны”взрыва, над торпедой ставят
цементный мост, минимальная высота h
которого в зависимости от массы заря-
да G может быть рассчитана по фор-
муле h = 14jZG. Но, опасаясь дефек-
тов в изготовлении, мост делают обычно
в 2—4 раза больше, но не менее 25—
30 м. Взрыв регистрируется сейсмопри-
емниками. После взрыва мост разбури-
вают, интервал прорабатывают, и после
спуска и цементирования колонны пласт
эксплуатируют открытым забоем. На
рис. 110 дан общий вид торпеды, спу-
щенной в скважину.
Некоторые элементы работы с торпе-
дой ТШБ (например, система подрыва)
являются общими и для других мето-
дов взрывных работ (например, при
йнутрипластовом взрыве).
Торпедирование большими заря-
дами широко применялось в 50-х го-
дах, сейчас используются ограни-
гидроразрывом. Однако в условиях,
когда выполнение гидроразрыва по тем или иным причи-
нам затруднено, такое торпедирование на умеренных глу-
бинах оправданно, поскольку позволяет правильнее оце-
нить продуктивность пласта. Так как работа эта доста-
точно сложная, для ее выполнения, по крайней мере в первый
'244
раз, следует приглашать специалистов, имеющих практиче-
ский опыт.
В настоящее время активно изучается применение внутри-
пластовых взрывов и использование для их проведения пасто-
образных взрывчатых систем. Применение жидких и пастообраз-
ных ВВ, задавливаемых в поры и трещины пласта и там взрывае-
мых, позволяет увеличить радиус действия взрыва; кроме того,
поскольку большая часть ВВ взрывается в пласте, упрощает за-
щиту скважины от ударных волн взрыва. Однако эти методы пока
еще не настолько отработаны, чтобы говорить о их широких пер-
спективах. Применение пастообразных взрывчатых систем поз-
воляет улучшить технологию торпедирования скважин большими
зарядами благодаря более успешному решению многих вопросов,
из которых одним из первых следует назвать экономику процесса,
так как взрывчатые системы, предлагаемые к использованию, ба-
зируются на дешевых веществах. По существу, в случае исполь-
зования жидких и пастообразных ВВ основу их должны составлять
массово выпускаемые дешевые окислители.
С точки зрения эффективности особый интерес будет представ-
лять задавливание ВВ в трещины с целью образования в породе
вокруг них после взрыва дополнительных трещин.
Дальнейшее увеличение масштабов процесса приводит к ядер-
ным взрывам. При рассмотрении результатов их применения1
следует учитывать не только то, что на определенных расстояниях
порода вокруг будет разбита и улучшится проницаемость, но и
то, что на значительном протяжении порода прогреется, обеспе-
чив частичную возгонку находящихся в ней продуктов и изме-
нение вязкости жидкостей. Это является новым качеством в ис-
пользовании взрыва. Раньше при рассмотрении его действия на
окружающую среду тепловое воздействие не учитывалось. Го-
воря о ядерном взрыве, нужно помнить, что при неудачном сте-
чении обстоятельств он может сопровождаться радиоактивным за-
грязнением содержащихся в пласте нефти, газа и воды.
Разрыв пласта пороховыми газами.
Внедрение гидравлического разрыва пласта сильно сократило
объем торпедирования скважин большими зарядами. Но” обычная
технология гидроразрыва громоздка, требует, в частности, при-
менения значительного числа цементировочных агрегатов для
создания давления в скважинах. В разведочных скважинах, уда-
ленных от районов массового бурения, выполнение гидровзрыва
становится проблемой. В этой связи интерес представляет при-
менение разрыва пласта давлением пороховых газов, создавае-
мым в специальных устройствах — пороховых генераторах путем
сжигания порохов.
1 Если известно, что в конкретных условиях скважины заряд тротила
массой GT образует в породе трещины радиусом гт, то из законов подобия
радиус зоны трещиноватости гя при взрыве ядерного заряда с тротиловым
эквивалентом Ga определится как гя = гт <5Я/(?Т.
245
Рис. 111.
Схема аппа-
рата АСГ.
1 — корпус;
2 — заряд
Операция выполняется следующим образом.
В скважину спускают аппарат скважинного гидро-
разрыва (АСГ) (рис. 111) (корпусной или бескор-
пусной вариант, последний эффективней) и уста-
навливают в заданном интервале против продук-
тивного пласта. После поджигания порохового за-
ряда начинается активное выделение газов, созда-
ющее зону повышенного (по сравнению с гидроста-
тическим) давления в скважине и обеспечивающее
условия для разрыва пласта. При этом не требуется
ограничивать участок ствола пакерами, как при
обычном гидроразрыве, поскольку кратковремен-
ность процесса и инерция столба жидкости обеспе-
чивают условия для роста давления в зоне работы
аппарата.
Несколько слов о самом процессе и особен-
ностях применения аппарата. Если при обычном ги-
дроразрыве образовавшуюся трещину необходимо
заполнять песком, чтобы она не сомкнулась, то при
разрыве пласта пороховыми газами высокое да-
вление, обеспечивающее образование трещины,
одновременно вызывает пластическую деформацию
породы, в результате чего после снятия давления
трещина полностью не закроется. Естественно, что
последнее может иметь место только в прочных поро-
дах, а в сильно глинизированных с высокой пла-
стичностью трещина сомкнется. Поэтому, как впро-
чем и при применении других методов воздействия
на пласт, большое значение для повышения эффек-
тивности разрыва пласта имеет выбор объекта.
Рассмотрим в схематизированном виде работу
порохового генератора давления АСГ в скважине.
Пороховой заряд массой G при сгорании за
время Дт образует V нормальных (при давлении
1 кгс/см2) литров газа, занимающих в скважине
_	„ GV
объем, равный	> гДе Рг — гидростатическое
давление, Др — подъем давления в жидкости за
счет работы генератора. Объем 	который
занимают газы в стволе, к концу горения порохового
заряда возникает за счет сжатия жидкости вол-
ной сжатия, образованной истечением пороховых газов (5 —
сечение скважины, с — скорость звука в воде и т — модуль сжа-
тия воды). Часть объема образуется благодаря тому, что некото-
рое количество жидкости отфильтруется в пласт Еф, а также за-
полнит трещину VT. Кроме того, газы заполняют объем, занима-
емый ранее пороховым зарядом (Е3).
246
Таким образом, качественно зависимость объема жидкости,
пошедшей на образование трещины, от других факторов, сопро-
вождающих сгдрание порохового заряда в скважине, будет вы-
глядеть следующим образом:
у — GV ______( 2Sc Ат Ар । у _|_ у )
т Рг + &Р	\ т	ТЧ'И'Д'
Для образования трещины в зависимости от свойств породы
и параметров скважины должно выполняться и второе условие —
рг -Н Ар 5г (0,8 -у-1,2) ргн, где ргн — горное давление в зоне раз-
рыва. Из них следует, что эффективности разрыва пласта спо-
собствуют значительный пороховой заряд, относительно неболь-
шая глубина и малый диаметр скважины, низкая проницаемость
породы, сравнительно небольшое время горения заряда. Опыт
показал, что разрыв пласта успешно осуществляется в твер-
дых породах до глубин 2000—3000 м, причем прирост давления
в зоне работы аппарата достигает 300—500 кгс/сма.
Глава VIII
ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ
На территории СССР проведение любых взрывных работ ре-
гламентируется «Едиными правилами безопасности при ведении
взрывных работ» (ЕПБ), обязательными для всех министерств,
ведомств, организаций и предприятий, ведущих взрывные ра-
боты. Эти правила охватывают общие вопросы, относящиеся к ру-
ководству взрывными работами и проведению последних, опре-
деляют порядок получения, транспортировки, хранения и ис-
пользования взрывчатых материалов, а также общие требова-
ния безопасности, которые необходимо выполнять при обращении
с ВМ и подготовке зарядов. В правилах сформулированы требо-
вания, которые необходимо соблюдать при проведении отдель-
ных видов взрывных работ (в подземных выработках, на поверх-
ности земли, в воде) для обеспечения безопасности персонала
взрывных бригад, лиц, которые могут быть поблизости, а также
различных сооружений.
Составной частью ЕПБ являются инструкции, которыми опре-
делены порядок получения разрешений на право производства
взрывных работ, приобретение, транспортировку, хранение ВМ,
примерные программы обучения персонала, допускаемого к про-
изводству взрывных работ или участию в них, безопасные рас-
стояния для различных видов взрывных работ, формы журналов и
книг учета движения ВМ на складах и т. п. За нарушение ЕПБ
и инструкций виновные привлекаются к ответственности, вплоть
до уголовной.
«Единые правила безопасности при ведении взрывных ра-
бот» являются основным документом, которым руководствуются
при расследовании несчастных случаев, связанных с примене-
нием ВМ.
ЕПБ систематически переиздаются, при каждом переиздании
из них исключаются параграфы, утратившие свое значение, и
включаются новые, отображающие изменившиеся условия про-
ведения взрывных работ. Изменяется и структура ЕПБ.
248
Новые виды взрывчатых материалов, оборудования, связан-
ного с проведением взрывных работ, разрешается применять на
основании журнальных постановлений Госгортехнадзора. Для
постановления необходимо заключение одного из научно-ис-
ледовательских институтов, занимающегося вопросами техники
безопасности при взрывных работах в той или иной области их
применения (ВНИИГефизика для геофизических работ), проведе-
ние промышленных испытаний и наличие инструкции по приме-
нению новой разработки, согласованной с ЦК соответствующего
профсоюза и утвержденной руководством министерства. Пред-
варительное изучение инструкции обязательно для каждого лица,
приступающего к использованию нового ВМ, оборудования и т. д.
§ 1.	Общие положения по ведению взрывных работ
Предприятие обязано иметь разрешение (право) на производ-
ство взрывных работ, проект этих работ (при многократном про-
ведении однотипных работ — паспорт), склад ВМ, транспорт для
перевозки ВМ к местам работы, персонал для руководства взрыв-
ными работами и их выполнения.
Для взрывных работ можно использовать только те ВМ, ко-
торые разрешены к применению (их список публикуется ежегодно
Межведомственной комиссией по взрывному!делу). Тара, в ко-
торую упаковано ВВ, кроме его наименования, индекса завода-
изготовителя, номера партии, массы ВВ и даты изготовления (ме-
сяц, год), должна иметь цветную полосу или оболочку соответ-
ствующего цвета, характеризующего область применения дан-
ного ВВ. Так, например, отличительный цвет ВВ, допущенных
для взрывания только при открытых горных работах, — белый,
термостойким ВВ, допущенным к применению в нефтяных и га-
зовых скважинах, присвоен черный цвет.
По степени опасности при хранении и перевозке все ВВ под-
разделены на пять групп.
I.	Взрывчатые вещества с содержанием жидких нитроэфиров
более 15%, нефлегматизированный гексоген, тетрил;
II.	Аммиачно-селитренные ВВ, тротил и его сплавы с дру-
гими нитросоединениями, ВВ с содержанием жидких нитроэфиров
менее 15%, флегматизированный гексоген, детонирующий шнур
(ДШ).
III.	Пороха дымные и бездымные.
IV.	Детонаторы.
V.	Перфораторные заряды и снаряды с установленными в них
взрывателями.
Взрывчатые материалы каждой группы должны храниться
и перевозиться раздельно (вместе можно хранись ДШ и детона-
торы). Исключения допускаются для небольших количеств ВВ
при доставке их с базисного склада в расходный или с расход-
249
ного к месту’работ. Каждый раз для этого требуется разрешение
руководителя взрывных работ. Это положение не распространяется
на автовзрывпункты, конструкция которых предусматривает пе-
ревозку ВВ и СВ на одной автомашине, и на кладовые зарядных
мастерских, обслуживающих прострелочно-взрывные работы
в скважинах. В такой кладовой разрешается хранить в неболь-
ших количествах несколько видов ВМ, размещенных в отдельных
ящиках.
Все ВМ постоянно требуют осторожного обращения, их нельзя
бросать, ударять, сверлить (например для расширения гнезда
под электродетонатор). Столы, на которых выполняются работы
с'ВМ, должны быть покрыты динолеумом или резиновым коври-
ком, иметь бортики, предотвращающие падение ВМ.
В помещениях, где хранятся ВМ или производятся работы
с ними, не допускается наличие выступающих или видимых гвоз-
дей, применение стального инструмента, который может создать
искру. Запрещается курить и применять открытый огонь на рас-
стоянии менее 100 м от местонахождения ВМ. При работе с ВМ и
при нахождении в хранилище нельзя иметь при себе оружие,
спички, зажигательные приборы. На выхлопные трубы автома-
шин, перевозящих ВМ, помещают искрогасители. Применяемые
источники тока не должны иметь обнаженных проводов; источники,
используемые для электровзрывания, должны быть оборудованы
замками, которые разрывают электрическую цепь. Ключ от источ-
ника тока должен находиться только у взрывника.
Взрывные работы должны выполняться под руководством
лица, выделенного*приказом из числа лиц, получивших соответ-
ствующую подготовку. Производство взрывных работ разрешено
липам, имеющим «Единую книжку взрывника» и прошедшим необхо-
димую стажировку. Лица, имеющие право руководства взрыв-
ными работами, могут быть допущены к выполнению этих работ
только после сдачи соответствующих экзаменов и получения «Еди-
ной книжки взрывника». В «Единой книжке взрывника» отме-
чается, какие виды взрывных работ может производить ее вла-
делец. Чтобы быть допущенным к другому для него виду взрывных
работ, взрывник должен сдать экзамен квалификационной ко-
миссии, получить в своей «Единой книжке» соответствующую от-
метку и пройти стажировку. Повторные проверки знаний взрыв-
ников производятся на предприятиях систематически — не реже
одного раза в два года. Председателем проверочной комиссии яв-
ляется представитель Госгортехнадзора. Лица, не сдавшие ис-
пытаний, лишаются звания взрывника и могут быть допущены
к повторным экзаменам не ранее чем через 3 месяца.
Руководитель взрывных работ обязан инструктировать лиц,
занятых на этих работах, о мерах предосторожности. Всем ра-
бочим, непосредственно участвующим в проведении взрывных
работ, под расписку выдаются инструкции по безопасным ме-
тодам их ведения.
250
Взрывчатые материалы должны использоваться только по
прямому назначению, а хранение и обращение с ними (включая
перевозку) может быть поручено только технически подготовлен-
ному персоналу. Соблюдение этих условий контролируется ор-
ганами горного надзора и милиции. Первые определяют техни-
ческую необходимость проведения взрывных работ, обоснован-
ность заявок на ВМ, наличие исполнителей требуемой квалифи-
кации и соблюдение условий хранения, исключающих порчу ВМ.
Органы милиций контролируют, в какой мере предприятие соб-
людает безопасность при хранении и перевозках ВМ и обеспечи-
вает надлежащую охрану ВМ на месте и на складах.
Для обеспечения учета движения и использования ВМ уста-
новлены единые формы документов. «Книга учета прихода и рас-
хода ВМ» служит для учета движения ВМ на складе, «Книга
учета выдачи и возврата ВМ» позволяет контролировать расход
ВМ взрывниками, обслуживаемыми одним расходным складом.
«Наряд-путевка» является основным документом, учитывающим
расход ВМ отдельным взрывником.
Операции, связанные с подготовкой к проведению взрывных
работ на новом участке (где еще нет склада ВМ), выполняются
в определенной последовательности.
Госгортехнадзор
2.	Выдает разре-
шение на производ-
ство взрывных работ.
Предприятие
1. Представляет
Госгортехнадзору
документацию [см.
«Инструкцию о по-
рядке получения раз-
решения на право
производства взрыв-
ных работ», а также
«Свидетельство на
приобретение и пе-
ревозку ВМ» см.
ЕПБ)].
Орган милиции
3.	Строит склад
ВМ.
4.	Создает комиссию
по приемке склада
из представителей:
а) данного предприя-
тия;
б) Госгортехнадзора
или Горно-техничес-
кой инспекции (ГТИ);
251
6. Регистрирует
постоянный (или вре-
менный) склад ВМ.
в) милиции;
г) пожарного надзо-
ра.
Комиссия составляет
акт о приемке склада.
5. Получает копию
акта.
7. Выдает разреше-
ние на право хране-
ния ВМ (на срок до
3 лет).
9. Выдает свиде-
тельство на право
приобретения ВМ.
8. Направляет заяв-
ление в Госгортех-
надзор о выдаче сви-
детельства на право
приобретения ВМ.
10. Обращается в ми-
лицию за разреше-
нием на приобрете-
ние ВМ.
11. Выдает разреше-
ние на приобретение
ВМ.
12. Выдает разреше-
ние на перевозку
ВМ (в случае необ-
ходимости).
Примечание. Если перевозка от поставщика производится же-
лезнодорожным, водным или воздушным транспортом, разрешение органа
милиции на перевозку не требуется.
Разрешение на перевозку ВМ (автомобильным, гужевым транс-
портом) требуется: 1) от поставщика на склад; 2) со склада од-
ного ведомства на склад другого ведомства; 3) с одного склада
организации на другой склад той же организации, если они на-
ходятся в разных областях (краях, республиках).
В пределах одной области перевозка ВМ с одного склада на
другой, принадлежащий той же организации, осуществляется
по наряду-накладной, выданной руководителем (главным инже-
нером) предприятия. При этом разрешения милиции не требуется.
Взрывник для выполнения взрывных работ получает ВМ со
склада по наряду-путевке, подписанной руководителем взрывных
работ предприятия (партии). Оставшиеся после работ ВМ взрыв-
ник сдает на склад, о чем делается отметка в наряде-путевке.
§ 2. Хранение и перевозка взрывчатых материалов
С учетом потенциальной опасности ВМ требуется обеспечивать
их надлежащее хранение для предотвращения порчи и хищения.
Взрывчатые материалы должны храниться только на специаль-
ных складах, в кладовых. Хранилища ВМ должны запираться
на замок и опломбироваться или опечатываться. Ключи, печати
252
должны храниться у заведующего складом.
Емкость склада определяется предприятием совместно с ор-
ганами милиции, которая выдает письменное разрешение на право
хранения ВМ в складе (кладовой, сейфе) с указанием предель-
ной емкости склада; дает согласие на предполагаемый руководи-
телем предприятия проект охраны склада (вид охраны, состав
ее, количество и дислокация постов, порядок охраны, примени*
емые технические средства, необходимость телефонной связи
и др.); осуществляет контроль за состоянием охраны складов ВМ.
Склады ВМ подразделяются на базисные и расходные. Базис-
ные склады могут состоять из неограниченного числа хранилищ.
На базисном складе нельзя распаковывать ВМ и выдавать их
взрывникам, отсюда отпускают ВМ в заводской таре на расход-
ные склады. Установлена предельная емкость отдельных храни-
лищ базисного склада, зависящая от группы ВМ по степени опас-
ности. В расходных складах производятся выдача ВМ взрывникам
для выполнения взрывных работ и получение от них неисполь-
зованных ВМ.
Хранилища складов (базисных и расходных) могут быть по-
верхностные, полууглубленные — погруженные в грунт частично,
до карниза здания, углубленные — при наличии над потолком
хранилища толщи грунта до 15 м, подземные — при толщине
грунта над хранилищем более 15 м.
Углубление хранилищ уменьшает опасные расстояния по дей-
Таблица 24
Количества ВМ, допускаемые для хранения на расходных складах
Тип склада	Всего ВВ, т	Число детонато- ров» тыс. шт.	ДШ, тыс. м	При совместном хранении ВВ и СВ
Постоянный В том числе в од- ном хранилище Временный В том числе в од- ном хранилище Кратковременный В том числе в од- ном хранилище Суда Шалаш, пещера Автомобиль — перед- вижной склад	120 60 75 25 54 18 10	250 100 75 25 30	100 2	3 т ВВ и 10 000 ЭД — в разных поме- щениях хранилища 3 т ВВ и 10 000 ЭД 6 т ВВ и 10 000 ЭД 3 т ВВ и 10 000 ЭД 2/з грузоподъемности 5000 ЭД и необходи- мое количество ДШ
Площадки для кратко- временного (до 60 дней) хранения	По потреб- ности			—
253
ствию воздушной волны и по детонации. Для этой же цели слу-
жат валы, которые возводят вокруг поверхностных хранилищ.
Расчеты безопасных расстояний приведены ниже (см. § 4).
Для расходных складов устанавливается не только емкость
отдельных хранилищ, но и общеее количество ВМ, которое мо-
жет находиться на складе (табл. 24). В зависимости от срока дей-
ствия склада они подразделяются также на постоянные — срок
службы более 3 лет; временные — срок службы до 3 лет; кратко-
временные — срок службы до 1 года со дня завоза ВМ.
К кратковременным расходным складам ВМ относятся также
специально оборудованные автомобили, повозки, сани, являю-
щиеся передвижными складами ВМ, для обслуживания взрывных
работ, выполняемых на протяженных трассах (при сейсморазведке
и других работах, требующих применения взрывов).
Передвижной склад — прочное сооружение (фургон) из дю-
ралюминия или теса, покрытого огнезащитным составом и об-
шитого снаружи кровельной сталью. Оно закреплено на транс-
портной единице. В передней и боковых стенках склада делают
окна размером 30 X 30 см со стальными решетками, в задней
стене — дверь, которую обшивают снаружи кровельной сталью и
оборудуют металлическими затворами. В задней части помещения
отгораживают место для двух лиц охраны. Как отличительный
признак, на боковые стороны склада по диагонали наносят
красные полосы шириной 15 см.
Склад разрешается заполнять ВВ в количестве до 2/3 грузо-
подъемности транспортного средства. При этом в нем разрешено
хранить электродетонаторы, для которых в правом переднем углу
фургона закрепляется ящик, обитый изнутри войлоком и снаб-
женный внутренним замком.
Маршрут передвижения склада согласуется с органами ми-
лиции, которые выдают соответствующее разрешение. При пере-
движении и остановках соблюдаются положения ЕПБ, установ-
ленные для автогужевых перевозок ВМ. В ходе работ передвижной
склад должен располагаться не ближе 200 м от места взрыва,
если по требованиям безопасности это расстояние не должно быть
увеличено.
Каждый склад ВМ должен удовлетворять определенным тре-
бованиям, которые зависят от характера склада (постоянный,
временный, кратковременный), так как с этим связаны и количе-
ство ВМ, допущенных к хранению, и целесообразность его обору-
дования (табл. 25).
На каждый склад назначается заведующий. Им может быть
лицо, имеющее право руководства взрывными работами или про-
шедшее дополнительную подготовку, сдавшее экзамен квалифи-
кационной комиссии и получившее удостоверение. Не может
выполнять заведывание складом лицо, производящее взрывные
работы. Обязанности заведующего складом могут быть по со-
вместительству возложены на лицо, имеющее право руководства-
254
сб
tr
к
и
сб
н
Требования, предъявляемые к складам взрывчатых материалов
		кратковременный	Не обязательно Высотой 1,5 м		1	л	§ Я О О « О S 2 н £ оз S й S « S ® ° я г “ а сб 2 Й 3 ” Д 2 & д	тч 2 се s С £ 48 я СО о Я й я з	Й 5 я ft IZ Ь я «ьКоЗ S о 2я □ та м ft сд . . та Л И в о Ч 3 « к « д 3 о « g’soh’g			В приспосабливаемых помеще- ниях остаются существующие 1		Не более 2 м Не обязательно	а		& й! л а
							р* ® g ftfl		Q « Я						
<Я « сб Ч К о g		временный	Требуется Высотой 2 м (жерди, плетни)	о	оо lO in		Вырубается на 50 м от ограды	। Если деревянные, то покрытые огнезащитным составом	Не обязательно 1	В приспосабливаемых помещениях остаются существующие Да, ящики в один ряд на стеллаже		Не более 2 м рудничные 'аккумуляторные све- тильники	Канава или опаханная полоса ши-	риной 5 м Не обязательно Требуется	
		в	су 4 нитки ко- зли ограда из				I от ограды	?риала			1д на стеллаже 1	ну 5 м у каж- 1я полоса ши-			
		постоянны	Требуется Высотой 2 м и св ер, лючей прово лони, е< другого материала 40		оо		Вырубается на 50 я Обязательна Из несгораемого мате		Не менее двух 3	Высота 2,25, ширина	Да, ящики в один рг	Не более 2 м Рабочее и аварийное Снять дерн на гаири! дого здания. Канава или опахапп, риной 5 м Водоем Требуется			
Требуемое оборудование			Водоотводная канава Ограда	Расстояние ограды от хранили- ща, м Запретная зона за оградой, м Расстояние от ограды до кара- ульного помещения, м Лес хвойный Телефонная связь Хранилища					Число тамбуров в хранилище Число дверей у каждого входа Размеры дверей, м		Стеллажи для ВМ 1, II и IV групп Штабели для ВВП группы Освещение Противопожарные мероприятия				Молппезащита
255
взрывными работами. Заведующим передвижным складом ВМ
может быть по совместительству лицо, прошедшее дополнитель-
ную специальную подготовку.
Заведывание зарядной мастерской геофизического предпри-
ятия разрешается поручать лицу, имеющему «Единую книжку
взрывника» и стаж работ по' взрывному делу в промысловой гео-
физике не менее 1 года.
На постоянных складах проводят испытания ВМ для опреде-
ления пригодности к применению при взрывных работах и хране-
нию. Испытания производят при поступлении ВМ на склад, в
конце гарантийного срока, указанного на таре, а после истечения ;
гарантийного срока — для ВВ, содержащих жидкие нитроэфиры —
периодически, для предохранительных ВВ — каждый месяц,
для других ВВ — не реже чем через каждые три месяца, для
средств взрывания — не реже одного раза в год. Кроме того, ис-
пытаниям подлежат все ВМ независимо от срока хранения, если >
возникает сомнение в их доброкачественности по внешнему осмотру,	i
или при неудовлетворительной работе (неполные взрывы,
отказы).
ВВ и СВ помимо наружного осмотра тары и отобранных об- '
разцов подвергаются следующим испытаниям:
1)	ВВ, содержащие нитроглицерин и другие нитроэфиры, —
на наличие эксудата, на способность передачи детонации между
патронами, на слеживаемость;	'
2)	аммиачно-селитренные ВВ — на способность передачи де-
тонации, слеживаемость, содержание влаги; водоустойчивые ВВ
проверяют на способность к передаче детонации между сухими
и замоченными патронами;
3)	ЭД — проверке электрического сопротивления;
4)	ДШ — на безотказность взрывания, на водостойкость.
Испытания ВМ регламентированы специальной инструкцией,
которая дана как приложение к ЕПБ. Взрывчатые материалы, при-
знанные непригодными для дальнейшего использования, под-
лежат уничтожению (см. стр. 263).
Перевозка ВМ может производиться железнодорожным транс-
портом, на судах, самолетах, автомобилях, повозках и других
транспортных средствах. При этом не допускается нахождение
в том же вагоне, трюме, отсеке легковоспламеняющихся грузов.
Груз должен быть размещен и закреплен так, чтобы он не мог
сдвинуться во время пути. При загрузке нельзя ходить по таре
с ВМ.	*
Запрещается: 1) перевозка ВМ на плотах; 2) перевозка пас- i
сажиров и посторонних грузов вместе с ВМ на моторных кате-
рах, газоходах, паромах.
Перевозка ручной кладью допускается при наличии соответ-
ствующего разрешения милиции и производится с соблюдением >
действующих правил соответствующего транспортного мини-
стерства. Запрещается перевозка ВМ ручной кладью в самоле-
256
тах, в пригородных (дачных) поездах и багажом в пассажир-
ских поездах. Лицо, перевозящее ВМ, должно иметь одно из
следующих прав: взрывника, заведующего складом ВМ или
руководителя взрывными работами. При продолжительности
перевозки более 12 ч ВМ, перевозимые ручной кладью, сопро-
вождаются не менее чем двумя лицами.
Доставка ВМ с базисного склада к расходному или с расход-
ного склада к месту работы допускается вьюком, на повозках,
автомобилях, мотоциклах с коляской, мотороллерах с кузовом,
мотодрезинах, лодках, катерах, технических судах.
По шоссейным и грунтовым дорогам ВМ можно перевозить
автомобильным и гужевым транспортом. Транспорт ВМ должны
сопровождать лицо, имеющее права взрывника, или заведующего
складом ВМ, или руководителя взрывными работами, и воору-
женная охрана (Сопровождающему лицу разрешается совмещение
обязанности по охране).
При отсутствии дорог ВМ П группы и зарядные мастерские
можно буксировать трактором.
Все лица, имеющие отношение к транспорту ВМ (шоферы, воз-
чики, охрана), должны быть проинструктированы о порядке по-
грузки, перевозки и выгрузки ВМ. Лицо, отвечающее за транспор-
тировку, должно находиться в голове колонны. На последней
транспортной единице спереди и сзади необходимо устанавливать
отличительные знаки — красные флажки.
Запрещается перевозить ВМ в транспорте общего пользова-
ния — автобусах, трамваях, троллейбусах, метро, на самосва-
лах (для последних может быть сделано исключение при пере-
возке ВВ II группы), а детонаторы, дымный порох и ВМ, со-
держащие жидкие нитроэфиры, — на автоприцепах. Запрещается
также на транспортной единице перевозить совместно с ВМ грузы,
кроме оборудования, необходимого при взрывании.
При перевозке всех ВМ, кроме II группы, скорость движения
для автотранспорта не должна превышать 40 км/ч, гужевой транс-
порт передвигается шагом. Для ВМ II группы скорость транспор-
тировки определяется правилами дорожного движения.
Автотранспорт, предназначенный для перевозки ВМ, должен
иметь искрогасители на глушителях, исправные без щелей ку-
зова, очищенные от остатков других грузов, по два огнетушителя
для автотранспорта и один — для мототранспорта. В путевом ли-
сте должно быть отмечено: «автомобиль (мотороллер) проверен,
вполне исправен и пригоден для перевозки взрывчатых грузов».
При отсутствии такой записи выдача ВМ для перевозки запре-
щается. При хранении, перевозке и использовании ВМ не должны
оставаться без надзора или охраны. По согласованию с Госгор-
технадзором исключение могут составлять ВМ, хранящиеся в ме-
таллических контейнерах в малонаселенных районах СССР. Над-
зор на месте работ осуществляется взрывниками или рабочими
взрывных бригад.
И Заказ 419
257
§ 3.	Общие требования безопасности
при ведении взрывных работ
К общим требованиям при выполнении открытых взрывных
работ с электровзрыванием относятся следующие.
1.	Заряжание скважин можно производить с помощью ме-
ханизмов и машин, допущенных к применению Госгортехнадзором
СССР для данных ВМ (обычно только для ВВ, отнесенных ко 11
группе).
2.	При изготовлении заряда-боевика из прессованных или ли-
тых ВВ необходимо пользоваться изделиями с гнездами завод-
ского изготовления под ЭД. Нельзя расширять или углублять
эти гнезда. В заряды нельзя помещать дополнительные детона-
торы (оживители).
3.	Взрывание необходимо производить при помощи ДШ или ЭД.
Отрезки ДШ надлежащей длины должны быть подготовлены
заранее. Все соединения ДШ делаются так, чтобы в присоеди-
ненном отрезке направление распространения детонации совпа-
дало с направлением детонации по предыдущему (магистральному)
шнуру. В ДШ не допускаются витки или скрутки. В пересече-
ниях линий ДШ между шнурами помещают прокладку толщиной
не менее 10 см из инертного материала.
У электродетонаторов замеряют величину сопротивлений вос-
пламенительных мостиков, проверяют их проводимость. При этом
ЭД (ЭДС) помещают в защитное гнездо, а в полевых условиях —
в землю на глубину 35 см. Используются приборы, допущенные
для этой цели Госгортехнадзором. Ток в цепи пробника не дол-
жен превышать 0,015 А. После проверки провода ЭДС замыкаются
накоротко; в таком положении они находятся до присоединения
к взрывной линии.
4.	Электровзрывная сеть монтируется всегда от заряда к ис-
точнику тока. Концы каждого отрезка взрывной сети должны быть
замкнуты накоротко до момента присоединения его к следующему
отрезку сети. Эти требования предусматривают свести к минимуму
возможность срабатывания взрывной цепи от внешних электриче-
ских полей. Во время грозы взрывные работы и монтаж взрывных
линий производить нельзя.
5.	Источник тока должен обеспечить ток силой не менее 1 А
для каждого ЭДС при количестве одновременно взрываемых ЭДС
до 100 шт.
6.	Все случаи отказов заносятся в «Журнал для записи отка-
зов при взрывных работах и времени их ликвидации». Отказы
снижают производительность отряда, а ликвидация их сопряжена
с опасностью, поэтому необходимо изучать причину каждого
отказа и не допускать повторных отказов по той же причине.
7.	«Единые правила безопасности при взрывных работах»
требуют обязательного применения звуковых сигналов,
которые должны быть хорошо слышны в пределах опасной зоны
258
W
В:	(запрещается подача сигналов голосом). Предусмотрены три сиг-
Ж? нала — предупредительный, боевой и отбой. По первому (один
продолжительный) персонал удаляется из опасной зоны и ох-
раняет ее от случайного проникновения в нее посторонних лиц,
по второму — боевому (два продолжительных) производится
взрыв. Отбой обозначается тремя короткими сигналами.
В сейсморазведочных партиях сильный звуковой сигнал бу-
дет воспринят сейсмоприемниками, поэтому его надо либо пода-
вать с некоторым опережением, либо заменять боевой сигнал ко-
! мандой по линии связи.
„	8. После сигнала «отбой» подходить к месту взрыва для его
k осмотра или повторного заряжания можно спустя некоторое время,
f оговоренное в проекте (паспорте) взрывных работ. Концентрация
£	токсичных газов в воронке в первые минуты после взрыва мо-
/	жет вызвать у человека потерю сознания. Известны случаи от-
равления газами детей, спустившихся в воронки после отъезда
взрывной бригады. Кроме того, возможны повторные выбросы
из скважины, связанные с выходом газов, образовавшихся при
взрыве; запаздывание такого выброса зависит от глубины взрыва
и может быть значительным.
§ 4.	Безопасные расстояния
j	При проведении взрывов существует опасность сейсмических
	воздействий на ближайшие здания и сооружения, детонации
ВВ, находящихся в близрасположенных хранилищах, поражения
людей и зданий воздушной волной, поражения людей осколками
и обломками породы, выброшенной взрывом. Инструкции по
определению безопасных расстояний входят в ЕПБ.
Минимально допустимые величины радиусов опасных зон при
торпедировании и перфорации нефтяных газовых скважин — 50 м
(после того как стреляющий аппарат опущен в скважину на глу-
бину более 50 м, радиус опасной зоны может быть уменьшен до
20 м), при взрывах для сейсмической разведки в шурфах и на
поверхности — 100 м, в скважинах — 30 м.
За безопасное расстояние для людей принимается наибольшее
из определенных для разных условий. Установленные границы
опасной зоны должны быть обозначены на местности. Во время
взрывных работ опасная зона подлежит охране, причем все под-
ходы к ней должны просматриваться с постов, чтобы исключить
появление посторонних лиц.
Сейсмическое действие взрыва проявляется только при по-
мещении заряда ниже поверхности земли и зависит от следующих
факторов: 1) массы заряда G; 2) условий взрыва — степени заг-
лубления заряда а (при а=0 сейсмическое действие взрыва от-
сутствует); 3) грунтов, на которых находится сооружение (Кс)1*
1 Здесь используются обозначения, приведенные в ЕПБ.
17*
259
Безопасное расстояние для сооружений
rc = Kca¥G,	(VIII.1)
для скальных пород /<с=3, для водонасыщенных грунтов Кс = 20.
Для других пород в естественном залегании Кс близко к 10.
При групповых взрывах зарядов, разнесенных на некоторое
расстояние, в формуле заменяют величину G на С?экв (масса неко-
торого сосредоточенного заряда, эквивалентного по сейсмиче-
скому действию всей группе зарядов).
Определяя сейсмический эффект, следует учитывать состоя-
ние зданий, грунта, в котором производится взрыв, кратность
взрывов вблизи объекта, экономическое значение сооружений,
вблизи которых производят взрывы. Например, для поврежден-
ных зданий (имеющих трещины в стенках) при производстве взрыва
в водонасыщенном грунте безопасное расстояние требуется уве-
личить в 4 раза против расчетного. В условиях повседневной
работы геофизических партий сейсмический эффект от произво-
димых ими взрывов незначителен. Безопасное расстояние по пе-
редаче детонации между активным (взрываемым) и пассивным
зарядами зависит от величины заряда G, рода ВБ и условий взрыва
(на поверхности, ниже поверхности) (К„), эффективного размера
пассивного заряда (D) в м.
Для двух зарядов Gr и G2 из различных ВВ
Гд - 8/4<?1+^,сг VT.	(VIII.2)
Для одинаковых ВВ КЛ1=КПг и формула имеет вид
r^K^VG V^D.	(VIII.3)
В ЕПБ приведены таблицы значений гд. Например, для за-
рядов по 5000 кг тротила, находящихся в хранилищах на поверх-
ности, безопасное расстояние по передаче детонации составляет
30 м, при углублении (обваловании) обоих хранилищ — 13,5 м.
Для определения расстояния, на которое передается детона-
ция от склада ЭД, применяют формулу (VIII. 2), причем G =
= 0,0015 п, где п — число ЭД, 0,0015 — условная масса ВВ в од-
ном детонаторе (в кг). По этой формуле безопасное расстояние
по передаче детонации между открытым штабелем тротила (пас-
сивный заряд) и 10 000 ЭД (активный заряд) определяется при
А д = 0,55, размере пассивного заряда D 1,6 м как
гд = 0,551^15 |Л1,6 ль 1,6 м.
260
Очевидно, это расстояние легко обеспечить в хранилище,
если предусматривается совместное хранение ВВ и СВ.
Нет необходимости рассчитывать безопасное расстояние, при-
нимая за активный заряд тротил, так как при взрыве 3 т тротила
(количество, допускаемое к совместному кратковременному хра-
нению) увеличение массы ВВ на 15 кг не изменит действия взрыва.
Расстояния, безопасные по действию воздушной волны, оп-
ределяются по одной из двух формул
rB = kBG	(VIIT.4)
или
rB = KB3^G	(VIII.5)
(везде Кс, Кв, кв — коэффициенты пропорциональности, уста-
новленные экспериментальным путем. Их значения приведены
в ЕПБ).
Вторая формула применяется при открытых зарядах массой
свыше Юти зарядах, углубленных на свою высоту, массой больше
20 т.
«Едиными правилами безопасности при взрывных работах»
предусмотрено шесть степеней безопасности в зависимости
от допустимых разрушений, которые может произвести воздуш-
ная волна; соответственно принимают значение кк. Для сейсмо-
разведки при зарядах, углубленных на свою высоту, /с1:не пре-
вышает 50, а обычно может быть значительно меньше 10. В ЕПБ
приведена таблица «Относительно безопасных расстояний по дей-
ствию воздушной волны от складов ВМ до различных объектов». Из
этой таблицы следует, расстояние от поверхностного ВМ емкостью
4000 кг до населенного пункта, автомобильной или железной до-
роги и других сооружений, которые не относятся к особо проч-
ным, должно быть не менее 320 м. Тот же склад, будучи обвало-
ван, может находиться в 130 м от упомянутых объектов. Безо-
пасное расстояние связывают также с наличием на местности за-
щиты от действия воздушной волны (густого леса, холма) или,
наоборот, условий, обеспечивающих уменьшение дисперсии
фронта воздушной волны и, как следствие, сохранение ею опасных
свойств на большем по сравнению с определенным по формулам.
(УШ. 4) и (УШ. 5) расстоянии (например, при взрыве в узкой
долине).
Для людей опасное расстояние
/-min =15 Ж
где G — масса наружного заряда.
Следует стремиться, чтобы удаление людей от точки взрыва
было в 2—3 раза больше минимального. При наличии блиндажа
rmin может быть сокращено в 1,5 раза.
261>
Опасные зоны по разлету отдельных кусков взорванной по-
роды определяются по таблице, приведенной в ЕПБ, в зависимости
от показателя действия взрыва заряда п и длины линии наимень-
шего сопротивления W. При Идо 10 м радиус опасной зоны для
людей составляет 200—1000 м (для различных п). Эти величины
необходимо принимать во внимание при производстве взрывов
в шурфах.
§ 5.	Требования к отдельным видам взрывных работ
Проведение взрывов при сейсморазведке на суше
1.	При подготовке групповых взрывов разрешается заряжание
каждой скважины после окончания ее бурения. Заряженные
скважины должны находиться под наблюдением взрывной бригады.
2.	Шоферу автовзрывпункта (трактористу) разрешается на-
ходиться в кабине на взрывном пункте (станции) во время ра-
боты взрывной бригады.
3.	Запрещается применение для взрывной и моментной ма-
гистралей и для телефонной связи проводов с поврежденной изо-
ляцией и без вилок для подключения их к аппаратуре.
4.	Недопустимо применение на взрывном пункте двух ма-
гистралей.
Нарушение этого требования, так же как и несоблюдение
правил о необходимости разъема во взрывной магистрали, при-
водило к несчастным случаям: взрывники, монтируя заряд на
второй взрывной магистрали, по ошибке подключали ее к взрыв-
ной машинке и взрывали заряд, находившийся на поверхности.
5.	Взрывпункт следует располагать с наветренной стороны
от точки взрыва.
6.	Запрещается подходить к скважинам в течение 5 мин после
произведенного в них взрыва.
Оба эти требования связаны с токсичностью газообразных
продуктов взрыва и опасностью выброса.
7.	Перед взрывом заряда, заранее помещенного в скважину
на болотистых участках, необходимо убедиться, что он не под-
нялся вверх по скважине, поскольку в таких скважинах наблю-
дались случаи подъема заряда газами, выделяющимися из тор-
фяно-грунтовой массы болота. Это происходило тогда, когда за-
ряд находился в скважине длительное время и не был снабжен
«якорем», удерживающим его на глубине.
8.	Сейсморазведочным партиям разрешается иметь на месте
работ (вне пределов опасной зоны) до 3-суточного запаса ВМ при
его непрерывной охране. Количество ВМ, необходимое для ра-
боты 1 смены, можно хранить в пределах опасной зоны, но в на-
дежном укрытии и отдельно от людей.
262
Проведение сейсморазведки на акваториях
При проведении сейсморазведки на акваториях для возбужде-
ния упругих колебаний применяют установки газовой детонации
(УГД), пневмоизлучатели (ПИ) или электроискровые источники.
При работах с указанными источниками необходимо выпол-
нение следующих требований.
1.	Соблюдать общие правила безопасности для морских ра-
бот (в части установки оборудования на судах, пользования ко-
рабельным оборудованием — лебедками и др., размещения обо-
рудования партии в пределах судна и т. п.), прекращать работу
забортных установок при волнении выше определенного предела.
2.	Обеспечивать безопаснсть при работах со сжатыми газами,
паром, компрессорами, трубопроводами высокого давления (до
150 кгс/см2) и т. д'.
3.	Применять исключительно типовое оборудование, до-
пущенное органами горного надзора, соблюдать инструкции для
работы с ним, поддерживать его в рабочем состоянии, не осуще-
ствлять рабочий цикл при нахождении взрывной камеры (излу-
чателя) на борту или у борта судна, прекращать доступ рабочего
агента перед подъемом камеры и т. д. При использовании взрывов
кислородно-водородной смеси руководствуются общими требо-
ваниями безопасности, установленными для УГД. Различие мо-
жет заключаться в обслуживании того или иного типа электро-
лизера, если получение кислорода и водорода осуществляется
на борту судна. При электроискровом возбуждении импульса
необходимо обеспечить безопасность от поражения током высо-
кого напряжения, используемым в установке.
Прострелочно-взрывные работы в глубоких скважинах
С этим видом работ наиболее часто связаны отбор грунтов и
перфорация. Существующая прострелочная аппаратура рассчи-
тана на многократное ее использование. На каждой скважине-,
невозможно создать условия для безопасной зарядки стреля-
ющей аппаратуры, поэтому аппаратуру заряжают в зарядных ма-
стерских и перевозят с соблюдением правил безопасности к месту
использования. Созданы также передвижные зарядные мастер-
ские (на автомашинах), которые приспособлены как для пере-
возки прострелочной аппаратуры, так и для перезарядки ее у места
работы.
Аварийная ситуация на скважине может потребовать сроч-
ного проведения других взрывных работ. В связи с этим в кладо-
вой зарядной мастерской разрешается хранить ВВ различных
групп. Постоянные зарядные мастерские строят по типовым про-
ектам. Под временные зарядные мастерские (на срок до 3 лет) раз-
решается приспосабливать помещения, удовлетворяющие тре-
263-
бованиям безопасности, но оборудовать их необходимо так, чтобы
свести к минимуму возможность воспламенения или взрыва ВМ,
а в случае взрыва (выстрела) исключить возможность поражения
лиц, находящихся в зарядной мастерской.
Перевозка заряженных прострелочных аппаратов и торпед
допускается в перёдрижных зарядных мастерских, каротажно-
перфораторных подъемниках в специально оборудованных ящи-
ках и устройствах. В этих случаях разрешается перевозка в этих
спецавтомашинах и персонала партии.
При использовании одножильного кабеля допускается исполь-
зование в качестве второго провода брони кабеля или колонны труб.
Спуск аппаратов и торпед в скважину должен производиться
при соблюдении следующих условий:
1)	каротажная лебедка подъемника (зарядная мастерская)
должна быть заземлена;
2)	источники тока — отключены;
3)	скорость спуска не должна превышать 2 м/с для простре-
лочной аппаратуры и 1 м/с — для торпед.
Отказавшие торпеды, ВВ и СВ уничтожаются вблизи скважины
в специально приготовленных ямах.
Уничтожение взрывчатых материалов
Взрывчатые материалы уничтожаются путем взрывания, сжи-
гания, потопления или растворения в воде.
Уничтожению подлежат пришедшие в негодность ВМ, которые
не отвечают требованиям технических условий или гостов и не мо-
гут быть использованы при других видах взрывных работ.
Взрыванием уничтожают ВВ, если есть уверенность в пол-
ноте их взрыва, а также ЭД, ДШ и перфораторные заряды. При
этом должны быть приняты меры, исключающие возможность
поражения людей, повреждения зданий и сооружений. Взрывание
производят при помощи доброкачественных взрывчатых материа-
лов. Патронированные ВВ уничтожают пачками.
Сжиганием уничтожают ВВ и СВ, не поддающиеся взрыванию
(уничтожение детонаторов сжиганием запрещается). При унич-
тожении сжиганием принимают меры против возможного пере-
хода горения ВВ в детонацию, ограничивая количество одновре-
менно сжигаемого ВВ, рассредоточивая его на площадке сжига-
ния (запрещается сжигать ВМ в их таре). На кострах сжигают ВВ
и ДШ (в количестве не более 10 кг на каждом костре, гексоген —
до 5 кг). Порошкообразные ВВ (дымные и бездымные пороха) при
уничтожении сжиганием рассыпают дорожками шириной не бо-
лее 30 см толщиной слоя не более 10 см при расстоянии между
ними не менее 5 м. Негодная тара сжирается отдельно.
Потопление ВМ разрешается только в открытом море в глу-
боких местах. При этом должны быть приняты меры, устраня-
ющие всплывание уничтожаемых ВВ.
264
Растворением в воде (в бочках или иных сосудам) уничтожа-
ются аммиачно-селитренные ВВ, дымный порох. Нерастворив-
шиеся остатки ВВ собирают и уничтожают сжиганием.
Порядок уничтожения ВМ регламентирован «Едиными пра-
вилами безопасности при взрывных работах».
При строгом соблюдении правил и инструкций взрывнын
работы не более опасны, чем другие виды работ. Однако взрыв-
ники допускают отклонения от ЕПБ, что приводит к несчастным
случаям. Требуется систематический контроль за соблюдением ЕПБ
и инструкций. Его по положению обязаны осуществлять органы
милиции и Госгортехнадзора (или ведомственных горнотехниче-
ских инспекций). Однако это не снимает с руководителей геофи-
зических организаций обязанности обеспечивать систематиче-
ский контроль за соблюдением подчиненными им лицами ЕПБ
и инструкций, своевременно присекать даже малейшие отклоне-
ния от ЕПБ, предупреждая этим порчу, возможное хищение ВМ
и несчастные случаи.
В связи с этим следует еще раз остановиться на задачах, стоя-
щих перед руководителем взрывных работ геофизической (сейс-
моразведочной) партии. Деятельность такой партии протекает
чаще всего на значительной территории, в пределах которой усло-
вия возбуждения и технология выполнения взрывов не постоянны.
В процессе работ требуется не только констатировать необходи-
мость изменения условий возбуждения, но и предложить наилуч-
шее сочетание величин зарядов, числа взрывов и глубин зало-
жения зарядов, которые при существующей технической воору-
женности партии обеспечивали бы выполнение геологической
задачи при минимальных совокупных затратах на ВВ и бурение
и при возможно большей производительности труда, с учетом по-
следующих работ по ликвидации последствий взрывов.
В ходе работ партии приходится иногда решать также задачи,
связанные с применением ВВ для прокладки путей подъезда, по-
вышения производительности водяных скважин, ликвидации ВМ,
пришедших в негодность, и т. д. Требуется также выбрать спо-
соб и место ликвидации ВМ, определить количество ВМ, уничто-
жаемых одновременно, и, конечно, обеспечить безопасное про-
ведение этой операции.
Согласно ЕБП руководитель взрывных работ обязан:
1)	обеспечивать точное соблюдение подчиненным ему персо-
налом хранения, учета, расходования, транспортирования и
испытания ВМ;
2)	допускать к производству взрывных работ и к испытанию
ВМ только лиц, имеющих на это право;
3)	контролировать своевременную отчетность взрывников
(мастеров-взрывников) об израсходовании ВМ и сдачу взрывниками
(мастерами-взрывниками) остатков ВМ на склады;
4)	установить порядок выдачи ВМ, отвечающий требованиям
правил безопасности;
2в5
5)	организовать регулярный надзор за состоянием складов
и за работой обслуживающего их персонала н охраны;
6)	организовать безопасное проведение взрывных работ. Он не-
сет персональную ответственность за соблюдение этих обязанностей.
Для успешного руководства многообразной деятельностью,
связанной со взрывными работами сейсморазведочной партии,
необходимо не только строго соблюдать требования ЕПБ, но и
обдуманно использовать сведения, содержащиеся в данном курсе,
своевременно пополняя их по мере развития метода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Андреев К. Н., Беляев А. Ф. Теория взрывчатых веществ.
М., Оборонгиз, 1960. 295 с. с ил.
2.	Единые правила безопасности при взрывных работах. М., «Недра»,
1972. 319 с.
3.	К о у л Р. Подводные взрывы. М., Изд-во иностр, литер., 1950.
493 с. с ил.
4.	Прострелочныеи взрывные работы в скважинах. М., «Недра»,
1972. 285 с. с ил. Авт.: Н. Г. Григорян, Д. Е. Пометун, Л. А. Горбенко
и др.
5.	Яковлев Ю. С. Гидродинамика взрыва. Л., Судпромгиз, 1961.
313 с. с ил.
Таблица перевода наиболее часто встречающихся в книге единиц
в систему СИ
Параметр	Наименова- ние единицы в книге	Наименова- ние единицы в системе СИ	Величина принятой единицы в системе СИ
Сила (вес)	кгс	н	9,81 Н
Давление механическое (напряжение)	кгс/см2	Па	9,81 х105Па
Работа, энергия	кгс-м	Дж	9,81 Дж
Количество тепла (работа, энергия)	ккал.	Дж	4187 Дж
Мощность, тепловой поток	ккал/с	Вт	4187 Вт
Импульс, количество движения	кгс-с/м2	кг • м/с	9,81 Н-с/м2
Температура	°C	К	°С+273,15
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .......................................................   3
Глава I. Теория взрывчатых веществ................................ 6
§ 1.	Общие сведения о взрыве и взрывчатых веществах. Теплота
взрыва .........................................................  6
§ 2.	Физическая и химическая стойкость взрывчатых веществ. Тепло-
вой взрыв ...................................................... 16
§ 3.	Горение взрывчатых веществ.................................. 22
§ 4.	Чувствительность взрывчатых веществ к удару, трению, началь-
ному импульсу и	быстрому нагреву.......................... 28
§ 5.	Теория детонации	взрывчатых	веществ........................ 33
§ 6.	Детонация твердых и жидких (конденсированных) взрывчатых ве-
ществ .......................................................... 41
§ 7.	Критический п предельный диаметры детонации. Скорость дето-
нации ...............................................‘.......... 44
§ 8.	Передача детонации. Бризантное и фугасное действие взрыва . .	48
§ 9.	Направленное действие взрыва............................... 54
Глава II. Взрывчатые вещества и средства взрывания.............. 58
§ 1.	Бризантные взрывчатые вещества............................. 59
§ 2.	Пороха .................................................... 70
§ 3.	Инициирующие взрывчатые вещества и пиротехнические составы 74
§ 4.	Выбор взрывчатых веществ при геофизияеских работах ...	75
§ 5.	Средства воспламенения и взрывания зарядов................. 77
§ 6.	Изготовление зарядов из взрывчатых веществ................. 83
Глава III. Ударные волны и действие взрыва в различных средах 85
§ 1.	Характеристика ударных волн ............................... 85
§ 2.	Воздушные взрывы .......................................... 91
§ 3.	Подводные взрывы .......................................... 96
§ 4.	Действие взрыва в грунтах ................................ 106
Глава IV. Основные параметры, определяющие сейсмическую эф-
фективность взрыва. Наземные «невзрывиые» источ-
ники ........................................................... 123
§ 1.	Воздушные взрывы ......................................... 124
§ 2.	Взрывы в грунтах ......................................... 125
§ 3.	Наземные «невзрывные» источники сейсмических колебаний . .	150
Глава V. Возбуждение сигнала при сейсморазведочных работах на
акваториях .................................................... 166
§ 1.	Подавление пульсации при подводном взрыве................. 168
§ 2.	Направленность излучения и амплитудный спектр сейсмического
сигнала ....................................................... 171
§ 3.	Группирование источников сейсмических сигналов............ 177
§ 4.	Источники сейсмического сигнала........................... 180
268
Глава VI. Техника взрывных работ при сейсмической разведке 192
§ 1.	Виды сейсморазведочных работ................................ 192
§ 2.	Организация сейсмических работ.............................. 197
§ 3.	Возбуждение колебаний.	Виды взрывных	работ.................. 200
§ 4.	Оборудование взрывного	пункта.............................. 206
§ 5.	Приготовление зарядов и	производство	взрывов................ 211
§ 6.	Ликвидация последствий	взрывов............................. 217
Г л~а в а VII. Взрывные работы в глубоких скважинах.............. 220
§ 1.	Предупреждение и ликвидация аварий при бурении.............. 220
§ 2.	Отбор образцов горных пород и скважинных жидкостей. Взрыв-
ные пакеры ..................................................... 228
§ 3.	Вскрытие пласта............................................. 231
§ 4.	Взрывные методы воздействия на призабойную зону............. 239
Глава VIII. Техника безопасности при проведении взрывных работ 248
§ 1.	Общие положения по ведению взрывных работ................... 249
§ 2.	Хранение и перевозка взрывчатых материалов.................. 252
§ 3.	Общие требования безопасности при ведении взрывных работ . .	258
§ 4.	Безопасные расстояния....................................... 259
§ 5.	Требования к отдельным видам взрывных работ................. 262
Список 'литературы................................................ 267
Таблица перевода наиболее часто встречающихся в книге единиц
в систему СИ  .................................................... 267
ВЗРЫВНОЕ ДЕЛО
Сергей Александрович Ловля,
Берта Львовна Каплан,
Виктор Васильевич Майоров,
Игорь Константинович Купалов-
Ярополк,
Михаил Иванович Балашканд
Редактор издательства В. Н. Никитина
Технические редакторы 3. А. Болдырева,
О. Ю Трепенок
Корректор Т. М. Столярова
Сдано в набор 10/VII 1975 г. Подписано
в печать 19/11 1976 г. Т-05024. Формат
60 X 9О‘/1«. Бумага JSS 2. Печ. л. 17,0.
Уч.-изд. л. 17,86.	Тираж 9000 экз.
Заказ К» 419/4366-3. Цена 87 коп.
Издательство «Недра», 103633, Москва, К-12,
Третьяковский проезд, 1/19.
Ленинградская типография № 6 Союзполи-
графпрома Государственного комитета
Совета Министров СССР по делам изда-
тельств, полиграфии и книжной торговли.
196006, Ленинград, Московский пр., 91