Результат интеллектуальной деятельности: Ресурсосберегающий способ ликвидации сооружений шахтного типа

Изобретение относится к области взрывных работ специального назначения, а именно к технике таких работ при демонтаже с последующей разделкой на металлолом инженерных сооружений заглубленного типа; в частности - шахтных пусковых установок (ШПУ) и командных пунктов шахтного типа (КПШТ) / в специальной литературе часто встречается термин «унифицированный командный пункт - УКП»/ в ходе ликвидации или модернизации ракетных комплексов.

Современная технология утилизации вооружения и военной техники (В и ВТ) включает, как правило, два этапа: на первом этапе проводится частичный или полный демонтаж вооружения, специального оборудования, агрегатов и приборов, на втором осуществляется разборка корпуса образца. Предлагаемый комбинированный способ взрывной разборки В и ВТ (в частности ШПУ и КПШТ) относится к второму этапу ее утилизации.

Известен способ разделки крупногабаритных пустотелых изделий взрывом, применяемый в промышленности (заявка DE №3307060, кл. F42D 3/00. Способ пиротехнической разделки толстостенных стальных емкостей, 1984; а также патент RU №2056616 С1, МПК F42B 1/02. Способ резки металла взрывом, 1996). Способ отличается тем, что удлиненный заряд бризантного взрывчатого вещества некумулятивного или кумулятивного типа располагают на стенке емкости, предварительно охлажденной (например, жидким азотом) до температуры перехода металла из пластического состояния в хрупкое, а затем инициируют. Данный известный способ практически не приемлем для резки металлоконструкций ШПУ и КПШТ, в первую очередь таких элементов, как стакан, оголовок; отчасти может быть применим для резки крыши защитного устройства. Связано это с конструктивными особенностями этих сооружений, в первую очередь - с большими габаритами, а также с расположением их ниже нулевой отметки. Глубина ШПУ и КПШТ может быть от 24 до 36 метров; диаметр стакана может достигать четырех и более метров. Толщина металла (высоколегированных сталей марок АК-29, 10ХСНД, 09Г2С и др.) колеблется от 8 до 40 мм; масса металла всей конструкции ШПУ и КПШТ при этом может достигать 300 тонн и более (см., например, Широкорад А.Б. Энциклопедия отечественного ракетного оружия 1817 - 2002 /Под общ. ред. А.Е. Тараса. - М.: ACT, Мн.: Харвест, 2003 - 544 с.). Захолаживание такого количества металла до температуры его хладоломкости потребует очень большого количества хладоносителя (например, жидкого азота). Монтаж «сетки» удлиненных зарядов на внутренней поверхности конструкции займет значительное время, в результате чего эффект от захолаживания металла будет сведен на нет. Кроме того, для монтажа зарядов потребуются дополнительные площадки обслуживания, строительные леса, вышки или люльки с подъемно-опускающими механизмами. К недостаткам способа относятся также высокая стоимость удлиненных зарядов, повышенная опасность монтажа их в шахте, большое количество средств инициирования детонации, сложность монтажа электровзрывной сети, трудности с подъемом после подрыва на дневную поверхность вырезанных фрагментов металла, особенно в случаях затопления шахт грунтовыми водами в результате нарушения гидроизоляции и частично тюбинговой крепи.

Известен способ разделки на металлолом бронетанковой техники (Абрамов В.А., Карьялайнен Д.И., Кремнев И.Б., Потапов И.А. Разделка корпусов и башен бронетанковой техники методом взрыва // Вестник транспортного машиностроения, №3, 1992), а также кораблей и самолетов (Бородулин А. Взрывы на «кладбищах» // Техника молодежи, №12, 1991), аналогичный указанному выше, но не требующий дорогостоящего охлаждения объекта. Способ состоит в размещении на внешних поверхностях разделяемого объекта системы удлиненных кумулятивных зарядов (несмотря на все многообразие конструкций и названий таких зарядов, а именно: удлиненный кумулятивный заряд - УКЗ, удлиненный кумулятивный заряд прокатанный - УК3-П, удлиненный кумулятивный заряд уголковый - УК3-У, кумулятивный удлиненный заряд - КУЗ, линейный кумулятивный заряд - ЛКЗ, шнуровой кумулятивный заряд - ШКЗ и ШК3-М, заряд кумулятивный линейный баллиститный - ЗКЛБ и др. примем для них обобщенную аббревиатуру - УКЗ) таким образом, чтобы обеспечить заданные размеры габаритов металлолома. После подключения зарядов в единую цепь их инициируют. Как уже отмечалось выше, данный способ в отличие от предыдущего не требует дорогостоящего захолаживания металла. Однако все остальные недостатки, присущие предыдущим аналогам, сохраняются. Кроме того, для разрезания преград без предварительного перевода металла в хрупкое состояние потребуются УКЗ существенного больших калибров (наружных диаметров, линейных размеров), с большим содержанием взрывчатых веществ, а значит и более дорогих.

Известен способ взрывной разделки металлических конструкций и техники с помощью так называемых удлиненных кумулятивных Квазар-зарядов (УККЗ), представляющих собой полые как металлические, так и полимерные оболочки, заполняемые после монтажа на разрезаемой поверхности взрывчатым веществом жидким, изготавливаемым на месте использования - ВВЖИМИ из недетонационно-способных компонентов (патент RU №2084818 С1, МПК F42D 3/00. Квазар-способ разделки металлических конструкций (варианты), 1997; патент RU №2138770 С1, МПК F42D 3/00. Квазар-способ взрывной разделки подводных, надводных кораблей и судов (варианты), 1999; патент RU №2151997 С1 МПК F42D 3/02, E04G 23/08. Квазар-способ демонтажа зданий, сооружений и строительных конструкций, 2000). По сравнению с предыдущими аналогами данный способ позволяет снизить опасность и стоимость разделочных работ, повысить их производительность. Тем не менее, все остальные недостатки, присущие вышеупомянутым аналогам, сохраняются. Кроме того, в качестве окислителя в ВВЖИМИ используется высокотоксичное вещество - тетраоксид азота N₂O₄, с очень узким, к тому же, температурным диапазоном эксплуатации (температура замерзания равна -11°C; температура кипения - +21,2°C), что накладывает определенные требования по использованию работающим персоналом средств индивидуальной защиты и соблюдения специфических условий хранения этого компонента. Окружающей природной среде наносится также существенный экологический ущерб. Также, как и в предыдущих аналогах для разделки металлоконструкций ШПУ (КПШТ) потребуются дополнительные затраты (и временные, и материальные) для монтажа УКЗ в стволе шахты и последующего извлечения разрезанных фрагментов на дневную поверхность.

В настоящее время известен и широко применяется в военном деле способ разрушения В и ВТ, а также демонтажа строительных конструкций взрывом (Наставление по военно-инженерному делу для Советской Армии. - М.: Воениздат, 1966). Способ предназначен для приведения В и ВТ и сооружений в непригодное для дальнейшей эксплуатации состояние. Он состоит в том, что в заброневое пространство (внутреннюю полость объекта), на броню (на поверхность конструкции) помещают мощный заряд конденсированного взрывчатого вещества (чаще всего в виде тротиловых шашек типа ТП-200 и ТП-400), затем заряд подрывают. В результате взрыва образец разрушается на бесформенные сильно деформированные фрагменты. При этом образуется масса мелких обломков и осколков, значительная часть которых разбрасывается на большой площади и теряется, нанося ущерб природе. Этот способ принят в качестве наиболее близкого известного к заявляемому. Преимуществами данного способа по сравнению с перечисленными ранее аналогами являются простота и малозатратность (быстрота и отсутствие необходимости применения дополнительных сооружений, приспособлений, устройств, техники). Для справки, таким способом было ликвидировано подавляющее большинство попавших под Договор СНВ-1 отечественных ШПУ и КПШТ.

Данный известный наиболее близкий к заявляемому способ, широко применяющийся на практике, позволяет утилизировать лишь незначительную часть дорогого металла (для ШПУ и КПШТ это, в лучшем случае, крыша защитного устройства да воротник оголовка в виде бесформенных кусков). Весь же металл стакана шахты, а для некоторых конструкций - еще и чугунной тюбинговой крепи остается после подрыва в земле. К недостаткам способа относятся также большие радиусы опасной зоны ведения взрывных работ (до 400÷500 метров и более), высокие уровни сейсмического и воздушного воздействия взрыва, большой объем выброса в атмосферу вредных продуктов взрыва и пыли, образование на месте работ воронок диаметром до 10÷15 метров с грудой обломков металла, бетона, арматуры, плит ПВХ, парафина и т.п. После такой ликвидации требуются значительные дополнительные затраты на рекультивацию земель.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является разработка эффективного, реализуемого на практике способа ликвидации шахтных пусковых установок и командных пунктов шахтного типа с максимально возможной утилизацией металла.

При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в повышении эффективности и ресурсосбережения процесса ликвидации ШПУ и КПШТ, существенном снижении вредного воздействия взрыва (сейсмического, воздушного ударно-волнового и экологического) на окружающую среду, повышении эргономичности процесса разделки конструкции на металлолом, расширении функциональных возможностей способа.

Указанный технический результат достигается тем, что предварительно в донной части стакана ШПУ или КПШТ устанавливают УКЗ кольцевой формы, монтируют взрывную сеть, пристыковывают средства инициирования и подрывают заряд. После этого на дно шахты укладывают компактный (сосредоточенный) заряд взрывчатого материала (ВМ) со средством инициирования, засыпают ствол шахты грунтом, закрывают крышу защитного устройства и инициируют заряд. В качестве взрывчатого материала могут быть использованы либо конденсированные высокобризантные взрывчатые вещества индивидуальные (например, тротил в виде литых шашек или прессованных шашек типа ТП-200, ТП-4) или смесевые (например, сплавы тротила с гексогеном типа ТГ 40/60, ТГ 50/50 и др.), либо утилизируемые пороха различного назначения, твердые ракетные и специальные топлива, пиротехнические составы.

Образующиеся при детонации или горении продукты взрывчатого превращения компактного заряда выталкивают из земли отрезанную от днища часть металлоконструкции ШПУ (КПШТ): стакан с оголовком и крышей защитного устройства вместе с тюбинговой крепью либо без нее. Реализуется эффект минометного старта ШПУ (КПШТ) из земли. В отличие от известного наиболее близкого к заявленному способа при взрыве компактного заряда ВМ реализуется, главным образом не бризантное (осколочное или дробящее), а метательное действие взрыва. Извлеченная таким образом на дневную поверхность конструкции может быть впоследствии разделана на металлолом любым известным экономически обоснованным способом (каким-либо взрывным, механическим, газоплазменным и т.д. или их комбинацией).

Выбор типа УКЗ и расчет требуемого калибра (наружного диаметра) производят исходя из материала разрезаемой преграды (стакана) и ее толщины. Вид ВМ и массу компактного заряда, исходя из габаритов и массы метаемой конструкции (выталкиваемой из земли ШПУ и КПШТ), можно рассчитать по классическим зависимостям внутренней баллистики ствольных систем (например, Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика ствольных систем и пороховых ракет. М.: Оборонгиз, 1962).

Работоспособность и эффективность предлагаемого способа подтверждена серией натурных экспериментов, проведенных в ходе плановой ликвидации одного из типов КПШТ Ракетных войск. Результаты экспериментов представлены на фотографиях фиг. 1 и фиг. 2.

На фиг. 1показана конструкция извлеченного на дневную поверхность предлагаемым способом КПШТ без тюбинговой крепи (железобетонная крепь осталась в земле); на фиг.2 - вместе с тюбинговой крепью.

В качестве взрывчатого материала компактного заряда использованы прессованные шашки тротила типа ТП-200 и ТП-400, уложенные в заводскую тару - деревянные ящики.

Последовательность технологических операций при ликвидации ШПУ и КПШТ предлагаемым способом:

- устанавливают на внутренней стенке стакана в донной его части удлиненный кумулятивный заряд кольцевой формы;

- монтируют взрывную сеть;

- пристыковывают к УКЗ средство инициирования детонации;

- осуществляют подрыв УКЗ;

- укладывают на дно компактный заряд взрывчатого материала;

- пристыковывают к заряду ВМ одно или несколько (для повышения надежности) средства инициирования взрывчатого превращения (электродетонаторы, капсюли-детонаторы, взрывные патроны, электровоспламенители, капсюли-воспламенители, пиропатроны и т.д.) и подсоединяют их к магистральной линии инициирования;

- засыпают компактный заряд грунтом;

-закрывают крышу защитного устройства ШПУ (КПШТ);

- инициируют компактный заряд.

В дальнейшем на дневной поверхности осуществляют разделку извлеченной конструкции в металлолом одним из выбранных известных методов, либо их комбинацией.

Преимуществами предлагаемого способа являются:

1) извлечение на дневную поверхность для дальнейшей утилизации практически всего металла конструкции (потери металла минимальные (в земле остается отрезанное УКЗ дно шахты);

2) существенное снижение на окружающую среду сейсмического и воздушного воздействия взрыва благодаря засыпке меньшего по массе компактного заряда ВВ грунтом;

3) значительное снижение объема опасных для здоровья людей и окружающей природы продуктов взрыва;

4) уменьшение радиуса опасной зоны (также по сравнению со способом известным и наиболее близким к заявленному) более чем в два раза.