Strategie e metodi tecnici per il miglioramento delle operazioni di perforazione e brillamento sottomarino
Diverse misure teoriche e tecniche per migliorare le perforazioni e le esplosioni sottomarine
1 Introduzione
È noto che i progetti di perforazione e brillamento sottomarini sono più difficili da realizzare a causa della presenza di uno strato d'acqua sotto la superficie durante la costruzione, che rende impossibile osservare direttamente la tessitura superficiale della roccia, le crepe carsiche e altre condizioni strutturali, nonché gli effetti delle esplosioni. Le condizioni di flusso avverse di rapide, correnti trasversali e vortici nella zona d'acqua, nonché il limo e la ghiaia che ricoprono la superficie rocciosa, rendono più difficoltosi i progetti di scavo con perforazione e brillamento sottomarini.
L'esplosione di esplosivi è un fenomeno di reazione chimica ad alta velocità. La velocità di detonazione degli esplosivi civili generici può raggiungere i 3500~5000 m/s, accompagnata dalla generazione di forti sollecitazioni come onde d'urto aeree, onde d'urto idriche e onde sismiche. Queste sollecitazioni possono minacciare e danneggiare la sicurezza di persone, animali, navi ed edifici in prossimità del punto di esplosione, a cui è necessario prestare la dovuta attenzione.
Ci sono due caratteristiche principali degli esplosivi quando esplodono nel mezzo (roccia). La prima è che, quando gli esplosivi esplodono nella roccia del foro di perforazione, producono una forza esplosiva ad alta temperatura, alta pressione e alta velocità che viene espulsa in direzione della linea di minima resistenza del punto di esplosione. Questa caratteristica è la base teorica principale per il calcolo della quantità di esplosivo e dell'esplosione direzionale; la seconda è che, dopo l'esplosione degli esplosivi all'interno della roccia, producono cerchi di schiacciamento per compressione, cerchi di schiacciamento per lancio, cerchi di danneggiamento per allentamento e cerchi di vibrazione per fessurazione dall'interno verso l'esterno. Questa è la base teorica per il calcolo della quantità di esplosivo utilizzato nei fori di esplosione, della spaziatura tra i fori e della spaziatura tra le file.
2 Selezione corretta di diversi parametri relativi al calcolo della quantità di esplosivo nei fori di mina nei progetti di perforazione sottomarina e di brillamento della barriera corallina
A partire dagli anni '70, il mio Paese ha introdotto impianti di perforazione fondo foro provenienti dall'estero per la perforazione subacquea e il brillamento della barriera corallina. Poiché l'impattore (combinazione di martello e punta di perforazione) dell'impianto di perforazione fondo foro è sempre stato posizionato in superficie e all'interno della roccia, la perdita di energia d'impatto è molto ridotta e l'effetto di perforazione a impatto è molto elevato. Pertanto, la perforazione e il brillamento subacqueo sono diventati il metodo di costruzione più importante ed efficiente per i progetti di brillamento subacqueo della barriera corallina nei corsi d'acqua.
Nelle specifiche tecniche per l'ingegneria del trasporto su acqua, la formula di calcolo per la carica dei fori di mina è:
La carica della prima fila di fori di mina Q=0,9baH.
La carica della fila posteriore di fori di mina Q=q.baH.
Nella formula sopra:
Q----carica del foro di mina (kg);
a----spaziatura dei fori di mina (m);
b----spaziatura tra le file dei fori di mina (m);
H. ----Spessore dello strato di roccia di scavo progettato, compreso lo spessore del valore super-profondo calcolato (m);
q. ----Consumo di esplosivo dell'unità subacquea per la sabbiatura delle barriere coralline (kg/m3), che è un valore empirico, per la selezione fare riferimento alla Tabella 2.3.2 delle Specifiche tecniche per l'ingegneria del trasporto su acqua.
La formula di calcolo per la carica del foro di mina sopra menzionata è determinata principalmente dal prodotto della quantità di pietrisco frantumato dopo l'esplosione, includendo il calcolo del pietrisco frantumato a profondità elevata, il consumo esplosivo unitario del pietrisco e il coefficiente empirico. La formula di calcolo è semplice e chiara, ma per adattare la carica del foro di mina alla situazione reale ed evitare la presenza di pietrisco residuo e di creste di pietrisco nell'area di esplosione a causa della carica del foro di mina, l'eccessiva grossolanità del pietrisco dopo l'esplosione, che influisce sull'efficienza dello scavo e della rimozione delle scorie, o l'eccessiva frantumazione del pietrisco, che aumenta il costo del consumo di esplosivo, è necessario selezionare correttamente i seguenti parametri rilevanti.
2.1 Lunghezza del foro di mina L. Parametri
Nelle specifiche "", la quota del fondo dei fori di perforazione sottomarini deve essere la stessa della quota del fondo della stessa fila di fori e la lunghezza della carica deve essere compresa tra 2/3 e 4/5 della profondità del foro. Il valore più piccolo viene utilizzato per le rocce tenere e quello più grande per le rocce dure. La questione chiave in questo caso è se la carica calcolata del foro di perforazione soddisfi il requisito del parametro che prevede che la lunghezza della carica sia compresa tra 2/3 e 4/5 della profondità del foro di perforazione. Nella pratica costruttiva del brillamento sottomarino di barriere coralline, la lunghezza della carica del foro di perforazione è spesso superiore al requisito di 2/3 e 4/5 della profondità del foro di perforazione perché il diametro del foro di perforazione è troppo piccolo o il rapporto tra il diametro dell'esplosivo caricato in linea e il diametro del foro di perforazione è inferiore a 0,80. Ciò significa che, dopo che il foro di perforazione è stato caricato, non vi è spazio sufficiente per la lunghezza di riempimento e anche la profondità del foro di perforazione non è sufficiente per contenere la carica calcolata. Quando la lunghezza della carica del foro di mina è eccessiva, spesso si formano residui di pietrisco e creste di pietrisco nell'area di sabbiatura, con conseguente sabbiatura incompleta. Per modificare e superare i problemi sopra descritti, le misure principali consistono nell'aumentare opportunamente il diametro del foro di mina o nel migliorare la qualità dell'imballaggio del rotolo di carica del foro di mina, ridurre opportunamente lo spessore del bambù legato all'esterno del rotolo o utilizzare tubi di plastica rigida come imballaggio del rotolo per aumentare efficacemente il diametro del pacco di carica e utilizzare un diametro del pacco di carica ≥ 0,8 rispetto al diametro del foro di mina.
2.2 Parametri della profondità di perforazione del foro di mina h
La profondità di sovrascavo del foro di mina si riferisce al valore di profondità di sovrascavo al di sotto dello spessore della roccia scavata progettata, incluso il valore di sovrascavo calcolato (0,2 m per le perforazioni a terra e 0,4 m per le perforazioni subacquee). Viene determinata formando la dimensione di progetto dell'imbuto di brillamento in base al coefficiente empirico del diametro del foro di mina, della spaziatura, della spaziatura tra le file e della carica del foro di mina. Il valore di profondità di sovrascavo h della specifica "" è selezionato come parametro di 1,0~1,5 m. Questo parametro ha sia basi teoriche che fattori empirici, ma nella pratica costruttiva, quando si verifica la lunghezza della carica del foro di mina L, l'effetto di brillamento è generalmente scarso. Per risolvere questa contraddizione, si è tentato di aumentare la profondità di sovrascavo a 2,0~2,2 m, o persino a 3~4 m, in modo che la carica del foro di mina aumenti ciecamente la profondità di sovrascavo. L'esperienza ha dimostrato che non solo la roccia del fondale è troppo frantumata, ma anche i blocchi di roccia in superficie sono troppo grandi, rendendo difficili gli scavi e la rimozione delle scorie e richiedendo spesso anche una brillamento secondario, il che comporta un aumento significativo del consumo di esplosivo dell'unità e dei costi di progettazione della brillamento della barriera corallina sottomarina.
2.3 Regolazione del consumo di esplosivo dell'unità e di parametri quali la spaziatura dei fori di mina e la spaziatura delle file per la sabbiatura subacquea della barriera corallina
A causa della complessità di fattori geologici e topografici, come durezza, stratificazione, tessitura, crepe nella roccia fusa, profondità dell'acqua, ecc., delle rocce sottomarine, la misura più affidabile e fondamentale per ottenere elevati benefici nei progetti di brillamento sottomarino è: prima di avviare lavori di brillamento e scavo su larga scala o nelle fasi iniziali della costruzione, eseguire prove di perforazione e brillamento, scavo e rimozione delle scorie su una piccola area (100-600 metri quadrati) di strati di pietra per verificare tempestivamente l'effetto effettivo dopo il brillamento. In presenza di condizioni sfavorevoli, come eccessiva grossolanità delle scorie di pietra dopo il brillamento, scarsa efficienza di scavo e rimozione delle scorie con macchine, brillamento incompleto di lastre e creste di pietra residue, eccessiva frantumazione delle scorie di pietra dopo il brillamento e eccessivo consumo di esplosivo unitario, la spaziatura, la spaziatura delle file, la profondità di perforazione e il consumo di esplosivo unitario dei fori di brillamento devono essere opportunamente regolati in base alla situazione reale fino al raggiungimento di buoni benefici post-brigliamento.
3 Diverse misure tecniche per migliorare l'effetto reale della sabbiatura subacquea della barriera corallina
3.1 Posizionamento della perforazione
Nel canale progettato per la perforazione subacquea della barriera corallina, la precisa disposizione di ciascun foro di perforazione è una misura fondamentale per evitare perforazioni mancate o ripetute. L'esperienza insegna che è consigliabile utilizzare una mappa topografica del canale in scala 1/100~1/300 e una stazione totale per localizzare e predisporre la perforazione. Non è opportuno utilizzare una livella o un metro a nastro per misurare la distanza da individuare e predisporre, in modo da garantire che la posizione del foro di perforazione sia ≤0,2 m dalla posizione di progetto. Se la posizione effettiva del foro di perforazione si trova in cattive condizioni geologiche, come un canale carsico, e la perforazione è impossibile, la perforazione deve essere eseguita in un punto appropriato vicino al sito di perforazione previsto.
3.2 Misure per ridurre al minimo il numero di volte in cui si effettuano le esplosioni
Nei progetti di perforazione e brillamento su larga scala, le crepe nella roccia di confine dopo ogni perforazione e brillamento influiranno in varia misura sull'efficienza di perforazione successiva e sull'efficienza di rimozione delle scorie. Ad esempio, nella perforazione e brillamento di due pilastri di fondazione di diverse decine di metri quadrati ciascuno in un determinato bacino di carenaggio, l'efficienza di perforazione e scavo è stata estremamente bassa a causa di misure improprie di perforazione di 1-2 fori ogni volta per la brillamento multistrato in un'area ridotta, e i tempi e i costi di costruzione sono stati più di due volte superiori a quelli previsti. Pertanto, l'aumento delle misure di carico e brillamento del cablaggio e la riduzione al minimo del numero di brillamenti su larga scala sono misure efficaci per migliorare l'efficienza del lavoro.
3.3 Misure per migliorare il tasso di precisione delle esplosioni su larga scala
3.3.1 Per impedire il verificarsi di esplosioni cieche di pacchi di fori di mina a causa di problemi con la detonazione quantitativa dei detonatori e dei collegamenti delle linee, oltre a controllare rigorosamente la detonazione quantitativa dei detonatori e delle linee di trasmissione di potenza prima dell'esplosione, la pratica ha dimostrato che l'intervallo tra i pacchi di carica di ciascun foro di mina è caricato con almeno due micce detonanti detonanti, che è una delle misure efficaci per migliorare il tasso di precisione delle esplosioni sottomarine sulla barriera corallina.
3.3.2 Prima di ogni brillamento di un'area estesa e di più fori di trivellazione, è necessario progettare la rete di brillamento. Nella progettazione della rete, è necessario considerare i materiali dei detonatori e dei fili di detonazione del foro di trivellazione, il metodo di collegamento delle linee e l'impermeabilità del pacco esplosivo. È necessario eseguire un test di simulazione di brillamento per ottimizzare tempestivamente la progettazione della rete. Attualmente, quando si fa detonare una rete di più fori di trivellazione, più cordoni detonanti in plastica vengono generalmente collegati in parallelo e quindi raggruppati con detonatori elettrici da 8 pezzi o a percussione per la detonazione. Poiché più cordoni detonanti in plastica sono collegati in parallelo, è difficile garantire l'affidabilità della detonazione con detonatori elettrici che detonino tutti con precisione; per migliorare il tasso di precisione, è possibile aumentare il numero di detonatori elettrici o aggiungere piccoli pacchi esplosivi per la detonazione. Inoltre, la rete di brillamento più importante utilizza direttamente micce detonanti e altre misure come il collegamento in parallelo o in serie con più gruppi di fori di trivellazione per la detonazione a percussione.
3.3.3 Sulla superficie dell'acqua dell'area di brillamento con schemi di flusso complessi, posizionare la linea della rete di brillamento sulla superficie dell'acqua di diverse boe per facilitare il collegamento e l'ispezione della rete e impedire che la corrente rapida causi la disconnessione del filo e il rifiuto di esplodere.
3.4 Misure per l'utilizzo della tecnologia di microsabbiatura differenziale
La tecnologia di brillamento a microdifferenza con ritardo di millisecondi per il caricamento del foro di mina non solo riduce il più possibile la quantità di esplosivo nella sezione più grande (pallini) per ridurre efficacemente la minaccia delle onde sismiche e degli shock d'acqua per la sicurezza degli edifici e delle navi vicine, ma inoltre, quando il brillamento a ritardo di microdifferenza viene eseguito in ogni ampia area con più fori, le onde sismiche generate dal brillamento di ogni foro di mina vengono sfalsate per ridurre la sovrapposizione dello stress sismico, il che favorisce la frantumazione della roccia e migliora l'efficienza della rimozione meccanica delle scorie.
4 Conclusion
Il brillamento sottomarino della barriera corallina è un progetto speciale di trasporto via acqua che richiede un'ingegneria di grande portata. Durante la costruzione, l'applicazione rigorosa e accurata delle specifiche tecniche per l'ingegneria del trasporto via acqua è un'importante garanzia per ottenere un'ingegneria di progetto efficiente e di alta qualità. L'applicazione specifica dei vari parametri di calcolo e delle misure tecniche indicate nelle specifiche, i test su piccola scala prima della costruzione o, in fase di costruzione, il continuo riassunto e adeguamento in base alle diverse condizioni, come la geologia ingegneristica e le caratteristiche delle acque in ciascun sito, consentono di ottenere parametri e misure tecniche di grande valore.
