Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов
Разработаны технологические режимы и установлены энергетические затраты, представлены схемы силового воздействия и данные о производительности электроразрядного разрушения прочных донных грунтов. Разработано и изготовлено оборудование и внедрен технологический процесс. Электроразрядное разрушение с...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національна Академія наук України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов / А.Р. Ризун, Ю.В. Голень, Т.Д. Денисюк, В.А. Поздеев // Наука та інновації. — 2007. — Т. 3, № 3. — С. 50-54. — Бібліогр.: 3 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859667665915740160 |
|---|---|
| author | Ризун, А.Р. Голень, Ю.В. Денисюк, Т.Д. Поздеев, В.А. |
| author_facet | Ризун, А.Р. Голень, Ю.В. Денисюк, Т.Д. Поздеев, В.А. |
| citation_txt | Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов / А.Р. Ризун, Ю.В. Голень, Т.Д. Денисюк, В.А. Поздеев // Наука та інновації. — 2007. — Т. 3, № 3. — С. 50-54. — Бібліогр.: 3 назв. — pос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Разработаны технологические режимы и установлены энергетические затраты, представлены схемы силового воздействия и данные о производительности электроразрядного разрушения
прочных донных грунтов. Разработано и изготовлено оборудование и внедрен технологический процесс. Электроразрядное разрушение соответствует всем требованиям техники безопасности и нормам
производительности в условиях реконструкции действующих морских и речных портов и других сооружений.
Розроблені технологічні режими і установлені енергетичні витрати, наведені схеми силової дії та дані про продуктивність електророзрядного руйнування міцних донних ґрунтів. Розроблено та виготовлено обладнання і впроваджено технологічний процес. Електророзрядне руйнування відповідає всім вимогам техніки безпеки і нормам продуктивності в умовах реконструкції діючих морських і річних портів та інших споруд.
Workflows are developed and energy consumption is established, circuits of power influence and efficiency destruction of solid ground by discharge are shown. The equipment is developed and made, the technological process is introduced. Destruction by the discharge satisfies the requirements of safety measures and productivity norms under conditions of reconstruction of operating sea and river ports and other constructions.
|
| first_indexed | 2025-11-30T11:40:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
Інноваційні проекти Національної академії наук України
50
1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
Разработка новых эффективных, экологичес�
ки безопасных методов и технологий для раз�
рушения плотных и прочных донных грун�
тов и скальных пород береговой зоны при ги�
дротехническом строительстве и реконструк�
ции морских и речных портов, терминалов,
жилых и береговых сооружений – чрезвычай�
но актуальная проблема. Существующие тра�
диционные методы (механический и взрыв�
ной) не удовлетворяют всем требованиям и
потребностям эксплуатации. Так, для меха�
нических способов характерны довольно
сложные операции постановок плавсредств
над участками, где необходимо выполнять
работы, ограничение рабочих глубин до 15 м,
а также низкая производительность (при глу�
бинах до 9 м для скальных пород прочностью
до 20 МПа – не более 3 м3/ч.). Для грунтов
более высокой прочности механические спо�
собы вообще не приемлемы. Подводный взрыв
при выполнении дноуглубительных работ –
способ более экономичный, однако он имеет
ограничение: например, нельзя проводить
взрывные работы близ гидротехнических и бе�
реговых сооружений, в местах прокладки ка�
белей, трубопроводов, при невозможности в
радиусе безопасности (до 200 м) прекращать
гидротехнические работы или проход судов.
Во время взрывов не только могут пострадать
береговые портовые и припортовые сооруже�
ния, причалы, проходящие судна, технический
флот строителей, но возможно и массовое ис�
требление рыбы. Кроме перечисленных не�
достатков для обеспечения подводных под�
рывных работ необходимо также выполнение
большого объема водолазных работ.
Как альтернатива взрывному способу
разрушения крепких пород предложен более
безопасный и эффективный метод – электро�
разрядный.
Наука та інновації.2007.Т 3.№ 3.С. 50–54.
© А. Р. Ризун, Ю. В. Голень,
Т. Д. Денисюк, В. А. Поздеев . 2007
А. Р. Ризун, Ю. В. Голень, Т. Д. Денисюк, В. А. Поздеев
Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, Николаев
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО РАЗРУШЕНИЯ
ДОННЫХ ГРУНТОВ
Аннотация: Разработаны технологические режимы и установлены энергетические затраты, представ�
лены схемы силового воздействия и данные о производительности электроразрядного разрушения
прочных донных грунтов. Разработано и изготовлено оборудование и внедрен технологический про�
цесс. Электроразрядное разрушение соответствует всем требованиям техники безопасности и нормам
производительности в условиях реконструкции действующих морских и речных портов и других со�
оружений.
Ключевые слова: разрушение электрическим разрядом, производительность, технологические режимы,
зоны разрушения.
51НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 3, 2007
Інноваційні проекти Національної академії наук України
2. ЦЕЛЬ ПРОЕКТА
Целью проекта является разработка и внед�
рение в производство высокоэффективного
технологического процесса электроразрядно�
го разрушения прочных донных грунтов при
проведении дноуглубительных работ, который
позволит существенно уменьшить затраты на
строительство и реконструкцию морских и
речных портов, разного рода гидротехничес�
ких и жилых сооружений береговой зоны.
3. РАЗРАБОТКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Сущность электроразрядного способа разру�
шения заключается в использовании воздей�
ствия ударной волны, образующейся при вы�
соковольтном разряде в жидкости [1].
Так же, как и при использовании взрыв�
чатых веществ (ВВ), в разрушаемом объекте
пробуриваются шпуры, в которые заливается
вода, и вместо ВВ устанавливают электрод�
ную систему. При подаче высокого напряже�
ния от установки, генерирующей импульс то�
ка на электродную систему, происходит раз�
ряд в разрядном промежутке. Этот процесс
сопровождается расширением канала разряда,
возрастанием давления, которое может до�
стичь 109 Па, и последующим формировани�
ем ударной волны.
Электроразрядный способ обладает рядом
преимуществ перед взрывом ВВ, а именно:
– возможностью регулирования энергии в
процессе проведения разрушений грунта;
– отсутствием бризантности, что исключает
разлет осколков;
– отсутствием выделения вредных веществ
в процессе разрушения;
– обеспечением заданного, направленного
откола.
Результаты исследований подтвердили,
что электроразрядный способ является эф�
фективным и безальтернативным методом
разрушения прочных грунтов и удовлетворя�
ет всем требованиям техники безопасности, а
также даёт возможность при запасаемой энер�
гии до 100 кДж на глубине залегания до 20 м
разрушать и рыхлить скальные грунты проч�
ностью до 30 МПа с производительностью до
3 м3/ч при незначительных энергетических
затратах. Подводные съёмки подтвердили бе�
зопасность проведения работ электроразряд�
ным способом с точки зрения сохранения
флоры и фауны.
Достижение производительности разру�
шения более прочных грунтов до 5–8 м3/ч
возможно при условии повышения более чем
в 3 раза запасаемой энергии электроразряда,
а также в случае разработки эффективных
схем силового нагружения, понижающих ин�
тегральную прочность грунтов до показателей,
приемлемых для механической разработки.
Исследованиями [2] установлено, что за
счет использования экзотермических компо�
зиций (ЭК), при соблюдении всех норм тех�
ники безопасности, можно увеличить в не�
сколько раз энергию, выделяемую в канале
разряда, а также уменьшить массогабаритные
показатели электротехнических систем.
При высоковольтном электроразрядном
шпуровом разрушении, высоковольтном эле�
ктроразрядном инициированном взрыве, шпу�
ровом взрыве ВВ образуются зоны деформа�
ции грунта в виде концентрических сфер,
размеры которых зависят от многих факто�
ров, главными из которых являются физико�
механические свойства грунтов и мощность
динамической нагрузки взрывов. В результате
электроразряда на границе шпура с грунтом
ударная волна сжимает грунт, напряжение
сжатия становится значительно выше проч�
ности грунта, вследствие чего грунт сжимает�
ся, образуя камуфлетную полость, радиус ко�
торой значительно превышает радиус шпура.
За камуфлетной зоной образуется зона тре�
щинообразования.
52
Інноваційні проекти Національної академії наук України
НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 3, 2007
В зависимости от мощности и длитель�
ности разрядов для описания напряженно�
деформированного состояния грунта в ближ�
ней зоне используются различные модели.
При мощном электроразряде (электровзрыве)
используется модель распространения удар�
ной волны. При менее мощном импульсном
воздействии используется модель цилиндри�
ческой упругой волны в бесконечном прост�
ранстве. Приближенную оценку связи вели�
чины зоны трещинообразования с энергией
разряда можно получить методом энергети�
ческого анализа. Пусть в результате действия
внутренних разрывных окружных усилий в
цилиндре образуется радиальная трещина.
Площадь трещин определим как
Sтр = Rтрhшп , (1)
где Sтр – площадь трещин, м2; Rтр – радиус
зоны распространения трещин, м; hшп – глу�
бина шпура (глубина рыхления), м.
Оценим необходимую энергию для такой
трещины. Максимальное окружное усилие
определим согласно закону Гука:
, (2)
где Fp – максимальное окружное усилие, кг/м2;
Eg – модуль упругости грунта, кг/м3; δ – ра�
диальная деформация цилиндра, м; Sтр – пло�
щадь трещин, м2; lтр – длина трещин
(lтр = Rтр), м.
Используя (1) из (2), получим:
Fp = Egδhшп . (3)
Среднее усилие определим как Fp/2. Тог�
да работа по образованию трещин (растяже�
нию грунта) будет:
, (4)
где Ар – работа по образованию трещин, Дж.
Деформацию δ найдем из выражения (3):
. (5)
Тогда работа по образованию трещин оп�
ределится выражением вида
. (6)
В свою очередь, величина усилий Fp про�
порциональна растягивающему напряжению
σр и площади трещин Sтр, т.е.
Fp = σр Sтр (7)
или
Fp = σр Rтр hшп . (8)
Тогда выражение для работы с учетом (8)
примет вид
. (9)
Согласно [3] для прочных донных грунтов
σр ~ от 10 до 20 МПа, значение Еg 500–
–1 000 МПа.
Следовательно, и (9) примет вид
Ар = σр hшп R2
тр ⋅ 10–3 . (10)
С другой стороны, работа разрушения в
виде образования трещины связана с энерги�
ей электровзрыва (WВ):
Ap = ηWB , (11)
где η – относительная величина полезного
использования энергии взрыва.
По оценкам [3] η составляет примерно
половину от общей энергии, η = 0,5;
WВ – энергия электровзрыва, кДж.
Приравнивая правые части выражений
(10) и (11), получим соотношение
. (12)
Если в результате взрыва образуется k
53НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 3, 2007
Інноваційні проекти Національної академії наук України
трещин, то
. (13)
Из (13) найдем радиус зоны рыхления с
учетом радиуса образования трещин:
. (14)
Обычно для прочных пород количество
трещин, перекрывающих зону трещинообра�
зования, k = 20 [3]. Тогда выражение (14)
примет вид
, (15)
где Вэ – коэффициент энергоучета электро�
взрыва, который для данных условий имеет
значение 25.
Величина η (при электровзрыве) учитыва�
ет потери тепла на нагрев конструкции элек�
тродной системы и нагрев самого вещества в
канале разряда.
Полученная зависимость (15) определяет
величину радиусов трещинообразования дон�
ного грунта, т.е. степень его разупрочнения
для дальнейшей механической разработки.
Для оценки зон разрушения донного
грунта учитывается предел прочности грунта
на сжатие и по аналогии с зависимостью (15)
радиус зон разрушения можно определить из
соотношения
, (16)
где Rp – радиус зоны разрушения, м; σсж –
предел прочности грунта на сжатие, МПа.
Поскольку электровзрыв характеризует�
ся как взрыв уменьшенного выброса, т.е. от�
ношение радиуса зоны разрушения меньше
глубины шпура (глубины разрушения), то
объем зоны разрушения можно в приближен�
ной форме оценить по формуле
V = π R2
phшп , (17)
где V – объем разрушения от каждого разря�
да, м3; hшп – глубина шпура (для электровз�
рывов уменьшенного выброса равен 0,6 м).
Используя расчетные формулы (15) и (17),
устанавливаем зоны разрушения и зоны тре�
щинообразования. Для сплошного рыхления
дна с последующей его механической разра�
боткой устанавливаются расстояния между
шпурами: шаг Lш = Rр + Rтр и интервал
Lи = 0,86 (Rр + Rтр). Схема размещения шпу�
ров основана на перекрывании зон трещино�
образования от разряда к разряду с целью
критического завершения образовавшихся в
грунте трещин.
Для определения общего объема затрат
времени на процесс рыхления грунта необхо�
димо учитывать все подготовительные работы.
Установлено, что время бурения шпура, техно�
логические операции укладки и снятия элек�
трода составляют 3/4 от общих затрат времени.
Количество циклов или разрядов в час с
учетом всех подготовительных работ зависит
от прочности грунта и составляет: для грунта
с прочностью 20 МПа – 10 циклов; 40 МПа –
4,5 цикла; 60 МПа – 4 цикла.
В процессе проведения работ по разруше�
нию донных грунтов установлено, что объем
рыхления от одновременной работы двух эле�
ктродов в 1,2 раза выше, чем при двух элект�
родах, работающих по очереди. Для достиже�
ния требуемой производительности разруше�
ния прочных грунтов 5–8 м3/ч энерговоору�
женность электротехнического комплекса
должна иметь величину в пределах 500 кДж.
Установлено, что более эффективное
рыхление производится при одновременной
работе двух электродов и использовании
двухканальной электродной системы. При
производстве дноуглубительных работ на
плавсредствах и на портовых гидротехничес�
ких сооружениях (причалах, молах, волноре�
зах) оборудование должно иметь корпус, за�
щищающий их от атмосферных осадков и
других загрязнений.
54
Інноваційні проекти Національної академії наук України
НАУКА ТА ІННОВАЦІЇ. № 3, 2007
4. ЭЛЕКТРОГИДРОИМПУЛЬСНАЯ
УСТАНОВКА
Для реализации технологического процесса
и технических требований разработана и из�
готовлена электрогидроимпульсная установ�
ка (ЭГУ) "Базальт�К", предназначенная для
разрушения прочных донных грунтов при
проведении дноуглубительных работ и стро�
ительстве гидротехнических сооружений, а
также при разрушении наземных негабари�
тов и строений.
Установка представляет собой мобильное
устройство, которое можно транспортиро�
вать на автомобиле от одного объекта к дру�
гому и размещать как на плавсредствах, так и
на портовых гидротехнических сооружениях
(причалах, молах, волнорезах и т.п.). Обору�
дование размещено в корпусе, защищающем
его от атмосферных осадков. Энергоемкость
установки составляет от 60 до 500 кДж.
Промышленные испытания оборудова�
ния проводились при выполнении дноуглу�
бительных работ на акватории бухты Камы�
шовая на глубинах до 14 м.
5. ВЫВОДЫ
Впервые на акватории действующего предприя�
тия (морского порта г. Севастополя) применен
новый технологический процесс – электрораз�
рядное рыхление донных грунтов как альтер�
натива взрывному способу ВВ, – обеспечиваю�
щий соблюдение норм техники безопасности
и имеющий производительность до 5 м3/ч при
разработке грунтов, прочностью свыше 20 МПа.
По технологическим показателям электро�
разрядный процесс может успешно использо�
ваться при реконструкции морских, речных пор�
тов и других гидротехнических сооружений.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вовченко А. И., Посохов А. А. Управляемые эле�
ктровзрывные процессы преобразования энергии в
конденсированных средах. – К.: Наук. думка, 1992.
– 168 с.
2. Вовк А. А., Черный Г. И., Кравец В. Г. Действие
взрыва в грунтах. – К.: Наук. думка, 1974. – 207 с.
3. Кушнарев Д. М., Беликов М. П. Взрывные работы
в гидромелиоративном и сельском строительстве.
– М.: Издательство литературы по строительству,
1972. – 223 с.
А. Р. Різун, Ю. В. Голень, Т. Д. Денисюк, В. А. Поздєєв. РОЗРОБКА І ВПРОВАДЖЕННЯ ТЕХD
НОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНОГО РУЙНУВАННЯ МІЦНИХ ДОННИХ
ҐРУНТІВ.
Анотація: Розроблені технологічні режими і установлені енергетичні витрати, наведені схеми силової
дії та дані про продуктивність електророзрядного руйнування міцних донних ґрунтів. Розроблено та
виготовлено обладнання і впроваджено технологічний процес. Електророзрядне руйнування відпові�
дає всім вимогам техніки безпеки і нормам продуктивності в умовах реконструкції діючих морських
і річних портів та інших споруд.
Ключові слова: електророзрядне руйнування, продуктивність, технологічні режими, зони руйнування.
A. R. Rizun, U. V. Holen, T. D. Denisuk, V. A. Pozdeev. DEVELOPMENT AND INTRODUCTION
OF WORKFLOW OF SOLID GROUND DESTRUCTION BY THE DISCHARGE.
Abstract: Workflows are developed and energy consumption is established, circuits of power influence and
efficiency destruction of solid ground by discharge are shown. The equipment is developed and made, the
technological process is introduced. Destruction by the discharge satisfies the requirements of safety meas�
ures and productivity norms under conditions of reconstruction of operating sea and river ports and other
constructions.
Keywords: destruction by the discharge, productivity, workflows, zones of destruction.
Надійшла до редакції 26.01.07
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-154 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T11:40:35Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Національна Академія наук України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ризун, А.Р. Голень, Ю.В. Денисюк, Т.Д. Поздеев, В.А. 2008-01-24T19:30:06Z 2008-01-24T19:30:06Z 2007 Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов / А.Р. Ризун, Ю.В. Голень, Т.Д. Денисюк, В.А. Поздеев // Наука та інновації. — 2007. — Т. 3, № 3. — С. 50-54. — Бібліогр.: 3 назв. — pос. DOI: doi.org/10.15407/scin3.03.050 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154 Разработаны технологические режимы и установлены энергетические затраты, представлены схемы силового воздействия и данные о производительности электроразрядного разрушения прочных донных грунтов. Разработано и изготовлено оборудование и внедрен технологический процесс. Электроразрядное разрушение соответствует всем требованиям техники безопасности и нормам производительности в условиях реконструкции действующих морских и речных портов и других сооружений. Розроблені технологічні режими і установлені енергетичні витрати, наведені схеми силової дії та дані про продуктивність електророзрядного руйнування міцних донних ґрунтів. Розроблено та виготовлено обладнання і впроваджено технологічний процес. Електророзрядне руйнування відповідає всім вимогам техніки безпеки і нормам продуктивності в умовах реконструкції діючих морських і річних портів та інших споруд. Workflows are developed and energy consumption is established, circuits of power influence and efficiency destruction of solid ground by discharge are shown. The equipment is developed and made, the technological process is introduced. Destruction by the discharge satisfies the requirements of safety measures and productivity norms under conditions of reconstruction of operating sea and river ports and other constructions. ru Національна Академія наук України Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов Розробка і впровадження технологічного процесу електророзрядного руйнування міцних донних ґрунтів Development and introduction of workflow of solid ground destruction by the discharge Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов Ризун, А.Р. Голень, Ю.В. Денисюк, Т.Д. Поздеев, В.А. Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| title | Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов |
| title_alt | Розробка і впровадження технологічного процесу електророзрядного руйнування міцних донних ґрунтів Development and introduction of workflow of solid ground destruction by the discharge |
| title_full | Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов |
| title_fullStr | Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов |
| title_full_unstemmed | Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов |
| title_short | Разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов |
| title_sort | разработка и внедрение технологического процесса электроразрадного разрушения донных грунтов |
| topic | Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| topic_facet | Науково-технічні інноваційні проекти Національної академії наук України |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154 |
| work_keys_str_mv | AT rizunar razrabotkaivnedrenietehnologičeskogoprocessaélektrorazradnogorazrušeniâdonnyhgruntov AT golenʹûv razrabotkaivnedrenietehnologičeskogoprocessaélektrorazradnogorazrušeniâdonnyhgruntov AT denisûktd razrabotkaivnedrenietehnologičeskogoprocessaélektrorazradnogorazrušeniâdonnyhgruntov AT pozdeevva razrabotkaivnedrenietehnologičeskogoprocessaélektrorazradnogorazrušeniâdonnyhgruntov AT rizunar rozrobkaívprovadžennâtehnologíčnogoprocesuelektrorozrâdnogoruinuvannâmícnihdonnihgruntív AT golenʹûv rozrobkaívprovadžennâtehnologíčnogoprocesuelektrorozrâdnogoruinuvannâmícnihdonnihgruntív AT denisûktd rozrobkaívprovadžennâtehnologíčnogoprocesuelektrorozrâdnogoruinuvannâmícnihdonnihgruntív AT pozdeevva rozrobkaívprovadžennâtehnologíčnogoprocesuelektrorozrâdnogoruinuvannâmícnihdonnihgruntív AT rizunar developmentandintroductionofworkflowofsolidgrounddestructionbythedischarge AT golenʹûv developmentandintroductionofworkflowofsolidgrounddestructionbythedischarge AT denisûktd developmentandintroductionofworkflowofsolidgrounddestructionbythedischarge AT pozdeevva developmentandintroductionofworkflowofsolidgrounddestructionbythedischarge |