Grundlagen der Unterwasser-Felssprengung
Sprengungen, bei denen die Sprengquelle in einem begrenzten Bereich eines Gewässers platziert wird und mit dem Wassermedium interagiert, werden zusammenfassend als Unterwasser-Gesteinssprengungen bezeichnet. Je nach Standort der Sprengquelle und den Bedingungen des Gewässers werden Unterwasser-Gesteinssprengungen in Tiefwassersprengungen, Flachwassersprengungen, Sprengungen nahe der Wasseroberfläche, Unterwasser-Freistrahlsprengungen, Unterwasser-Bohrsprengungen, Unterwasser-Kammersprengungen und Sprengungen in Wasserrückhaltebecken unterteilt.
Eigenschaften einer explosiven Explosion im Wasser
Wenn der Sprengstoff in Wasser explodiert, kann die Temperatur der durch die Explosion erzeugten Gasprodukte 3000 °C erreichen und der anfängliche Explosionsdruck liegt bei etwa 14 GPa. Die um die Sprengstoffpackung herum gekoppelte Wasserschnittstelle wird durch plötzliche und starke intermittierende Stoßwellen und Wasserdiffusionsbewegung stimuliert und breitet sich in Form sphärischer Stoßwellen mit einem Vielfachen der Schallgeschwindigkeit von Wasser (1500 m/s) in einem Bereich nach außen aus, der ein Vielfaches des Durchmessers des Sprengstoffs beträgt.
Anschließend dehnt sich das durch die Explosion erzeugte Hochdruckgas in Form von Blasen aus und verrichtet Arbeit. Dadurch diffundiert das Wasser schnell und träge. Die Druckfusion der Blasen führt dazu, dass sich Verdünnungswellen nach außen ausbreiten, wodurch der Überdruck der Stoßwellen an jedem Punkt des Unterwasser-Explosionsfeldes schnell abfällt und exponentiell abklingt. Sinkt der Blasendruck unter den hydrostatischen Druck, beginnt sich das Wasser um die Explosionsquelle in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen und komprimiert die Blasen, bis der hydrostatische Druckgleichgewichtspunkt erreicht ist. Nach Erreichen des Gleichgewichtspunkts werden die Blasen aufgrund der Trägheitsbewegung des Wassers überkomprimiert und dehnen sich erneut aus, um Arbeit am Wasser zu verrichten. Dieser Hin- und Herprozess erzeugt mehrfach pulsierende Drücke im Wasser, und der Großteil seiner Energie wird in Diffusionsverzögerungsströmung im Wasserkörper umgewandelt.
Tiefsee-Felssprengungen
Etwa die Hälfte der chemischen Energie des Sprengstoffs bei Tiefseesprengungen wird im Wasser in Stoßwellen umgewandelt, und ein weiteres Drittel oder mehr der Energie wird im Wasser in Form von Wärmeenergie verbraucht. Die durch den pulsierenden Druck der Blasen beanspruchte Energie ist relativ gering und beträgt höchstens etwa ein Drittel der Energie der Stoßwelle im Wasser. Daher ist die Stoßwelle im Wasser der Haupteinflussfaktor der Unterwasserexplosion.
Die Hauptfaktoren bei Tiefseesprengungen sind Druckwellen im Wasser, pulsierender Druck und die Wasserdiffusionsverzögerung. Um zu bestimmen, welcher Faktor bei der Zerstörung eine führende Rolle spielt, können wir nicht nur die Amplitude und Energie verschiedener Faktoren betrachten. Wir müssen auch die charakteristische Form, Größe, strukturdynamischen Eigenschaften und den Bewegungszustand des belasteten Objekts berücksichtigen.
Flachwasserstrahlen
Die Eigenschaften von Flachwassersprengungen hängen von der proportionalen Vergrabungstiefe des Sprengstoffpakets ab. Neben der Erzeugung von Unterwasserstoßwellen und pulsierendem Druck treten auch folgende Oberflächenphänomene auf:
(1) Durch das Strahlen in flachem Wasser werden Unterwasser-Stoßwellen erzeugt, die von der freien Wasseroberfläche reflektiert werden und eine schnell spritzende, hügelartige Wassersäule verursachen.
(2) Wenn Blasen an die Oberfläche steigen und in die Atmosphäre platzen, entsteht Wassersprühnebel.
(3) Explosionen in der Nähe des Gewässergrundes bilden Unterwasserkrater;
(4) Eine Reihe von Wellen, die durch die Explosion auf der Wasseroberfläche und den Fall der Wassersäule erzeugt werden, breiten sich in alle Richtungen aus, und nach der Kollision mit Hindernissen auf der Wasseroberfläche kommt es zu Wellendruck und Wellenaufstieg.
(5) Explosionen nahe der Wasseroberfläche führen dazu, dass die Wassersäule horizontal zerstreut wird, deutliche Krater auf der Wasseroberfläche entstehen und sich über dem Explosionszentrum zerstreute Wassersäulen bilden.
Sicherheit und Schutz bei Unterwasser-Felssprengungen
Vermeidung einer sympathischen Explosion und Explosionsabweisung: Um eine sympathische Explosion zu vermeiden, sollten folgende Punkte beachtet werden:
(1) Verwenden Sie Sprengstoffe mit geringer Empfindlichkeit oder verwenden Sie harte Schalen, um die Sprengstoffrollen zu verpacken.
(2) Der Abstand zwischen den Sprengstoffpaketen muss angemessen gestaltet sein, und es dürfen während der Konstruktion keine übermäßigen Fehler gemacht werden.
(3) Die Unterwasser-Sprenglöcher ordnungsgemäß verschließen.
Um eine Explosionsabweisung zu verhindern, sollten folgende Punkte beachtet werden:
(1) Verwenden Sie wasserfeste Sprengstoffe und Zünder oder stellen Sie eine zuverlässige wasserdichte Verpackung her. Für Sprengarbeiten in tiefen Gewässern sollten spezielle Sprenggeräte verwendet werden.
(2) Verhindern Sie, dass das Sprengnetz durch Wellen unterbrochen oder durch Baumaschinen beschädigt wird.
(3) Das elektrische Sprengnetz sollte möglichst keine Wasserverbindungen aufweisen. Die Isolierung des Netzes zum Boden ist zu prüfen. Die beiden Zünder im selben Sprengloch sollten jeweils auf unterschiedliche Netze verteilt sein.
Einzelne herumfliegende Trümmerteile von Unterwasser-Felssprengungen
Wenn die Wassertiefe weniger als 1,5 Meter beträgt, wird der Sicherheitsabstand gegen herumfliegende Trümmer entsprechend der Bodensprengung berechnet. Wenn die Wassertiefe mehr als 6 Meter beträgt, wird die Auswirkung einzelner herumfliegende Trümmer auf Personen am Boden oder über der Wasseroberfläche nicht berücksichtigt. Wenn die Wassertiefe zwischen 1,5 und 6 Metern liegt, können entsprechende Korrekturen in Bezug auf die Bodensprengungskonstruktion vorgenommen werden, und der Sicherheitsabstand gegen herumfliegende Trümmer wird durch die Konstruktion bestimmt.
Das O2-Steinsprengsystem von Yantai Gaea konnte nach der erfolgreichen Entwicklung einer wasserdichten Membran vollständig an Unterwassersprengbedingungen angepasst werden. Weitere Informationen finden Sie auf dieser Seite:
