В России, как и во всем мире, нарастает озабоченность в связи с возрастающим количеством чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера, увеличением их масштабов, ростом потерь и ущерба от них. Складывающаяся обстановка требует принятия мер по совершенствованию управления безопасностью и развитию новых решений насущных задач. Ограниченные сроки аварийно-спасательных работ определяют необходимость широкого использования энергии взрыва, которая способна быстро выполнить большой объем данных работ, что создает условия для сокращения их общих сроков и стоимости.Эффективность выполнения аварийно-спасательных и других неотложных работ связана с наличием в структуре МЧС России надежной системы применения взрыва в ЧС в комплексе с технологиями и безопасностью. При выборе рациональных и эффективных параметров и технологии производства взрывных работ требуется прогноз воздействия ударных и сейсмических волн взрыва, дальность разлета фрагментов взорванных конструкций, разработка способов по снижению вредных эффектов взрыва.Для выполнения взрывных работ в промышленном комплексе страны имеется довольно широкая линейка взрывчатых веществ (ВВ) и зарядов, проработаны технологии их применения с учетом требований взрывобезопасности. Но российская наука не стоит на месте, и в развитии взрывных технологий появились новые ВВ, средства инициирования и новые технологии, воплощенные в новые заряды. Такому инновационному методу – ударно-волновой резке взрывом – посвящена эта работа. Ее инструментом является заряд ударно-волновой резки (ЗУВР), который в разы превосходит качества зарядов, имеющиеся в промышленности, а в отдельных случаях – не имеет равных.1. Теоретические основы технологии ударно-волновой резкиВ настоящее время основным средством резки материалов и пород взрывом являются кумулятивные заряды (КЗ). При резке большой толщины значительно увеличивается масса КЗ, что требует применения специальных дорогостоящих мер защиты окружающей среды и объектов от действия взрыва. Более эффективно использование технологии ударно-волновой резки.1.1. Конструкция ударно-волнового заряда (УВЗ)В отличие от кумулятивной, ударно-волновая резка основана на использовании экстремальных (Маховских) режимов интерференции ударных волн, образованных при синхронной детонации параллельных зарядов на поверхности преграды [1–3].В результате теоретических и экспериментальных исследований в Балтийском государственном техническом университете «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова (БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова) с участием специалистов Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России разработана конструкция УВЗ [3–6], которая представлена на рис. 1.1.2. Математическая модель УВЗДля совершенствования технологии ударно-волновой резки проведены теоретические исследования разрушения преград имплозивными (симметрично сходящимися) ударными волнами. Разработаны физические и математические модели, описываемые системами уравнений (1), (2).Основные уравнения движения сплошной среды:Разрушение происходит в результате разгрузки материала за фронтом волны Маха и позволяет эффективно резать преграды толщиной до 1 500 мм и более. 2. Практический опыт применения ЗУВРБГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова разработан технический проект, и совместно со «Специальным конструкторско-технологическим бюро «Технолог» (ФГУП СКТБ «Технолог») на защитных сооружениях Санкт-Петербурга выполнено с помощью ЗУВР обрушение транспортного моста весом » 2 000 т. Результаты до и после показаны на рис. 2. Демонстрационные испытания ЗУВР для Вооруженных сил Российской Федерации (ВС РФ) выполнялись на 18 испытательном полигоне инженерных войск (ИВ) (пос. Елизаветинка) по программе и методике, утвержденных командованием ИВ ВС РФ. В ходе работ были проведены сравнительные подрывы ЗУВР и инженерных кумулятивных зарядов (рис. 3, 4). Преграды соответствовали предельным характеристикам по пробивной способности кумулятивных зарядов. В результате работ получены сравнительные показатели (табл. 1, 2). Сравнительные показатели для кумулятивных зарядов и ЗУВР ЗарядыКЗУ-2УМКЗСЗ-1ЭЗУВРУдельный расход, г/cм2118,268,47,72,9Уменьшение массы ЗУВРв 40,8 разв 23,6 раз3,7 раз– Рис. 4. Перебитие бетонного блока толщиной 520 мм с помощью ЗУВР Таблица 2 Сравнительные показатели для кумулятивного заряда и ЗУВР ЗарядыЛКЗ-80КЗУЗУВРУдельный расход, г/cм21,24,60,1Уменьшение массы ЗУВРв 12 разв 46 раз– На острове Новая Земля инженерной службой 6 армии Военно-воздушных сил и противовоздушной обороны по методике БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова выполнено взрывное обрушение аварийной стрелы подъемного крана высотой 80 м (рис. 5), при этом официально установлен рекорд России № 00828. Применение ЗУВР позволило снять риски ЧС в порту «Новая Земля» от воздействия ударных волн и осколочного воздействия на работу коммуникаций и боеготовность порта в целом. Примерами выполнения экспериментальных работ с применением имплозивных ударных волн взрыва приведены на рис. 6–8. Технология позволяет вести взрывные работы в стесненных условиях и пожароопасных объектах. Снижение массы заряда на метр реза конструкций и отсутствие запреградного действия повышает безопасность взрывных работ.В ходе испытаний зарядом ЗУВР под водой было вырезано отверстие в стальной трубе. Длина реза составила 2 400 мм. Расход ВВ составил 600 г. На рис. 9 представлен образец, полученный после применения ЗУВР под водой, толщина стенки трубы – 10 мм.3. Сравнение с аналогами промышленных образцовВ промышленности имеются линейка шнуровых кумулятивных зарядов (табл. 3) [9] от производителей ФГУП «ГосНИИ «Кристал» (г. Дзержинск) и ФГУП «СКТБ «Технолог» (Санкт-Петербург).Заряды представляют собой эластичные шнуры с продольной параболической кумулятивной выемкой, облицованной металлопластиком. Металлопласт применяется для облицовки вещества на полимерной основе, содержащее значительное (до 85 %) порошкообразного железа, а также и ВВ, обладающее свойством эластичности, представлен на рис. 10 а, на рис. 10 б показан вариант дополнительного приспособления для инициирования заряда.Таблица 3Основные характеристики промышленных зарядов для резки конструкций Тип зарядаМасса ВВ, кгРазмеры, ммЭффективность действиядлинавысоташиринастальалюминийж/бАлмаз-415 г/м5 500452 мм4 ммпо дереву – 20 ммАлмаз-845 г/м3 000895 ммпо дереву – 50 ммШКЗ-165±15 г/м1–30 мÆ9±1,5ВВ – Г48 ШКЗ-2130±20 г/м1–30 мÆ13±1,5– « –714 ШКЗ-3240±25 г/м1–30 мÆ17±1,5– « –1122 ШКЗ-4340±30 г/м1–30 мÆ21±2,0– « –1530 ШКЗ-5520±35 г/м1–30 мÆ26±2,0– « –1928 ШКЗ-6730±40 г/м1–30 мÆ32±2,5– « –2550  Основными технические недостатками способа резки шнуровыми зарядами:– способ не позволяет осуществить резку крупногабаритных толстостенных конструкций с толщиной стенки 30–100 мм и более;– способ и заряд не позволяет осуществить резку с высоким качеством поверхности реза для последующего монтажа и сварки;– способ и заряд не позволяет осуществить резку под водой;– установка зарядов на конструкцию требует дополнительных приспособленийдля выдерживания фокусных расстояний, обеспечивающих устойчивое формирование струйных течений в теле преграды и, чем больше калибр применяемого заряда, тем сложней решается задача;– требуется дополнительное устройство для гарантированного инициирования. Заряды производятся из эластичного ВВ на основе гексогена, но конструктивные характеристики и состав ВВ более сбалансирован в зарядах «Алмаз» производителя ФГУП «СКТБ «Технолог», где в качестве ВВ применен «Эластит 15». В сравнении «Алмаз-8»и ШКЗ-1 при равных габаритах работоспособность «Алмаз-8» выше на 20–25 % при одновременном снижении массы ВВ 25–30 %. В зарядах ЗУВР и применено ВВ «Эластит 15» ТУ 7276‑418-05121441-201.Основные проблемы шнуровых зарядов решены в способе с применением имплозивных ударных волн взрыва, где в качестве инструмента используется ЗУВР.Производство ЗУВР освоено ФГУП «СКТБ «Технолог» (Санкт-Петербург) [7, 8]. Заряды выпускаются в двух типоразмерах согласно ТУ 20.51.12-001-02066374‑2020. Заряды рассчитаны на разрушение 10 мм и 30 мм конструкционной стали, проходят этап контрольныхи приемочных испытаний для разрешения на постоянное применение в соответствии со ст. 3 Технического регламента Таможенного союза 028/2012 и ст. 6 Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности от 3 декабря 2020 г. № 494 [9, 10].Удлиненный заряд ВВ ЗУВР (рис. 11) выполнен в форме монолитного желоба, полость которого симметрична оси и заполнена инертной вставкой, со стороны, противоположной стороне с полостью, выполнены скругления краевых частей и канавка с возможностью размещения детонирующего шнура, канавка выполнена с закраинами с возможностью фиксации в канавке детонирующего шнура, при этом кратчайшее расстояние между противоположными краями закраин меньше диаметра детонирующего шнура (ДШ). При этом инертная вставка выполнена с магнитным материалом (виниловый магнит), что позволяет ЗУВР крепить к ферримагнитной преграде без лишних приспособлений. Наличие канавки обеспечивает удобную установку детонатора и надежное инициирование заряда, а в фигурных зарядах повышает надежность передачи детонации с применением ДШ. ДШ, специально изготовленный из высокоскоростного ВВ, также поставляется в комплекте. В сумме используемые технические решения обеспечивают высокую технологичность ведения взрывных работ, надежность и качество.Из представленных испытаний наглядно видны преимущества резки (разрушений) преград, материалов с применением ЗУВР: значительно снижен расход ВВ, снижено воздействие ударных волн, практически отсутствует запреградное действие взрыва, значительно улучшена технология применения по сравнению с шнуровыми зарядами и расширена область применения, все это положительно скажется на спасательных работах при ЧС.Но самое большое достоинство способа – возможность выполнения взрывных работ под водой, на глубинах до 6 000 м, аналогов для работы под водой нет.Заключение В качестве выводов можно отметить, что резка с помощью ЗУВР по сравнению с резкой другими видами зарядов обладает рядом преимуществ, которые могут быть использованы в интересах решения задач при ЧС:– имеет расход ВВ в 2 ... 6 раз ниже при разрушении стальных конструкций большой толщины (до 200 мм и более);– не изменяет структуру и состав металла в области разрушения;– исключает образование высокоскоростных осколков и обладает минимальным запреградным воздействием ударных волн при оптимальной (минимально-возможной) величине заряда;– допускает работу с преградами, имеющими сложный рельеф поверхности (шар, конус, цилиндр и их производные) с минимальным радиусом кривизны благодаря небольшому сечению и выбору эластичного материала заряда ВВ;– допускает работу под водой, в том числе на глубинах до 6 000 м;– допускает работу как с готовыми (заводскими) ЗУВР, так и изготовление зарядов необходимого размера и формы из штатных пластичных ВВ на месте производства работ,без применения специального оборудования;– ударно-волновая резка пород с использованием билинейных зарядов, реализующих резку волнами Маха, позволит существенно снизить расход взрывчатых материалов и время проведения работ;– технологичность и простота применения, не требует дополнительного оборудования, что обеспечивает высокий темп выполнения задач.