Ανεπιθύμητα φαινόμενα ανατινάξεων

Εκτίμηση & μέτρα αντιμετώπισης

Μέρος 2ο – Θόρυβος & σκόνη 

Σε συνέχεια προηγούμενου σχετικού άρθρου για τα ανεπιθύμητα φαινόμενα των ανατινάξεων, θα αναφερθούμε στο θόρυβο & στη σκόνη.

Σε  κάθε ανατίναξη δημιουργείται ωστικό κύμα, κυρίως από την εκτόνωση της πίεσης των αερίων που προκύπτουν από την έκρηξη των υλικών.

Σύμφωνα με τους Wiss & Lineham (1978) η δημιουργία ωστικού κύματος οφείλεται σε :

• διαφυγή των αερίων της έκρηξης από το στόμιο του διατρήματος (venting) & δια μέσου της μάζας του θρυμματισμένου βράχου.

• διαφυγή αερίων από τις ασυνέχειες του πετρώματος που συναντούν τα διατρήματα.

• μετατόπιση του θραυσμένου πετρώματος κατά την ανατίναξη, όπου λόγω του μεγάλου όγκου συμπιέζει τον αέρα.

• πρόσκρουση μεταξύ των τεμαχίων του εξορυγμένου υλικού καθώς αυτά κινούνται αιωρούμενα.

• ελεύθερη έκρηξη υλικών στην επιφάνεια του εδάφους, όπως πχ όταν χρησιμοποιείται ακαριαία θρυαλλίδα για την έναυση των υπονόμων.  

Το ωστικό κύμα προκαλεί τοπική μεταβολή της πίεσης στον αέρα (υπερπίεση) η οποία και μεταδίδεται ακτινικά προς κάθε δυνατή διεύθυνση με ταχύτητα περίπου 340 m/sec. Έτσι παράγεται ένας ανεπιθύμητος κι ενοχλητικός ήχος (θόρυβος).

Επειδή η ανατίναξη διαρκεί πολύ μικρό χρονικό διάστημα (1 - 2 sec αναλόγως του πλήθους των διατρημάτων), πρακτικά θα γίνει αντιληπτή ως βροντή ή “μπουμπουνητό”, αυτό δηλαδή που συνήθως ακολουθεί μετά τις ηλεκτρικές εκκενώσεις (αστραπές & κεραυνούς) στην ατμόσφαιρα σε μια βροχερή ημέρα. 

Είναι αρκετά σύνηθες το φαινόμενο, ο θόρυβος που προκαλεί μια έκρηξη να συγχέεται με τη δόνηση. Με δεδομένο ότι τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν με μικρότερη ταχύτητα από τη δόνηση, θεωρείται από τους περιοίκους ότι η έκρηξη προκαλεί “διπλή δόνηση”. Η ψευδαίσθηση αυτή γίνεται ακόμη πιο έντονη από την επίδραση που έχει το ωστικό κύμα (μεταβολή στην πίεση του αέρα) στα παράθυρα των σπιτιών (κροτάλισμα).

Η υπερπίεση (sound pressure) ή ωστικό κύμα που δημιουργείται από την έκρηξη μιας ποσότητας εκρηκτικής ύλης, υπολογίζεται από την ακόλουθη σχέση (ISEE Blaster’s Handbook) :

όπου :

• P η προκαλούμενη πίεση στον ατμοσφαιρικό αέρα σε kpa (sound pressure)
• Q η ποσότητα της εκρηκτικής ύλης σε kg ανά χρόνο επιβράδυνσης
• R η απόσταση της θέσης μέτρησης από το σημείο της έκρηξης σε μέτρα
• Κ & β συντελεστές με τιμές αναλόγως των συνθηκών γόμωσης

Συνήθως όμως ως μονάδα μέτρησης της ηχητικής έντασης χρησιμοποιείται το decibel (dB), το οποίο προκύπτει από τη σύγκριση της υπερπίεσης με μια τιμή αναφοράς (P_O = 20 x 10^-9 kpa). Υπολογίζεται από τη σχέση dB = 20 x log (P/P_O).

Προφανώς η υπερπίεση (ωστικό κύμα) δεν πρέπει να ξεπερνά κάποιο όριο ώστε να μην υπάρχουν παράπονα αλλά και να μην προκαλούνται ζημιές.

Επί σειρά ετών θεωρούνταν ως ασφαλές όριο η τιμή των 140 dB. Η Υπηρεσία Μεταλλείων των ΗΠΑ (USBM) έπειτα από σχετική μελέτη του Siskind (1980) υιοθέτησε ως ανώτατη επιτρεπόμενη τιμή τα 134 dB, που πρακτικά αποτελεί το ήμισυ της προηγούμενης (λόγω λογαριθμικής κλίμακας) & ισοδυναμεί με το θόρυβο που προκαλεί άνεμος ταχύτητας 32 km/h (έντασης περίπου 5  στην κλίμακα Beaufort).

Η τιμή των 134 dB υιοθετήθηκε ως μέγιστη επιτρεπόμενη και από τον  Κανονισμό Μεταλλευτικών & Λατομικών Εργασιών (ΚΜΛΕ – Yπ. Aποφ. 2223 ΦEK 1227/14-06-2011) που εφαρμόζεται στη χώρα μας (άρθρο 88).

Εκτός από την ποσότητα των εκρηκτικών ανά χρόνο επιβράδυνσης, το ωστικό κύμα επηρεάζεται και από ατμοσφαιρικούς παράγοντες, όπως η διεύθυνση & η ταχύτητα του πνέοντος ανέμου, καθώς και τη θερμοκρασιακή αναστροφή (atmospheric inversion).

Σε κανονικές συνθήκες η θερμοκρασία του αέρα μειώνεται κατά περίπου 2 ^οC ανά 300 m ύψους. Το ίδιο συμβαίνει και με την ταχύτητα που μεταβάλλεται κατά περίπου 0,5 m/sec για κάθε αλλαγή της θερμοκρασίας κατά 1 ^οC. Η κανονική αυτή συνθήκη στρέφει τα ηχητικά κύματα προς τα πάνω μακριά από το έδαφος, με αποτέλεσμα να απορροφούνται από την ατμόσφαιρα.

Στην περίπτωση θερμοκρασιακής αναστροφής (σπάνιο φαινόμενο) η θερμοκρασία του αέρα αυξάνεται με το ύψος με αποτέλεσμα τα ηχητικά κύματα να επιστρέφουν προς το έδαφος. Έτσι αντί να έχουμε απόσβεση του θορύβου, παρατηρείται τοπικά ενίσχυση της έντασης του.  

Ο άνεμος μπορεί να επιδράσει επίσης με την ταχύτητα & τη διεύθυνση διάδοσης του. Όταν πνέει άνεμος προφανώς και θα γίνει εντονότερα αισθητός ο ήχος της έκρηξης προς την κατεύθυνση που φυσάει. Με την ένταση του δε θα συμβάλει και στην ενίσχυση της στάθμης του θορύβου στη συγκεκριμένη περιοχή.

Η ύπαρξη φυσικού αναχώματος ή άλλης μορφής προστατευτικού φραγμού μεταξύ της θέσης  ανατίναξης και του σημείου ενδιαφέροντος, μειώνει την επίδραση αυτή.

Ταυτόχρονα με τη πρόκληση θορύβου το ωστικό κύμα της ανατίναξης παρασύρει και τα μικροσκοπικά σωματίδια από το θρυμματισμένο πέτρωμα (σκόνη). Προφανώς όσο ισχυρότερο το ωστικό κύμα & η ένταση του πνέοντος ανέμου, τόσο μεγαλύτερη η διασπορά της σκόνης.

Το φαινόμενο αντιμετωπίζεται σχετικά εύκολα με διαβροχή των μετώπων εξόρυξης από ασφαλή απόσταση & πάντοτε πίσω από αυτά, για προστασία από τις εκτινάξεις θραυσμάτων πετρώματος. Εάν δε υπάρχει και δυνατότητα τηλεχειρισμού του “καταβρεχτήρα” ακόμα καλύτερα !

Οι παρεμβάσεις που μπορούν να γίνουν ώστε να μειωθεί η ένταση του ωστικού κύματος & δευτερευόντως η διασπορά σκόνης, είναι :

1. μείωση της ποσότητας εκρηκτικών Q ανά χρόνο επιβράδυνσης.
2. προσεκτική & επιμελημένη επιγόμωση (τάπα) σε μήκος τουλάχιστον 25 x d, όπου d η διάμετρος σε mm.
3. αποφυγή προσανατολισμού της διεύθυνσης έναυσης των υπονόμων προς εκείνη που θα προκληθεί όχληση (πχ προς κοντινές κατοικίες)
4. επιλογή κατάλληλων χρόνων επιβράδυνσης ώστε η βαθμιαία προχώρηση της ανατίναξης να γίνεται με ταχύτητα μικρότερη από αυτή της διάδοσης του ήχου στον αέρα.
5. αποφυγή χρήσης στην επιφάνεια του εδάφους μέσων έναυσης που προκαλούν ισχυρή έκρηξη, δηλαδή πρακτικά της ακαριαίας θρυαλλίδας.

Εάν τούτο δεν είναι εφικτό, θα πρέπει η θρυαλλίδα να καλύπτεται από στρώμα λεπτόκοκκης άμμου πάχους περίπου 10 cm. Έτσι θα περιοριστεί σημαντικά ο παραγόμενος θόρυβος, θα αυξηθεί όμως η ποσότητα της σκόνης.

Η ενδεδειγμένη λύση στο πρόβλημα είναι η χρήση “μη ηλεκτρικών καψυλλίων” (Nonel) ή/και ηλεκτρονικών καψυλλίων (electronic detonators) για την έναυση των εκρηκτικών.

Tόσο με τα “Nonel” όσο και με τα ηλεκτρονικά καψύλλια , η έκρηξη ξεκινάει από τον πυθμένα κάθε γομωμένου υπονόμου. Τα αέρια της έκρηξης παραμένουν εντός της θρυμματισμένης μάζας του πετρώματος για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα πριν διαχυθούν στην ατμόσφαιρα, συμβάλλοντας με την πίεση τους στη μετακίνηση του θρυμματισμένου βράχου από τη φυσική του θέση.

Έτσι επιτυγχάνεται καλύτερος θρυμματισμός, ενώ και ο παραγόμενος θόρυβος είναι περιορισμένος, αφού τα αέρια της έκρηξης διαχέονται στην ατμόσφαιρα με τη μικρότερη δυνατή πίεση. Το τελευταίο συνεισφέρει θετικά και στην αποτροπή διασποράς σκόνης.

Επιπρόσθετα λόγω των πολλαπλών χρόνων επιβράδυνσης, έχουμε τη δυνατότητα καλύτερου ελέγχου της ανατίναξης κι άρα ευκολότερη εφαρμογή του (4).

Με κατάλληλο σχεδιασμό, προσεκτική & επιμελημένη εργασία, αλλά και εφαρμογή όλων των κανονισμών όλα γίνονται.  

Λεωνίδας Καζάκος

Μηχανικός Μεταλλείων ΕΜΠ MSc

Τεχνικός σύμβουλος σε θέματα εφαρμογής εκρηκτικών υλών

Εκπόνηση μελετών ελεγχόμενων ανατινάξεων – μετρήσεις δονήσεων – επίβλεψη εργασιών

 

 

 Ανεπιθύμητα φαινόμενα ανατινάξεων

Εκτίμηση & μέτρα αντιμετώπισης

Μέρος 1ο – Εκτινάξεις

Στο προηγούμενο σχετικό άρθρο, αναφερθήκαμε γενικά στη  χρήση των εκρηκτικών στα τεχνικά έργα, κάνοντας γενική αναφορά στην τεχνική των ελεγχόμενων ανατινάξεων.

Στο άρθρο αυτό, καθώς και σε άλλα δύο που θα ακολουθήσουν, θα ασχοληθούμε διεξοδικότερα με τα ανεπιθύμητα φαινόμενα που πάντοτε προκαλούνται από τις ανατινάξεις, ώστε να γίνει κατανοητό γιατί εμφανίζονται, αλλά και πως αντιμετωπίζονται για να επιτύχουμε υψηλό βαθμό ασφάλειας. 

Ξεκινάμε λοιπόν με τις εκτινάξεις. 

Σε κάθε ανατίναξη έχουμε μετακίνηση του σπασμένου πετρώματος από τη φυσική του θέση (αναπέταση) λόγω της εκτόνωσης των αερίων που παράγονται κατά την έκρηξη.

Η μετακίνηση αυτή γίνεται πάντοτε εμπρός από το μέτωπο, εντός κυκλικού τομέα ακτίνας S που χαρακτηρίζεται ως “Ζώνη της ανατίναξης”. Πρακτικά πρόκειται για το ανάπτυγμα του σωρού του σπασμένου πετρώματος.

Όμως υπάρχει πάντοτε και η πιθανότητα της εκτίναξης τεμαχίων πετρώματος (flyrock) σε αποστάσεις μεγαλύτερες των αναμενόμενων. Το γεγονός αυτό εγκυμονεί τον κίνδυνο πρόκλησης σοβαρού ατυχήματος αλλά και υλικών ζημιών.

Γι’ αυτό πάντοτε αποκλείεται μια ευρύτερη περιοχή περιμετρικά του μετώπου εξόρυξης, σε ακτίνα R = SF x S, όπου SF o επιθυμητός συντελεστής ασφαλείας αναλόγως των συνθηκών (συνήθως SF = 1,5 με 2). 

Οι συνθήκες που ευνοούν την εκτόξευση τεμαχίων είναι :

·  Γεωλογικές (έντονα ρωγματωμένο πέτρωμα, σπηλαιώσεις κλπ). Η μειωμένη αντίσταση του πετρώματος κατά τη διάτρηση, υποδεικνύει τις “ύποπτες” περιοχές.  

·   Ανεπαρκές φορτίο από λάθος υπολογισμό ή/και λόγω παρέκκλισης των διατρημάτων.

·     Αστοχία της επιγόμωσης. 

·    Επιλογή του τρόπου έναυσης. Το πιο συνηθισμένο δίλλημα είναι “χρήση ακαριαίας θρυαλλίδας ή καψυλλίων Nonel” ;

Ο Roth (1979) μελετώντας το θέμα, υπολόγισε τη μέγιστη τροχιά που θα διαγράψει ένα εκτινασσόμενο τεμάχιο πετρώματος που ξεκινά από το μέτωπο της έκρηξης με βάση την κλασική μηχανική. Η αρχική ταχύτητα εκτόξευσης Vo εξαρτάται από το είδος του πετρώματος, τη γεωμετρία της ανατίναξης (διάμετρος διατρημάτων, φορτίο, κλίση κλπ), αλλά κυρίως από την ποσότητα των εκρηκτικών ανά μέτρο μήκους διατρήματος (kg/m) που χαρακτηρίζεται ως “γραμμική γόμωση”.

Στα διαγράμματα που ακολουθούν δίνεται η συσχέτιση της απόστασης διασποράς σε σχέση με τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά της ανατίναξης καθώς και τη γραμμική γόμωση.

Μεταγενέστερα (1997) οι ερευνητές Chiappetta & Treleaven πρότειναν το δείκτη Scaled depth of burial (SDoB) για τον έλεγχο του σωστού σχεδιασμού ελεγχόμενων ανατινάξεων, ώστε να αποφευχθούν τα ανεπιθύμητα φαινόμενα των εκτινάξεων. 

όπου : 

§     Τ το μήκος της επιγόμωσης σε m

§     d η διάμετρος του διατρήματος σε mm

§     p το ειδικό βάρος της εκρηκτικής ύλης κύριας γόμωσης σε  gr/cm³

§   m συντελεστής με τιμή 8 για διατρήματα διαμέτρου d < 100 mm & 10 για διατρήματα διαμέτρου d > 100 mm

H ερμηνεία των τιμών του δείκτη SDoB παρουσιάζεται στην πιο κάτω εικόνα :

Πρακτικά θέλουμε SDoB > 1,44 ώστε να έχουμε απολύτως ελεγχόμενες ανατινάξεις. Ο McKenzie βασιζόμενος στην ιδέα του SDoB πρότεινε την ακόλουθη σχέση για την εκτίμηση της απόστασης διασποράς τεμαχίων πετρώματος.

Συνοψίζοντας τα ανωτέρω προκύπτουν τα ακόλουθα συμπεράσματα :

-   η ζώνη εντός της οποίας αναμένεται διασπορά τεμαχίων πετρώματος (αναπέταση) την ώρα της ανατίναξης, είναι ο κυκλικός τομέας ακτίνας S.

-   το όριο της ασφαλούς περιοχής ορίζεται από νοητό κύκλο ακτίνας R = SF x S περιμετρικά του μετώπου.

Τούτο πρακτικά σημαίνει πως :

-     ο γομωτής πρέπει να απομακρυνθεί τουλάχιστον σε απόσταση S πίσω ή δεξιά ή αριστερά από το μέτωπο, όχι όμως μπροστά από αυτό αφού προς τα εκεί αναμένεται διασπορά τεμαχίων πετρώματος. Για μεγιστοποίηση της ασφάλειας προτείνεται να υπάρχει “μεταλλικό καταφύγιο.

-    κατά τη διενέργεια κάθε ανατίναξης θα πρέπει να αποκλείεται η πρόσβαση στην περιοχή γύρω από το μέτωπο σε ακτίνα τουλάχιστον R. Επίσης θα πρέπει να απομακρύνονται κι όλα τα μηχανήματα έργου τουλάχιστον στην ίδια απόσταση.

Επιπρόσθετα, όσοι παρακολουθούν την ανατίναξη από ασφαλή απόσταση (τουλάχιστον R) δεν θα πρέπει να βρίσκονται κάτω από ηλεκτροφόρα καλώδια.

Σε περίπτωση που σπάσει κάποιος μονωτήρας στήριξης λόγω ταλάντωσης στύλου ή/και καλωδίου, από εδαφική δόνηση  ή/και χτύπημα θραυσμάτων, (πολύ μικρή πιθανότητα να συμβεί) ένα ή περισσότερα καλώδια θα βρεθούν στο έδαφος, οπότε υπάρχει κίνδυνος τραυματισμού ή/και ηλεκτροπληξίας .

Σύμφωνα με τα αναφερόμενα στην οδηγία ‘‘Best Practices for Close Proximity Blasting Operations – 2^nd Edition’’ του International Society of Explosives Engineers (ISEE), θα πρέπει να υπάρχει κάλυψη των γομωμένων διατρημάτων υπό μορφή “κουβέρτας”, με διατάξεις ικανού βάρους (περίπου 1 ton κάθε μια) φτιαγμένες από παλαιά ελαστικά οχημάτων ή πλέγμα φτιαγμένο από συρματόσχοινα (blasting mats), όταν οι εργασίες γίνονται κοντά σε κτίρια ή/και άλλες κατασκευές.  

Η χρήση των “blasting mats” πρακτικά θα εκμηδενίσει την πιθανότητα εκτίναξης τεμαχίων πετρώματος κατά τη διενέργεια ελεγχόμενων ανατινάξεων κι άρα την πρόκληση οποιασδήποτε ζημιάς.

Με κατάλληλο σχεδιασμό, προσεκτική & επιμελημένη εργασία, αλλά και εφαρμογή όλων των κανονισμών όλα γίνονται.   

Λεωνίδας Καζάκος

Μηχανικός Μεταλλείων ΕΜΠ MSc

Τεχνικός σύμβουλος σε θέματα εφαρμογής εκρηκτικών υλών

Εκπόνηση μελετών ελεγχόμενων ανατινάξεων – μετρήσεις δονήσεων – επίβλεψη εργασιών

Δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Εργοληπτικό Βήμα, τεύχος 137 Οκτ-Νοε-Δεκ 2023

gobhma.gr - ΑΝΕΠΙΘΥΜΗΤΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΑΝΑΤΙΝΑΞΕΩΝ - ΜΕΡΟΣ 1ο - ΕΚΤΙΝΑΞΕΙΣ

ΕΡΓΟΛΗΠΤΙΚΟ ΒΗΜΑ ΤΕΥΧΟΣ Νο 137

Δημοσιεύτηκε 31.01.2024 στην ιστoσελίδα  

Oryktosploutos.net - Ανεπιθύμητα φαινόμενα ανατινάξεων - Eκτίναξη τεμαχίων πετρώματος