استراتژی‌ها و روش‌های فنی بهبود عملیات حفاری و انفجار زیر آب
چندین اقدام نظری و فنی برای بهبود حفاری و انفجار زیر آب
۱ مقدمه
کاملاً مشخص است که پروژه‌های حفاری و انفجار زیر آب به دلیل وجود یک لایه آب در زیر سطح آب در حین ساخت و ساز، دشوارتر هستند که مشاهده مستقیم بافت سطح سنگ، ترک‌های کارستی و سایر شرایط ساختاری و اثرات انفجار را غیرممکن می‌سازد. وضعیت نامطلوب جریان‌های تند، جریان‌های متقاطع و گرداب‌ها در منطقه آب و همچنین گل و لای و شن که سطح سنگ را پوشانده است، پروژه حفاری و انفجار زیر آب را دشوارتر می‌کند.
انفجار مواد منفجره یک پدیده واکنش شیمیایی با سرعت بالا است. سرعت انفجار مواد منفجره غیرنظامی عمومی می‌تواند به 3500 تا 5000 متر بر ثانیه برسد که با ایجاد تنش‌های عمده‌ای مانند امواج شوک هوا، امواج شوک آب و امواج لرزه‌ای همراه است. این تنش‌ها ممکن است ایمنی افراد، حیوانات، کشتی‌ها و ساختمان‌های نزدیک نقطه انفجار را تهدید و به آنها آسیب برساند که باید به آنها توجه کافی شود.
دو ویژگی اصلی برای مواد منفجره هنگام انفجار در محیط (سنگ) وجود دارد. اولین ویژگی این است که وقتی مواد منفجره در سنگ محل گمانه منفجر می‌شوند، دمای بالا، فشار بالا و نیروی انفجاری با سرعت بالا تولید می‌کنند که در جهت حداقل خط مقاومت نقطه انفجار خارج می‌شود. این ویژگی، مبنای نظری اصلی برای محاسبه میزان مواد منفجره و انفجار جهت‌دار است. دوم اینکه پس از انفجار مواد منفجره در داخل سنگ، دایره‌های خردایش فشاری، دایره‌های خردایش پرتابی، دایره‌های آسیب شل‌کننده و دایره‌های ارتعاشی ترک‌خوردگی از داخل به خارج ایجاد می‌کنند. این مبنای نظری برای محاسبه میزان مواد منفجره مورد استفاده در چالهای انفجاری، فاصله چالهای انفجاری و فاصله ردیف‌ها است.
۲ انتخاب صحیح چندین پارامتر مربوط به محاسبه میزان مواد منفجره در چالهای انفجاری در پروژه‌های حفاری زیر آب و انفجار صخره‌ها
از دهه ۱۹۷۰، کشور من دکل‌های حفاری درون چاهی را از خارج از کشور برای حفاری زیر آب و انفجار صخره‌ها معرفی کرده است. از آنجایی که ضربه زننده (ترکیب چکش ضربه‌ای و مته) دکل حفاری درون چاهی همیشه روی سطح و داخل سنگ قرار می‌گیرد، اتلاف انرژی ضربه بسیار کم و اثر حفاری ضربه‌ای بسیار زیاد است. بنابراین، حفاری و انفجار زیر آب به مهمترین و کارآمدترین روش ساخت و ساز برای پروژه‌های انفجار صخره‌های زیر آب در آبراه‌ها تبدیل شده است.
در مشخصات فنی مهندسی حمل و نقل آب، فرمول محاسبه بار چاه‌های انفجاری به شرح زیر است:
بار الکتریکی ردیف اول چالهای انفجاری Q=0.9baH است.
خرج ردیف عقب چالهای انفجاری Q=q.با.
در فرمول بالا:
Q---- خرج چال (کیلوگرم)؛
الف----فاصله چالهای انفجاری (متر)؛
ب ---- فاصله ردیف‌های چال انفجاری (متر)؛
ح. ---- ضخامت لایه سنگ حفاری طراحی شده، شامل ضخامت مقدار فوق عمیق محاسبه شده (متر)؛
س. ---- مصرف مواد منفجره واحد انفجار صخره‌های زیر آب (کیلوگرم بر متر مکعب)، که یک مقدار تجربی است، لطفاً برای انتخاب به جدول 2.3.2 مشخصات فنی مهندسی حمل و نقل آبی مراجعه کنید.
فرمول محاسبه بار چال انفجاری ذکر شده در بالا عمدتاً توسط حاصلضرب مقدار سنگ خرد شده پس از انفجار، شامل محاسبه سنگ خرد شده فوق عمیق، مصرف واحد مواد منفجره سنگ و ضریب تجربی تعیین می‌شود. فرمول محاسبه ساده و واضح است، اما برای اینکه بار چال انفجاری با وضعیت واقعی مطابقت داشته باشد و از سنگ و برآمدگی سنگ باقی مانده در منطقه انفجار به دلیل بار چال انفجاری، درشتی بیش از حد سنگ پس از انفجار که بر راندمان حفاری و حذف سرباره تأثیر می‌گذارد، یا خرد شدن بیش از حد سنگ که هزینه مصرف مواد منفجره را افزایش می‌دهد، جلوگیری شود، پارامترهای مربوطه زیر باید به درستی انتخاب شوند.
۲.۱ طول چال حفاری L. پارامترها
در مشخصات دددد، ارتفاع کف گمانه‌های زیر آب باید با ارتفاع کف همان ردیف از گمانه‌ها یکسان باشد و طول خرج باید 2/3 تا 4/5 عمق گمانه باشد. مقدار کمتر برای سنگ‌های نرم و مقدار بزرگتر برای سنگ‌های سخت استفاده می‌شود. مسئله کلیدی در اینجا این است که آیا خرج محاسبه شده چال انفجاری، الزام پارامتری مبنی بر اینکه طول خرج 2/3 تا 4/5 عمق چال انفجاری است را برآورده می‌کند یا خیر. در روش ساخت و ساز انفجار صخره‌های زیر آب، طول خرج چال انفجاری اغلب بیشتر از الزام 2/3 تا 4/5 عمق چال انفجاری است زیرا قطر چال انفجاری خیلی کوچک است یا نسبت قطر ماده منفجره بارگذاری شده در خط به قطر چال انفجاری کمتر از 0.80 است. یعنی پس از شارژ چال انفجاری، چال انفجاری فضای کافی برای طول مسدود کننده ندارد و حتی عمق چال انفجاری نمی‌تواند خرج محاسبه شده را در خود جای دهد. وقتی طول خرج انفجاری خیلی زیاد باشد، اغلب سنگ و برآمدگی‌های سنگی باقیمانده در منطقه انفجار وجود خواهد داشت که منجر به انفجار ناقص می‌شود. برای تغییر و غلبه بر مشکلات فوق، اقدامات اصلی عبارتند از افزایش مناسب قطر چال انفجاری یا بهبود کیفیت بسته‌بندی رول خرج انفجاری، کاهش مناسب ضخامت بامبوی بسته شده در خارج از رول، یا استفاده از لوله‌های پلاستیکی سخت به عنوان بسته‌بندی رول برای افزایش موثر قطر بسته خرج، و استفاده از قطر بسته خرج ≥ 0.8 قطر چال انفجاری.
۲.۲ پارامترهای عمق حفاری بیش از حد چال انفجاری h
عمق حفاری بیش از حد چال انفجاری به مقدار عمق حفاری بیش از حد زیر ضخامت سنگ حفاری شده طراحی شده، شامل مقدار عمق بیش از حد محاسبه شده (0.2 متر برای حفاری زمینی و 0.4 متر برای حفاری زیر آب) اشاره دارد. این مقدار با تشکیل اندازه قیف انفجاری طراحی شده بر اساس ضریب تجربی قطر چال انفجاری، فاصله، فاصله ردیف و خرج چال انفجاری تعیین می‌شود. مقدار عمق حفاری بیش از حد h از مشخصات ددد به عنوان پارامتری از 1.0 تا 1.5 متر انتخاب می‌شود. این پارامتر هم مبنای نظری و هم عوامل تجربی دارد، اما در عمل ساخت و ساز، هنگامی که طول خرج چال انفجاری L ظاهر می‌شود. وقتی مقدار آن بیشتر از 2/3 تا 4/5 قطر گمانه باشد، اثر انفجار به طور کلی ضعیف است. برای حل این تناقض، تلاش‌هایی برای افزایش عمق حفاری بیش از حد به 2.0 تا 2.2 یا حتی 3 تا 4 متر صورت گرفته است، به طوری که خرج گمانه به طور کورکورانه عمق حفاری بیش از حد را افزایش می‌دهد. تجربه نشان داده است که نه تنها سنگ کف بیش از حد خرد شده است، بلکه بلوک‌های سنگی سطح نیز بسیار بزرگ هستند که حفاری و حذف سرباره را دشوار می‌کند و حتی اغلب نیاز به انفجار ثانویه دارد که منجر به افزایش قابل توجه مصرف مواد منفجره واحد و هزینه مهندسی انفجار صخره‌های زیر آب می‌شود.
۲.۳ تنظیم میزان مصرف مواد منفجره واحد و پارامترهایی مانند فاصله چالهای انفجاری و فاصله ردیف‌ها برای انفجار صخره‌های مرجانی زیر آب
با توجه به عوامل پیچیده زمین‌شناسی و توپوگرافی مانند سختی، لایه‌بندی، بافت، ترک‌های سنگ مذاب، عمق آب و غیره در سنگ‌های زیر آب، مطمئن‌ترین و اساسی‌ترین اقدام برای دستیابی به مزایای بالا در پروژه‌های انفجار صخره‌های زیر آب این است: قبل از انفجار در مقیاس بزرگ و ساخت و ساز حفاری یا در مراحل اولیه ساخت و ساز، آزمایش‌های حفاری و انفجار و حفاری و حذف سرباره را در یک منطقه کوچک (100-600 متر مربع) از لایه‌های سنگ انجام دهید تا به موقع اثر واقعی پس از انفجار بررسی شود. در صورت وجود شرایط نامطلوب مانند درشتی بیش از حد سرباره سنگ پس از انفجار، راندمان پایین حفاری ماشینی و حذف سرباره، انفجار ناقص تخته سنگ‌های باقیمانده و پشته‌های سنگی، خرد شدن بیش از حد سرباره سنگ پس از انفجار و مصرف بیش از حد مواد منفجره، فاصله، فاصله ردیف‌ها، عمق حفاری بیش از حد و مصرف مواد منفجره واحد چالهای انفجار باید به طور مناسب با توجه به وضعیت واقعی تنظیم شود تا مزایای خوب پس از انفجار حاصل شود.
۳ چندین اقدام فنی برای بهبود اثر واقعی انفجار صخره‌های زیر آب
۳.۱ موقعیت‌یابی حفاری
در کانال طراحی‌شده برای انفجار صخره‌های زیرآبی، تنظیم دقیق موقعیت هر چال انفجاری یک اقدام اساسی برای جلوگیری از انفجار ناموفق یا تکراری است. طبق تجربه، بهتر است از نقشه توپوگرافی کانال با مقیاس ۱/۱۰۰ تا ۱/۳۰۰ و یک توتال استیشن برای مکان‌یابی و مکان‌یابی حفاری استفاده شود. استفاده از تراز یا استفاده مستقیم از متر نواری برای اندازه‌گیری فاصله و مکان‌یابی مناسب نیست، به طوری که اطمینان حاصل شود که موقعیت چال انفجاری ۰.۲ متر یا کمتر از موقعیت طراحی شده فاصله دارد. اگر موقعیت واقعی چال انفجاری شرایط زمین‌شناسی بدی مانند خندق‌های کارستی دارد و حفاری غیرممکن است، حفاری نیز باید در مکانی مناسب در نزدیکی محل حفاری برنامه‌ریزی‌شده انجام شود.
۳.۲ اقداماتی برای به حداقل رساندن تعداد دفعات انفجار
در پروژه‌های حفاری و انفجار در مقیاس بزرگ، ترک‌های موجود در انفجار سنگ مرزی پس از هر حفاری و انفجار، بر راندمان حفاری عادی بعدی و راندمان حذف سرباره تا درجات مختلفی تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، در حفاری و انفجار دو سنگ پایه اسکله به مساحت چند ده متر مربع در یک اسکله خاص، به دلیل اقدامات نامناسب حفر ۱ تا ۲ سوراخ در هر بار برای انفجار چند لایه در یک منطقه کوچک، راندمان حفاری و حفاری بسیار پایین بود و دوره و هزینه ساخت و ساز بیش از ۲ برابر بیشتر از برنامه‌ریزی شده بود. بنابراین، افزایش اقدامات بارگیری و انفجار سیم‌کشی و به حداقل رساندن تعداد انفجار در مقیاس بزرگ، اقدامات مؤثری برای بهبود راندمان کار هستند.
۳.۳ اقداماتی برای بهبود میزان دقت انفجار در مقیاس بزرگ
۳.۳.۱ به منظور جلوگیری از وقوع انفجار کور بسته‌های چال انفجاری به دلیل مشکلات مربوط به انفجار کمی چاشنی‌ها و اتصالات خط، علاوه بر بررسی دقیق انفجار کمی چاشنی‌ها و خطوط انتقال نیرو قبل از انفجار، عمل ثابت کرده است که فاصله بین بسته‌های شارژ هر چال انفجاری با حداقل دو سیم انفجاری پر شده است که یکی از اقدامات مؤثر برای بهبود میزان دقت انفجار صخره‌های زیر آب است.
۳.۳.۲ قبل از هر انفجار در یک منطقه بزرگ و چندین گمانه، باید طراحی شبکه انفجار انجام شود. در طراحی شبکه، باید مواد چاشنی‌ها و سیم‌های انفجار گمانه، روش اتصال خط و عملکرد ضد آب بسته انفجاری در نظر گرفته شود. برای بهینه‌سازی به موقع طراحی شبکه، باید یک آزمایش شبیه‌سازی انفجار انجام شود. در حال حاضر، هنگام انفجار شبکه‌ای از چندین گمانه، چندین سیم انفجاری پلاستیکی معمولاً به صورت موازی متصل می‌شوند و سپس با چاشنی‌های الکتریکی ۸# یا کوبه‌ای برای انفجار گروه‌بندی می‌شوند. از آنجایی که چندین سیم انفجاری پلاستیکی به صورت موازی متصل هستند، اطمینان از انفجار دقیق همه آنها با چاشنی‌های الکتریکی دشوار است، به منظور بهبود میزان دقت، می‌توان تعداد چاشنی‌های الکتریکی را افزایش داد یا بسته‌های انفجاری کوچک را برای انفجار اضافه کرد. علاوه بر این، مهمترین شبکه انفجاری مستقیماً از سیم‌های انفجاری و سایر اقدامات مانند اتصال موازی یا سری با چندین گروه گمانه برای انفجار کوبه‌ای استفاده می‌کند.
۳.۳.۳ روی سطح آب منطقه انفجار با الگوهای جریان پیچیده، خط شبکه انفجار را روی سطح آب چندین بویه قرار دهید تا اتصال شبکه و بازرسی آن تسهیل شود و از قطع شدن سیم توسط جریان سریع و انفجار جلوگیری شود.
۳.۴ اقدامات لازم برای استفاده از فناوری انفجار میکرو-دیفرانسیل
فناوری انفجار میکرودیفرانسیل با تأخیر میلی‌ثانیه‌ای برای شارژ چال انفجاری، نه تنها میزان مواد منفجره را در بزرگترین بخش (شات) تا حد امکان کاهش می‌دهد تا به طور مؤثر خطر امواج لرزه‌ای و شوک آب را برای ایمنی ساختمان‌ها و کشتی‌های مجاور کاهش دهد، بلکه هنگامی که انفجار با تأخیر میکرودیفرانسیل در هر منطقه بزرگ چند چالهای انجام می‌شود، امواج لرزه‌ای تولید شده توسط انفجار هر چال انفجاری به صورت پلکانی پخش می‌شوند تا برهم‌نهی تنش لرزه‌ای را کاهش دهند که این امر منجر به خرد شدن سنگ و بهبود راندمان حذف مکانیکی سرباره می‌شود.
۴ نتیجه‌گیری
انفجار صخره‌های زیرآبی یک پروژه ویژه انتقال آب با مهندسی عظیم است. در طول ساخت و ساز، اجرای دقیق و سختگیرانه مشخصات فنی مهندسی انتقال آب (ددد) تضمین مهمی برای دستیابی به مهندسی پروژه با کیفیت بالا و کارآمد است. در کاربرد خاص پارامترهای محاسباتی مختلف و اقدامات فنی در مشخصات فنی، آزمایش‌های کوچک قبل از ساخت و ساز، یا در عمل ساخت و ساز، جمع‌بندی و اصلاح مداوم با توجه به شرایط مختلف مانند زمین‌شناسی مهندسی و الگوهای آب در هر محل، می‌تواند پارامترها و اقدامات فنی واقعاً ارزشمندی را به دست آورد.
