Пожалуйста, ознакомьтесь с примечаниями транскрибатора в конце этого текста.

Изображение на обложке было создано специально для этого текста и является общественным достоянием.

ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ.

ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ.

ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО ПО СРЕДСТВАМ, ПРИМЕНЯЕМЫМ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ В ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕЛЯХ.

ДЖОРДЖ Г. АНДРЕ, член Геологического общества, ассоциированный член Института гражданских инженеров, горный инженер, член Общества инженеров.

ЛОНДОН: E. & F. N. SPON, 46, CHARING CROSS. НЬЮ-ЙОРК: 446, BROOME STREET. 1878.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

За последнее десятилетие в системе и методах, применяемых при взрывных работах в промышленности, произошли многочисленные и значительные изменения. Внедрение механического бура естественным образом привело к этим важным переменам. Система, которая была пригодна для ручных работ, оказалась неэффективной в условиях машинного труда, а методы, считавшиеся наиболее подходящими в первом случае, оказались более или менее непригодными во втором. Более того, условия машинного бурения требуют более мощных взрывчатых веществ, чем обычный порох, использовавшийся до сих пор, а также более быстрых и эффективных средств их подрыва, чем обычный огнепроводный шнур. Такими более мощными средствами стали нитрохлопчатник и соединения нитроглицерина, а также обычный черный порох, улучшенный по составу и подрываемый детонацией; а более быстрым и эффективным средством подрыва стало удобное применение электричества. Именно поэтому произошли упомянутые изменения, и именно поэтому возникла потребность в такой работе, как настоящая, в которой предметы рассматриваются подробно с учетом новых аспектов, обусловленных изменившимися условиями.

ДЖОРДЖ Г. АНДРЕ.

Лондон, 17, Кинг-Уильям-стрит, Стрэнд, 1 января 1878 г.

СОДЕРЖАНИЕ.

CHAPTER I.
The Tools, Machines, and other Appliances used in Rock Blasting.

PAGE
Section I. Hand-boring Tools.—Drills. Hammers. Auxiliary Tools. Sets of Blasting Gear | 1
Section II. Machine-boring Tools.—Machine Rock-drills. Borer-bits. Drill Carriages | 23
Section III. Appliances for firing Blasting Charges.—Squibs. Safety Fuse. Electric Fuses. Cables. Detonators. Electric Firing-Machines | 42

CHAPTER II.
Explosive Agents used in Rock Blasting.

Section I. Phenomena accompanying an Explosion.—Nature of an Explosion. Heat liberated by an Explosion. Gases generated by an Explosion. Force developed by an Explosion | 64
Section II. Nature of Explosive Agents.—Mechanical Mixtures. Chemical Compounds | 76
Section III. Relative Strength of the common Explosive Agents.—Force developed by Gunpowder. Relative Force developed by Gunpowder, Gun-cotton, and Nitro-Glycerine | 88
Section IV. Means of firing the common Explosive Agents.—Action of Heat. Detonation | 92
Section V. Some Properties of the common Explosive Agents.—Gunpowder, Gun-cotton, Dynamite. Firing Temperatures | 97
Section VI. Some Varieties of the Nitro-Cellulose and the Nitro-Glycerine Compounds.—Nitrated Gun-cotton. Tonite, or Cotton-Powder. Schultze’s Powder. Lithofracteur. Brain’s Powder. Cellulose-Dynamite | 103

CHAPTER III.
The Principles of Rock Blasting.

Line of least Resistance. Force required to cause Disruption. Conditions of Disruption. Example of a Heading. Economical Considerations. Tamping | 106

CHAPTER IV.
The Operations of Rock Blasting.

Hand Boring.—Boring the Shot-holes. Charging the Shot-holes. Firing the Charges | 128
Machine Boring.—Boring the Shot-holes. Charging and Firing. Removing the dislodged Rock. Division of Labour | 142
Examples of Drivings.—The St. Gothard Tunnel. The Hoosac Tunnel. The Musconetcong Tunnel. Headings at Marihaye, Anzin, and Ronchamp | 157

CHAPTER V.
Subaqueous Blasting.

Preparation of the Charge. Boring under Water. Submarine Rocks. Obstructions in Water-courses | 164

ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ.

ГЛАВА I. ИНСТРУМЕНТЫ, МАШИНЫ И ДРУГИЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ.

Раздел I. — Ручное бурение.

Буры.

— Операции по взрыванию состоят в бурении соответствующих шпуров в породе, подлежащей разрушению, в помещении заряда взрывчатого вещества в нижнюю часть этих шпуров, в заполнении, иногда, оставшейся части шпуров подходящим материалом и в подрыве заряда. Предметы, которые естественно первыми требуют рассмотрения, — это природа, форма и конструкция используемых инструментов, машин и других приспособлений. Из этих инструментов «бур» или «бурильщик» является основным. Чтобы ясно понять действие горного бура, мы должны рассмотреть природу вещества, которое необходимо перфорировать. Тот, кто изучал минеральный состав горных пород, признает невозможность их «резания» в обычном понимании этого термина, поскольку составляющие породы часто тверже материала инструментов, используемых для их проходки. Поскольку породу нельзя резать, единственный способ удаления ее частей — это разрушение или дезинтеграция ударом, наносимым с помощью подходящего инструмента. Каждый такой удар может отколоть небольшой фрагмент, и таким образом порода может постепенно разрушаться. Однако для осуществления этого скалывания используемый инструмент должен иметь лишь небольшую поверхность контакта с породой, чтобы сконцентрировать силу, и эта поверхность должна быть ограничена наклонными плоскостями или клиновидными гранями, чтобы вызвать боковое давление на частицы породы, находящиеся с ними в контакте. Другими словами, инструмент должен быть снабжен лезвием, подобным тому, которое имеет обычный режущий инструмент.

Условия, в которых работает инструмент, очевидно таковы, что это лезвие будет быстро изнашиваться от истирания твердой породой и от поломок. Чтобы противостоять этим разрушительным воздействиям, материал, из которого изготовлен инструмент, должен обладать двумя качествами: твердостью и вязкостью. Таким образом, существуют три важных условия, определяющих природу и форму режущего инструмента, используемого при бурении горных пород: 1) необходимость наличия режущей кромки; 2) необходимость частого восстановления этой кромки; и 3) необходимость наличия качеств твердости и вязкости у материала инструмента.

В очень твердой породе нескольких минут работы достаточно, чтобы разрушить режущую кромку, и тогда инструмент приходится возвращать в кузницу для переточки. Отсюда очевидно, что форма кромки не должна быть сложной в изготовлении, так как в противном случае на переточку уходило бы много времени. Опыт показал, что вышеуказанные условия наиболее полно удовлетворяются стальным стержнем, заканчивающимся простым долотообразным лезвием, которое сейчас повсеместно принято.

Эта форма бура показана на рис. 1, который представляет обычный «ручной бур». Он состоит из стержня, заканчивающегося с обоих концов долотообразным лезвием, и имеющего утолщение, технически называемое «бусиной», между концами для придания ему веса. Бусина делит бур на две неравные части, каждая из которых представляет собой долотообразную коронку с хвостовиком или «стержнем». Более короткий стержень используется, пока шпур неглубокий, а более длинный — для продолжения его на большую глубину.

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 3.

При использовании ручного бура удар получается от прямого воздействия падающего инструмента. Способ использования инструмента заключается в том, чтобы поднять его обеими руками на высоту около фута, а затем дать ему упасть. При подъеме бура стараются частично повернуть его, чтобы лезвие не падало дважды в одно и то же место. Таким образом, лезвие наиболее эффективно скалывает породу, а шпур получается достаточно круглым. Пока шпуры требуется бурить вертикально вниз, ручной бур является удобным и очень эффективным инструментом, и поэтому при открытых карьерных работах он применяется очень часто. Но в горном деле шпуры чаще требуется бурить в другом направлении или, как говорят, «под углом»; то есть под углом к вертикали. Или может потребоваться бурение шпура вертикально вверх. Очевидно, что в любом из этих направлений ручной бур бесполезен. Чтобы удовлетворить требованиям таких случаев, прибегают к молоту, которым наносят удар, и бур конструируют для использования с молотом. Мы получаем подходящую форму инструмента для применения таким образом, если уберем бусину ручного бура и оставим концы плоскими для ударной поверхности, как показано на рис. 2 и 3. Форма двух полученных таким образом долот является той, что принята для обычного горного бура.

Из этих описаний будет понятно, что горный бур состоит из долотообразного лезвия или коронки, стержня и ударной поверхности. Раньше буры делали из кованого железа, а на каждом конце приваривали сталь для формирования коронки и ударной поверхности. Теперь их обычно делают из литой стали, которая поставляется для этой цели в виде восьмигранных прутков требуемого диаметра. Преимущества, предлагаемые стальными стержнями, многочисленны. Превосходная плотность текстуры этого материала позволяет ему передавать силу удара более эффективно, чем железо. Будучи прочнее последнего материала, достаточно меньшего диаметра стержня и, следовательно, меньшего веса. Это обстоятельство также способствует увеличению эффекта удара за счет уменьшения массы, через которую он передается. С другой стороны, стальной стержень легче сломать, чем железный.

Режущая кромка бура требует тщательного рассмотрения. Чтобы инструмент мог легко освобождаться в шпуре, а также чтобы избежать введения лишнего веса в стержень, коронка делается шире последнего; разница в ширине может достигать 1 дюйма. Очевидно, что в твердой породе вероятность разрушения кромки увеличивается с увеличением разницы в ширине. Лезвие бура может быть прямым или слегка изогнутым. Прямое лезвие режет несколько свободнее, чем изогнутое, но оно слабее по углам, чем последнее, что делает его менее подходящим для очень твердой породы. Его также немного труднее ковать. Ширина коронки варьируется в зависимости от требуемого размера шпура от 1 дюйма до 2 1/2 дюймов. Рис. 4, 5 и 6 показывают прямые и изогнутые коронки, а также углы режущих кромок для использования в породе.

Рис. 4.

Рис. 5.

Рис. 6.

Стержень имеет восьмигранное сечение; он изготавливается длиной от 20 до 42 дюймов. Чем короче стержень, тем эффективнее он передает силу удара, поэтому его делают как можно короче. По этой причине при бурении шпура используется несколько длин: самая короткая — в начале шпура, более длинная — для продолжения глубины, и еще более длинная — иногда для завершения. Чтобы обеспечить свободную работу более длинных буров в шпуре, ширина коронки должна быть очень незначительно уменьшена в каждой длине. Уже было отмечено, что диаметр стержня меньше ширины коронки; эта разница может быть больше у угольных буров, чем у горных или «каменных» буров; обычная разница у последних составляет 3/8 дюйма для более длинных. Следующие пропорции можно считать принятыми в среднем:

| Width of the Bit. | Diameter of the Stock. |
1 |  | inch |  | ⁵⁄₈ | inch
1 | ¹⁄₈ | „ |  | ³⁄₄ | „
1 | ¹⁄₄ | „ |  | ⁷⁄₈ | „
1 | ¹⁄₂ | „ | 1 |  | „
1 | ³⁄₄ | „ | 1 | ¹⁄₈ | „
2 |  | inches | 1 | ³⁄₈ | „
2 | ¹⁄₄ | „ | 1 | ¹⁄₂ | „
2 | ¹⁄₂ | „ | 1 | ⁵⁄₈ | „

Ударная поверхность бура должна быть плоской. Диаметр поверхности меньше диаметра стержня во всех размерах, кроме самых маленьких, причем разница достигается путем сужения ударного конца. Величина уменьшения больше для самых больших диаметров; диаметр ударной поверхности редко превышает одну восьмую дюйма.

Изготовление и переточка горных буров составляют чрезвычайно важную часть работы шахтного кузнеца. Частое использование бура и его быстрый износ требуют ежедневного объема работы немалых размеров, а суждение и мастерство, необходимые для правильной закалки, делают определенную степень интеллекта у рабочего обязательной; действительно, так много зависит от кузнеца, в чьи обязанности входит ремонт инструментов шахтеров, что не следует жалеть усилий, чтобы найти человека, способного выполнять эту обязанность наиболее эффективным образом.

Когда стальные прутки для буров поступают к кузнецу, он нарезает их по мере необходимости на нужные длины. Чтобы сформировать коронку, конец прутка нагревают и сплющивают молотом до ширины, немного превышающей диаметр шпура, который предстоит бурить. Затем режущую кромку выковывают легким молотком под нужным углом, а углы подбивают, чтобы получить точный диаметр предполагаемого шпура. Поскольку буры изготавливаются комплектами, более длинные стержни будут иметь коронку немного уже, чем более короткие, по причинам, уже указанным. Кромка впоследствии подправляется напильником. При выполнении этих операций следует избегать тяжелых ударов, а также сильного нагрева, и при нагреве следует следить за тем, чтобы сталь была хорошо покрыта углем и находилась достаточно далеко от фурмы, чтобы быть защищенной от «сырого» воздуха. Перегретая или «сожженная» сталь склонна к скалыванию, и такие поврежденные буры бесполезны, пока сожженная часть не будет отрезана.

Рис. 7.

Рис. 8.

Рис. 9.

Как при изготовлении, так и при переточке буров требуется большая осторожность, чтобы сформировать режущую кромку ровно, с полной формой и размерами. Если углы забиваются внутрь, как показано на рис. 7, говорят, что они «защемлены», и инструмент не будет свободно работать при резке. Когда происходит прогиб прямой или изогнутой линии, образующей кромку, как показано на рис. 8, говорят, что коронка «отстает», а когда один из углов слишком сильно отведен назад, как на рис. 9, говорят, что она «неравномерная». Когда существует любой из этих дефектов — а они, к сожалению, распространены — не только коронка работает менее эффективно по породе, но и сила удара приходится только на часть кромки, которая, будучи тем самым перенапряженной, склонна к разрушению.

Закалка и отпуск стали — это вопрос, требующий тщательного изучения и наблюдения. Хорошо известно, что внезапное и сильное снижение температуры вызывает заметное увеличение твердости металла. Причина этого явления не изучена, но несомненно, что оно каким-то образом зависит от присутствия углерода. Степень твердости, придаваемая стали этим способом, зависит от величины снижения температуры и доли углерода, присутствующего в металле, причем высокоуглеродистая сталь способна закаляться до более высокой степени при тех же условиях, чем сталь, содержащая меньше углерода. Таким образом, для стали одного и того же качества, чем шире диапазон температур, тем выше степень твердости. Но здесь мы сталкиваемся с другим условием, которое ограничивает практически достижимую степень твердости.

Изменение, которое происходит среди молекул металла вследствие изменения температуры, вызывает внутренние напряжения и тем самым приводит части в состояние неравномерного натяжения. Это состояние делает напряженные части склонными к разрушению, когда при использовании инструмента на них оказывается дополнительная нагрузка; другими словами, хрупкость стали увеличивается с ее твердостью. Здесь снова вступает в игру доля присутствующего углерода, и следует помнить, что при равных степенях твердости сталь, содержащая меньше всего углерода, будет наиболее хрупкой. При закалке стали для буров, которая должна сочетать, насколько это возможно, качества твердости и вязкости, этот вопрос заслуживает тщательного внимания. Примечательным фактом, имеющим значительную практическую ценность, является то, что когда в качестве охлаждающей среды вместо воды используется масло, вязкость стали чрезвычайно увеличивается.

Отпуск стали, который является явлением, сходным по характеру с закалкой, также требует тщательного рассмотрения. Когда блестящая поверхность стали подвергается нагреву, образуется ряд цветов, которые следуют друг за другом в регулярном порядке по мере повышения температуры. Этот порядок следующий: бледно-желтый, соломенно-желтый, золотисто-желтый, коричневый, смесь коричневого и пурпурного, пурпурный, светло-синий, ярко-синий и темно-синий. Опыт показал, что какой-то один из этих цветов более подходит, чем остальные, для определенных видов инструментов и определенных условий работы.

Выбор правильного цвета является предметом проявления суждения и мастерства со стороны кузнеца. Для горных буров соломенный цвет обычно наиболее подходит при работе в очень твердой породе, а светло-синий — когда порода умеренной твердости.

Процессы закалки и отпуска буров следующие: когда кромка коронки сформирована описанным выше способом, от 3 до 4 дюймов конца нагревают до вишнево-красного цвета и погружают в холодную воду на глубину около дюйма, чтобы закалить ее. Во время нахождения в воде коронку следует слегка перемещать вверх и вниз, ибо, если этим пренебречь, твердость закончится резко, и коронка будет очень склонна к разрушению вдоль линии, соответствующей поверхности воды. В холодную погоду воду следует слегка подогреть, погрузив в нее кусок горячего железа, прежде чем погружать сталь. Когда достигнута достаточная степень твердости, остальная горячая часть погружается до тех пор, пока температура не снизится достаточно для отпуска. На этой стадии ее вынимают и внимательно следят за цветами. Тепло, оставшееся в стержне, перейдет к кромке коронки, и по мере повышения температуры в этой части цвета будут появляться в регулярной последовательности на очищенной поверхности кромки. Когда появляется нужный оттенок, весь бур погружают в воду и оставляют там до остывания, после чего отпуск завершен. Когда кромка изогнута или «выгнута», цвета достигнут углов раньше, чем середины коронки. Эту тенденцию необходимо сдерживать, погружая углы в воду, иначе кромка не будет иметь одинаковой твердости по всей длине. Поскольку цвет лучше всего наблюдать в темноте, хороший план — затемнить ту часть кузницы, в которой производится отпуск.

Требуемая степень отпуска зависит от качества стали и характера выполняемой работы. Чем больше доля углерода в металле, тем ниже должен быть отпуск. Также состояние затупленных кромок, будь то помятые или сломанные, покажет, какую степень твердости желательно получить. Из-за невнимания к этим вопросам хорошая сталь нередко признается непригодной.

Чтобы сформировать ударную поверхность, конец стержня нагревают до тускло-красного цвета и вытягивают молотом, чтобы сформировать коническую головку. Затем конечность сплющивают, чтобы сформировать поверхность диаметром от 1/2 дюйма до 1 дюйма. Затем эту головку отжигают до степени, которая сочетает значительную вязкость с твердостью. Постоянные удары, которым подвергается головка, имеют тенденцию очень быстро изнашивать ее. Существует большая разница в долговечности стали в этом отношении; некоторые буры изнашиваются быстрее на ударном конце, чем на конце с коронкой.

Кузнец с помощью молотобойца заточит и закалит около тридцати одноручных буров среднего размера за час, или двадцать двуручных буров среднего размера за то же время. Конечно, многое будет зависеть от степени затупления режущей кромки; но если предположить, что буры присылаются только умеренно затупленными, это можно считать справедливым средним показателем работы двух человек.

Из вышеприведенных замечаний будет очевидно, что для того, чтобы бур работал должным образом, он должен быть изготовлен из хорошего материала, быть искусно закаленным в кузнице и снабжен режущей кромкой, имеющей угол и форму, соответствующие характеру породы, в которой он используется. К этим условиям можно добавить еще одно, а именно: правильное обращение; ибо если бур небрежно поворачивать в шпуре так, чтобы вся работа приходилась только на часть режущей кромки, или неумело ударять кувалдой, это быстро приведет к поломке или затуплению. Неправильное обращение часто разрушает кромку в первые пять минут использования.

Буры, как было отмечено ранее, используются комплектами разной длины. Комплекты могут предназначаться для использования одним человеком или двумя. В первом случае комплекты описываются как «одноручные», и они содержат молоток для ударов по бурам; во втором случае комплекты называются «двуручными», и они содержат кувалду вместо молотка для ударов. На первый взгляд может показаться, что использование двух человек, или, как говорят, двойного комплекта, является пустой тратой сил, так как два человека не могут бурить в два раза быстрее, чем один. Однако такой скорости можно достичь, и это объясняется не столько большей эффективностью удара, сколько тем фактом, что два человека могут, постоянно меняясь местами друг с другом, поддерживать почти без перерыва последовательность ударов в течение неопределенного времени; тогда как при использовании одного комплекта человек постоянно вынужден останавливаться для отдыха.

Молотки.

— Для нанесения удара по горному буру используются молотки и кувалды. Различие между молотком и кувалдой основано только на размерах: молоток предназначен для использования одной рукой, делается сравнительно легким и снабжен короткой рукояткой, тогда как кувалда, предназначенная для использования обеими руками, снабжена гораздо более длинной рукояткой и делается тяжелее. Ударная поверхность кувалды для взрывных работ должна быть плоской, чтобы позволить молотобойцу наносить прямой удар с уверенностью по головке бура; и для облегчения направления удара, а также для увеличения его эффекта, масса металла, составляющая головку, должна быть сконцентрирована на короткой длине. Чтобы кувалда отлетала от головки бура в случае нанесения ложного удара и тем самым предотвращала удар по руке человека, который держит бур, края ударной поверхности должны быть скошены или сняты фаской до тех пор, пока диаметр не уменьшится почти наполовину. Это требование, однако, выполняется редко.

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12.

Рис. 13.

Головка кувалды железная; она состоит из пробитой центральной части, называемой «проушиной», и двух хвостовиков или «пеньков», закаленные концы которых образуют ударные поверхности или «бойки». Форма головки варьируется в разных местностях, но каковы бы ни были вариации, форму можно классифицировать по одному из четырех типов или «шаблонов». Очень распространенная форма — та, что показана на рис. 10 и известна как шаблон «bully». Изменяя ширину, как показано на рис. 11, мы получаем «широкий bully», причем первый для отличия называется «узким» bully. Другая распространенная форма — шаблон «pointing», представленный на рис. 12. Форма, показанная на рис. 13, обозначается как шаблон «bloat»; а та, что дана на рис. 14, — шаблон «plug». Каждая из этих форм обладает особыми достоинствами, которые делают ее более подходящей для определенных целей, чем другие. Те же формы используются для молотков. Проушина обычно делается овальной формы, но иногда, особенно с шаблоном bloat, она делается круглой, как показано на рис. 13. Вес головки кувалды может варьироваться от 5 до 10 фунтов, но обычный и удобный вес — 7 фунтов. Длина рукоятки варьируется от 20 до 30 дюймов; обычная длина для кувалд для взрывных работ — 24 дюйма. Средний вес головок молотков составляет около 3 фунтов, а средняя длина рукоятки — 10 дюймов.

Рис. 14.

Рис. 15.

Рис. 15 представляет кувалду для взрывных работ, используемую в Южном Уэльсе. Пеньки имеют восьмигранное сечение и отходят от квадратного блока в центре. Бойки или ударные поверхности, однако, круглые и плоские. Длина головки составляет 8 3/4 дюйма, а рукоятки — 27 дюймов, а вес инструмента в сборе — 7 фунтов.

Рис. 16.

Рис. 16 представляет кувалду для взрывных работ, используемую в Северном Уэльсе. Центральный блок имеет сечение в виде неправильного восьмиугольника, образованного легким снятием фасок с углов квадратного сечения, а пеньки скошены, чтобы сформировать правильный восьмиугольник у бойков, которые являются плоскими. Длина головки составляет 7 3/4 дюйма, а рукоятки — 22 дюйма, а вес инструмента в сборе — 6 фунтов 7 унций.

Рис. 17.

Кувалды, используемые на севере Англии, имеют более короткие головки и легче, чем вышеуказанные. Рис. 17 представляет одну из таких кувалд для взрывных работ. Головка почти квадратная в сечении в центре, а бойки плоские. Длина головки составляет 5 дюймов, а рукоятки — 24 1/2 дюйма, а вес кувалды в сборе — 4 фунта 14 унций.

Вспомогательные инструменты.

— Помимо бура и молотка, при подготовке шпура для взрывного заряда требуются другие инструменты. Если шпур наклонен вниз, обломки или «буровая мука», создаваемая буром, остаются на дне шпура, где они превращаются в грязь или «шлам» из-за присутствующей там воды. Этот шлам необходимо удалять по мере продвижения работы, чтобы порода оставалась открытой для действия бура. Удаление шлама осуществляется с помощью простого инструмента, называемого «скребок». Он состоит из железного стержня диаметром от 1/4 до 1/2 дюйма и достаточной длины, чтобы достичь дна шпура. Один конец стержня сплющивается на наковальне и делается круглой формы, а затем загибается под прямым углом к стержню. Полученный таким образом диск должен быть меньше диаметра шпура, чтобы он мог легко проходить вниз. При вставке в шпур скребок поворачивают, прижимая ко дну; при извлечении инструмента шлам выносится на диске. Операции, повторенной два или три раза, достаточно, чтобы очистить шпур. Другой конец скребка иногда делается заканчивающимся кольцом для удобства обращения, как показано на рис. 18. Однако вместо кольца на одном конце диск может быть сделан на каждом конце, как показано на рис. 19, причем диски в этом случае имеют разный диаметр, чтобы сделать скребок подходящим для шпуров разного размера. Иногда скребок делается заканчивающимся спиральным крючком или «драг-твистом», как представлено на рис. 20. Использование драга заключается в тщательной очистке шпура перед вставкой заряда. Пучок сена проталкивается вниз по шпуру, а конец скребка с драгом вводится после него и поворачивается до тех пор, пока он не запутается прочно. Извлечение сена с помощью драга вытирает шпур насухо. Вместо витого драга часто используется «петлевой» драг. Он состоит из петли или проушины, через которую пропускается кусок тряпки или пакли. Тряпка или пакля используются для той же цели, что и сено, а именно для тщательной очистки и сушки шпура перед введением заряда. Очень часто вместо скребка для очистки шпура используется «тамповочная палка». Это просто еловый стержень, размочаленный на одном конце ударами молотка до тех пор, пока волокна не разделятся, образуя своего рода коренастую щетку или «тампон». Когда его проталкивают вниз по шпуру, шлам проходит вверх вокруг и между волокнами, которые затем раздвигаются при прижатии ко дну шпура. При извлечении тампона шлам выносится вместе с ним.

Рис. 18.

Рис. 19.

Рис. 20.

Когда заряд помещен в шпур и к нему подведен запал, шпур необходимо забить, то есть часть над зарядом должна быть заполнена каким-либо подходящим веществом. Для этой цели требуется «трамбовка», «стеммер» или «забойник», как по-разному называют этот инструмент. Этот инструмент проиллюстрирован на рис. 21. Он состоит из металлического стержня, забойный конец которого имеет паз для размещения запала, лежащего вдоль стороны шпура. Другой конец плоский, чтобы обеспечить поверхность для нажатия рукой или ударную поверхность для молотка, когда последний необходим. Чтобы предотвратить опасность случайного воспламенения от искр, вызванных трением металла о кремнистые вещества, использование железных забойников было запрещено законом. Они обычно изготавливаются из меди или фосфористой бронзы, причем последнее вещество более стойкое, чем первое.

Рис. 21.

Рис. 22.

Рис. 23.

Иногда во влажном грунте становится необходимым отсечь воду от шпура перед введением заряда пороха. Это очень часто случается при проходке шахтных стволов. Метод, применяемый в таких случаях, заключается в вдавливании глины в промежутки, через которые поступает вода. Инструмент, используемый для этой цели, — «глиняный лом» или «бык», представленный на рис. 22. Он состоит из круглого железного стержня, называемого стержнем или валом, немного меньшего диаметра, чем шпур, и более толстой части, называемой головкой или обухом, заканчивающейся ударной поверхностью. Нижний конец вала заострен, чтобы позволить ему проникать в глину, а головка пробита отверстием диаметром около дюйма для приема рычага. После того как глина в пластичном состоянии была помещена в шпур, «бык» вставляется и забивается ударами кувалды. По мере того как вал пробивает себе путь вниз, глина вдавливается в стыки и трещины породы со всех сторон. Чтобы извлечь «быка», железный стержень помещается в проушину и используется как рычаг, чтобы повернуть его и ослабить; затем стержень берется обеими руками, и «бык» вынимается. Чтобы «быка» можно было извлечь легче, вал должен быть сделан с небольшим конусом и содержаться в идеальной гладкости. Поскольку «бык» подвергается сильным ударам по головке, последняя часть должна быть сделана прочной. Этот инструмент, который следует рассматривать скорее как дополнительный, чем как неотъемлемую часть комплекта для взрывных работ, является очень полезным и всегда должен быть под рукой во влажном грунте при использовании рассыпного пороха.

Другим инструментом такого вспомогательного характера является «beche», рис. 23, используемый для извлечения сломанного бура. Он состоит из железного стержня почти диаметром со шпур, полого на нижнем конце. Форма отверстия слегка коническая, так что нижний конец может легко пройти над сломанным стержнем бура и, будучи прижат с некоторой силой, может захватить стержень в верхней части отверстия с достаточной прочностью, чтобы позволить поднять их вместе. Когда в шпуре остается только часть коронки, ее часто можно извлечь с помощью драг-твиста скребка, или тамповочную палку можно забить на сломанную часть, а последнюю извлечь вместе с тампоном.

Комплекты взрывного снаряжения.

— На таблицах I, II и III можно найти три комплекта взрывного снаряжения: комплект снаряжения для взрывных работ в угольных шахтах; комплект одноручного снаряжения для взрывных работ в камне; и комплект двуручного снаряжения для взрывных работ в камне. В первом комплекте бур, показанный на рис. 1, имеет длину 22 дюйма; режущая кромка прямая и шириной 1 1/2 дюйма, а вес составляет 2 1/2 фунта. Другой бур, рис. 2, имеет длину 42 дюйма; он имеет прямую режущую кромку шириной 1 7/16 дюйма и весит 4 фунта 10 унций. Молоток, используемый в этом комплекте и показанный на рис. 3, весит 2 фунта 14 унций; длина головки составляет 4 1/2 дюйма, а рукоятки — 7 3/4 дюйма. Во втором или одноручном каменном комплекте более короткий бур, рис. 6, таблица II, имеет длину 22 дюйма; режущая кромка сильно изогнута и имеет ширину 1 1/2 дюйма, а вес составляет 3 фунта 10 унций. Более длинный бур, рис. 7, имеет длину 36 дюймов; ширина режущей кромки, которая изогнута, как и у более короткого бура, составляет 1 7/16 дюйма, а вес — 6 фунтов 5 унций. Молоток, используемый с этим комплектом и представленный на рис. 8, весит 3 фунта 6 унций; длина головки составляет 5 дюймов, а рукоятки — 10 дюймов. В третьем или двуручном каменном комплекте, таблица III, первый или самый короткий бур, рис. 12, имеет длину 18 дюймов, ширину режущей кромки 1 3/4 дюйма и весит 4 1/4 фунта. Второй бур, рис. 13, имеет длину 27 дюймов, ширину режущей кромки 1 11/16 дюйма и весит 6 фунтов. Третий или самый длинный бур, рис. 14, имеет длину 40 дюймов, ширину режущей кромки 1 5/8 дюйма и весит 9 1/4 фунта. Режущие кромки всех этих буров сильно изогнуты, как и в предыдущем комплекте. Кувалда, используемая с этим комплектом и представленная на рис. 15, весит около 5 фунтов.

Раздел II. — Машинное бурение.

Машинные горные буры.

— Самый примечательный прогресс, который в недавние, или, возможно, в любые времена был достигнут в практике горного дела, состоит в замене ручного труда машинным при бурении горных пород. Важность этой перемены очевидна и очень велика. Шахтер не только освобождается этим от труда по бурению, но и скорость, с которой могут буриться шпуры, увеличивается в сто раз. Этот выигрыш в скорости дает много практических преимуществ. Способность быстро пройти шахтный ствол или провести выработку может обеспечить успех предприятия и косвенно сэкономить расходы больших сумм денег; и во всех случаях это позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на подготовительные работы. Действительно, трудно переоценить величину преимущества, проистекающего из повышенной скорости продвижения благодаря замене машинной силой ручного труда, и в будущем мы можем ожидать, что его применение будет значительно расширено. При осуществлении этой замены пришлось преодолеть многочисленные трудности, и при столкновении с ними пришлось зафиксировать много неудач. Но теперь даже самыми предубежденными должно быть признано, что машины для бурения горных пород успешно прошли через то, что можно описать как пробную стадию своего существования, и заняли передовое место среди механических приспособлений, которые, как показал опыт, способны эффективно выполнять требуемую от них работу. В работе автора «Горная инженерия» требования к горному буру подробно обсуждаются, а принципы и конструкция наиболее важных машин, используемых в настоящее время, тщательно объяснены и описаны. В настоящей работе можно привести только один пример.

Машинные буры проникают в породу так же, как и обычные ручные буры, уже описанные, а именно посредством ударного действия. Режущий инструмент в большинстве случаев прикреплен непосредственно к штоку поршня, с которым он, следовательно, совершает возвратно-поступательное движение. Таким образом, поршень со своим штоком составляет часть режущего инструмента, и удар наносится прямым действием пара или сжатого воздуха на инструмент. Поскольку обратный ход поршня не совершает работы по породе, площадь передней стороны уменьшается до размеров, необходимых только для подъема поршня и преодоления сопротивления, обусловленного трением инструмента в шпуре. Поршень заставляет впускать пар или воздух в цилиндр, отсекать подачу и открывать выхлоп, как требуется, с помощью тарельчатых клапанов или других подходящих устройств; и предусмотрена возможность, в определенных пределах, изменения длины хода. Во время части хода приводятся в действие средства, заставляющие поршень вращаться в некоторой степени для целей, которые уже были объяснены. Чтобы удерживать режущую кромку инструмента в работе, вся машина перемещается вперед по мере того, как порода срезается. Это движение вперед или «подача» обычно осуществляется вручную, но в некоторых случаях оно передается автоматически. Машина поддерживается на стойке или раме, форма которой варьируется в зависимости от ситуации, в которой она должна использоваться. Эта опора во всех случаях сконструирована так, чтобы позволить происходить движению подачи, а также направлять режущий инструмент под любым углом. Опора для горного бура составляет незаменимое и очень важное дополнение к машине, ибо от пригодности ее формы, материала и конструкции в значительной степени будет зависеть эффективность машины.

Вышеизложенное является общим описанием конструкции и способа действия ударных горных буров. Многочисленные разновидности, используемые в настоящее время, отличаются друг от друга скорее деталями своей конструкции, чем принципами своего действия, и важность различия, конечно, зависит от важности деталей. Справедливо будет заметить здесь, что первое действительно практическое решение проблемы бурения горных пород принадлежит М. Соммейе, чья машина использовалась при проходке туннеля Мон-Сени.

Бур Дарлингтона.

— Машина, которая в Англии наиболее удовлетворительно выдержала испытание опытом и которая, следовательно, уверенно завоевывает всеобщее признание в этой стране, а также в некоторых важных горнодобывающих районах континента, является изобретением Джона Дарлингтона и известна как «бур Дарлингтона». Этот бур примечателен как достижение высочайшей степени простоты частей, возможной в машине. Клапанный механизм машинного бура особенно подвержен расстройству. Он обязательно должен состоять из нескольких частей, и эти части столь же обязательно должны быть несколько хрупкого характера. Кроме того, при приведении в действие поршнем через посредство толкателей, сила удара, наносимого при каждом ходе, такова, что быстро разрушает части. В некоторых машинах сила этих ударов и их разрушительная тенденция были сведены к минимуму; но когда были использованы все средства исправления зла, остается большое количество неизбежного износа, и вероятность отказа из-за поломки или смещения существует в большей или меньшей степени. Более того, поскольку эти эффекты значительно усиливаются при увеличении скорости поршня, становится по крайней мере нежелательным использовать высокую скорость поршня. Чтобы исправить эти дефекты, присущие системе, Дарлингтон предложил полностью устранить необходимость в клапанном механизме путем радикального изменения способа подачи рабочей жидкости в цилиндр. Это предложение он реализовал в машине, которая проиллюстрирована на таблице IV.

Горный бур Дарлингтона состоит, по сути, только из двух частей: цилиндра А, рис. 20 и 21, с его крышкой; и поршня В, с его штоком. Крышка, когда она привинчена, образует часть цилиндра; шток поршня отлит заодно с поршнем и сделан достаточно большим на своем внешнем конце, чтобы принять инструмент. Эти две части составляют двигатель, и с менее чем одной неподвижной и одной движущейся частью очевидно невозможно развить мощность в машине действием упругой жидкости. Сам поршень выполняет работу клапана следующим образом: кольцевое пространство, обеспечивающее площадь для давления на переднюю часть поршня, дает гораздо меньшую степень поверхности, чем та, что обеспечивается диаметром цилиндра, как показано на чертеже; и очевидно, что путем увеличения или уменьшения диаметра штока поршня площадь для давления на одну сторону поршня может быть сделана в любой желаемой пропорции к площади на другой стороне. Впускное отверстие, или порт С, находясь в постоянном сообщении с внутренней частью цилиндра, давление жидкости всегда действует на переднюю часть поршня, следовательно, когда нет давления на другой стороне, поршень будет выталкиваться назад в цилиндре. Во время этого обратного движения поршень сначала закрывает выхлопной порт D, а затем открывает уравнительный порт Е, посредством которого устанавливается сообщение между передним и задним концами цилиндра, и, следовательно, жидкость заставляется действовать на обе стороны поршня. Площадь задней грани поршня, будучи больше площади передней грани на величину, занимаемую штоком поршня, давление на первую сначала действует, чтобы остановить обратное движение поршня, который, благодаря своему значительному весу и высокой скорости, приобрел большой импульс, а затем произвести движение вперед, причем движущая сила зависит по своей величине от разницы площадей на двух сторонах поршня. Когда поршень проходит вниз, он отсекает пар от задней части цилиндра и открывает выхлоп. Длина или толщина поршня такова, что выхлопной порт D никогда не открыт для его передней стороны, но при прямом ходе он открывается почти сразу после того, как уравнительный порт закрыт, и почти во время нанесения удара. Будет замечено, что количество израсходованной жидкости — это только то, что проходит на заднюю грань поршня, поскольку та, что используется для осуществления обратного хода, не выпускается.

Средства, используемые для придания вращательного движения инструменту, заслуживают особого внимания, так как они просты по конструкции, эффективны в действии и хорошо расположены внутри цилиндра. Эти средства состоят из спирального или нарезного стержня Н, имеющего три канавки и снабженного на своей головке храповым колесом G, утопленным в крышку цилиндра. Две собачки J, J, рис. 22, также утопленные в крышку, заставляются падать в зубья храпового колеса с помощью спиральных пружин. Эти пружины могут в случае поломки быть немедленно заменены без снятия крышки. Будет замечено, что это расположение колеса и собачек позволяет спиральному стержню Н свободно вращаться в одном направлении, в то время как оно предотвращает его вращение в противоположном направлении. Спиральный стержень опускается в длинную выемку в поршне, которая снабжена стальной гайкой, точно подогнанной к канавкам спирали. Следовательно, поршень во время своего хода внутрь вынужден вращаться на стержне; но во время своего хода наружу он вращает стержень, причем последний свободен двигаться в направлении, в котором прямой ход поршня наружу стремится вращать его. Таким образом, поршень, а вместе с ним и инструмент, принимает новое положение после каждого хода.

Способ крепления режущего инструмента к штоку поршня — вопрос, заслуживающий некоторого внимания. Поскольку инструмент приходится менять более одного раза во время проходки шпура, важно, чтобы замена была выполнена за как можно более короткое время; и поскольку вибрация машины и нагрузка на инструмент обязательно велики, одинаково важно, чтобы инструмент был прочно закреплен. Также желательно, чтобы способ крепления инструмента не требовал заплечика на последнем, паза в нем или какой-либо особенности формы, трудной для изготовления в кузнице. Машина Дарлингтона наиболее удовлетворительно выполняет требования быстроты крепления, прочности удержания и простоты формы. Средства и метод следующие: внешний конец стержня или держателя сначала сплющивается, чтобы обеспечить седло для гайки, как показано на рис. 21 и 25. Затем прорезается паз и плотно подгоняется куском стали К, выкованным требуемой формы для зажима, а держатель впоследствии рассверливается, чтобы принять инструмент, пока зажим находится на месте. Этот зажим К затем вынимается, его посадочные места немного ослабляются, а его конец нарезается резьбой и снабжается гайкой. При возвращении на свое место в держателе зажим, вследствие ослабления, может быть легко затянут плотно против инструмента, благодаря чему он прочно удерживается в положении. Хвостовик инструмента обтачивается, чтобы легко входить в отверстие, а его конец делается полусферическим, чтобы соответствовать дну шпура, на которое принимается сила реакции удара.

Казалось бы, невозможно достичь более высокой степени простоты формы или сконструировать машину с меньшим количеством частей. Отсутствие клапана или ударного механизма любого рода обеспечивает максимально достижимую степень долговечности и позволяет использовать высокую скорость поршня без риска или повреждения. Поскольку поршень контролирует свое собственное движение, нет опасности удара о крышку цилиндра. Ход может варьироваться по длине от половины дюйма до четырех дюймов, и поскольку машина будет эффективно работать при давлении от 10 фунтов на дюйм, шпуры могут начинаться с величайшей легкостью. При давлении 40 фунтов машина делает 1000 ударов в минуту, скорость, которая может быть достигнута без вызова чрезмерных напряжений или вибрации. Одно это составляет очень большое преимущество. Действительно, должно быть признано, что непредубежденное рассмотрение достоинств этого бура показывает, что он превосходно приспособлен к требуемой от него работе.

Коронки буров.

Форма и размеры режущих инструментов, которые по-разному называют «бурами», «сверлами» и «коронками», используемых в механических перфораторах для горных пород, имеют большое практическое значение. Размеры определяются главным образом двумя условиями: необходимостью обеспечения достаточной прочности хвостовика инструмента и необходимостью наличия достаточного пространства между хвостовиком и стенками шпура для выхода буровой мелочи. Опыт показал, что последнее условие лучше всего выполняется, когда расстояние между стенками шпура и хвостовиком инструмента составляет от 3/16 до 1/4 дюйма, с учетом первого условия.

Форма режущей кромки определяется несколькими условиями, некоторые из которых уже обсуждались применительно к ручным бурам. Первой принятой формой, естественно, стала форма ручного бура, а именно — долотообразная кромка. Для увеличения полезного эффекта удара режущую кромку впоследствии удвоили, сформировав коронку из двух долотообразных кромок, пересекающихся под прямым углом. Было обнаружено, что эта коронка, которую из-за ее формы назвали «крестовой», проникает в породу быстрее, чем прямая или долотообразная. Прирост скорости был весьма заметен в начале бурения шпура, но постепенно уменьшался по мере увеличения глубины шпура из-за трудностей с удалением буровой мелочи. Чтобы устранить этот недостаток, режущие кромки стали располагать под углом друг к другу, чтобы они образовывали букву X. Таким образом, две долотообразные кромки были сохранены, а ширина коронки значительно уменьшена. Эта форма, описанная как X-образная коронка, очищала шпур гораздо эффективнее, чем крестовая, но не вполне удовлетворительно. Поэтому была сделана еще одна модификация формы, и на этот раз была принята Z-образная, верхняя и нижняя части которой представляли собой дуги окружностей, проведенные из центра коронки в направлении, противоположном направлению вращения.

Такая форма инструмента, известная как Z-образная коронка, легко очищалась от буровой мелочи. Но помимо этого преимущества, было обнаружено, что она обладает и другими важными характеристиками. У долотообразных коронок углы быстро стирались из-за трения о стенки шпура. При Z-образной форме этот износ больше не происходил из-за большой поверхности, подверженной трению. Еще одно преимущество Z-образной коронки заключается в ее способности бурить шпур строго круглой формы. В целом можно сказать, что эта форма наиболее полно удовлетворяет определяющим условиям. Однако форма коронки, наиболее подходящая в конкретном случае, будет в некоторой степени определяться частными обстоятельствами. Из них природа и характер породы будут сильнее всего влиять на выбор. Так, крестовая коронка обычно оказывается наиболее подходящей в трещиноватых породах, в то время как одинарную долотообразную кромку можно с преимуществом использовать в очень твердых и плотных породах. Действительно, успех механического бурения в значительной степени зависит от разумного выбора наиболее подходящей формы режущей кромки. Долотообразная, крестовая, X-образная и Z-образная коронки показаны на рис. 24–27.

Рис. 24.

Рис. 25.

Рис. 26.

Рис. 27.

Заточка коронок формы, отличной от долотообразной, производится с помощью «обжимок». Закалка осуществляется способом, уже описанным применительно к ручным бурам. Как и в последнем случае, степень закалки должна соответствовать твердости пород, которые предстоит бурить. Как правило, соломенный цвет побежалости оказывается наиболее подходящим. Примечательным фактом является то, что износ режущей кромки машинного бура на заданную длину бурения в пять-шесть раз меньше, чем у ручного бура. Всегда следует использовать сталь самого высокого качества.

Как и в случае с ручным бурением, каждый последующий бур должен иметь немного меньшую ширину режущей кромки; уменьшение примерно на 1/32 дюйма можно считать достаточным. Однако следует позаботиться о том, чтобы кромке были приданы надлежащие размеры, и будет полезно иметь под рукой точный калибр, через который инструмент можно пропустить перед его закреплением в машине. Важно, чтобы инструмент был правильно «отцентрован», то есть центры кромки коронки, хвостовика и штока поршня должны идеально совпадать.

Опоры для перфораторов.

— Машинный перфоратор может отвечать всем требованиям, и все же из-за несовершенства опоры, к которой он прикреплен, он может оказаться непригодным для требуемой работы. Поэтому желательно тщательно изучить конструкцию опоры бура и рассмотреть требования, которым она должна удовлетворять. Исходя из необходимости высокой прочности и жесткости опоры, основным условием является то, что она должна позволять легко устанавливать машину под любым углом, чтобы шпуры можно было бурить в требуемом направлении и с требуемым наклоном. Когда это требование не выполняется, машина в этом отношении оказывается в крайне невыгодном положении по сравнению с ручным трудом. Если бы машинный бур не был способен бурить в любом положении и в любом направлении, пришлось бы использовать ручной труд в сочетании с ним, и такая неполнота в работе машины стала бы серьезным возражением против ее внедрения.

Помимо обеспечения желаемой регулировки машины, сама опора должна быть приспособлена к неровной поверхности. Забой шахты, которая углубляется, или бока, кровля и почва выработки, которая проводится, имеют большие неровности поверхности, и, поскольку опора в большинстве случаев должна быть закреплена на них, очевидно, что ее конструкция должна позволять легко приспосабливаться к этим неровностям. Средства, с помощью которых осуществляется регулировка, должны быть немногочисленными и простыми, поскольку простота деталей важна как в опоре, так и в машине, и по тем же причинам. Большая часть времени, в течение которого используется машинный бур, уходит на его перемещение из одного положения или места в другое; это время в пропорциональной степени снижает превосходство машинного труда над ручным в отношении скорости выполнения работ, и очевидно, что его желательно максимально сократить. Отсюда необходимость использования средств регулировки, которые должны быть немногочисленными, быстрыми в действии и простыми в управлении.

По причинам, аналогичным вышеизложенным, опора бура должна иметь небольшие размеры и быть достаточно легкой, чтобы ее можно было легко переносить. Ограниченное пространство, в котором используются перфораторы, делает это условие, как и в случае с самой машиной, очень важным. Необходимо помнить, что после каждого взрыва отбитую породу нужно убирать, и быстрота выполнения работ требует, чтобы операции по уборке проводились без помех. Опора бура, занимающая значительную часть свободного пространства в шахте или выработке, является причиной неудобств и источником серьезных задержек. Более того, поскольку ее приходится постоянно перемещать с места на место, она должна быть достаточно легкой, чтобы ее можно было без труда поднять или переместить. В подземных выработках ручная сила, как правило, является единственно доступной, и поэтому желательно, чтобы и машина, и ее опора имели такой вес, чтобы каждый из них мог поднять один человек. Конечно, при любой попытке уменьшить вес опоры необходимо помнить о необходимости большой прочности и жесткости.

В просторных выработках, таких как те, что проводятся при строительстве железнодорожных тоннелей, могут использоваться опоры специального типа. В этих условиях условия работы отличаются от тех, что существуют в шахтах. Пространство менее ограничено, выработка начинается с поверхности, а на почве проложены рельсовые пути и разъезды. В таком случае опора может состоять из более массивной конструкции, установленной на колеса для движения по рельсам. Эта опора будет нести несколько машин, и чтобы убрать ее с пути, когда возникает необходимость, ее будут откатывать на разъезд; но для обычных горных работ такая опора не подходит.

Распорная колонка.

— Простейшим видом опоры является «распорная колонка». Она по существу состоит из штанги, сконструированной таким образом, что ее можно удлинять или укорачивать по желанию с помощью винта. Она фиксируется в нужном положении путем приведения концов в плотный контакт с боками или с кровлей и почвой выработки. Машина крепится к этой штанге с помощью зажима, который при ослаблении скользит вдоль штанги и позволяет установить бур в требуемое положение и направить его под требуемым углом. Штанга, показанная на рис. 26, табл. V, — это та, что используется с буром Дарлингтона; в ней легкость и жесткость сочетаются в максимально возможной степени благодаря использованию полого профиля. Способ установки штанги в выработке показан на чертеже; концевые захваты устанавливаются против деревянных прокладок на почве и кровле и затягиваются поворотом винта с помощью обычного лома.

Простая распорная колонка часто используется в узких выработках и в шахтах малого диаметра. Но более удовлетворительная опора в выработках обеспечивается штангой, соответствующим образом установленной на каретке, предназначенной для движения по рельсам. Каретка состоит просто из тележки, к передней части которой штанга обычно крепится с помощью какого-либо шарнирного соединения. Очевидно, что детали конструкции этой опоры могут сильно варьироваться, и было представлено и принято множество конструкций. На рис. 27 и 28, табл. VI, показана опора такого типа, разработанная Дж. Дарлингтоном. Одиночная вертикальная штанга установлена на передней части тележки и закреплена обычными средствами против центра кровли. Эта вертикальная штанга несет кронштейн, который способен поворачиваться на ней, как на оси, и перемещаться вверх и вниз. Этот кронштейн несет бур. После того как центральная штанга установлена в нужном положении, кронштейн сдвигается в самое верхнее требуемое положение и закрепляется против бока выработки. Затем с этого кронштейна бурится ряд шпуров. Когда они закончены, кронштейн опускается на необходимое расстояние, и бурится еще один ряд шпуров. Это продолжается до тех пор, пока все шпуры не будут пробурены на одной половине забоя. Затем кронштейн поворачивается и закрепляется против другого бока выработки, и шпуры бурятся на этой половине забоя аналогичным образом. Таким образом, одна половина выработки остается свободной, чтобы операции по уборке отбитой породы могли проводиться одновременно. При желании можно использовать два кронштейна. Такое устройство, несомненно, дает большие удобства для работы бура и оставляет выработку сравнительно свободной.

При проходке шахт используется та же опора, слегка модифицированная, без тележки. Устройство, принятое в этом случае, показано на рис. 29, табл. VII. Центральная штанга прочно удерживается в своем положении поперечной распорной штангой, установленной против боков шахты. Кронштейны сделаны вращающимися на этой штанге, чтобы позволить бурить шпуры в требуемых положениях. Когда все шпуры пробурены, опора вместе с машинами вытягивается с помощью цепи, прикрепленной к центральной штанге, в сторону от места взрыва. С этой опорой время на установку, подъем и опускание сводится к минимуму; в то время как легкость, с которой машины могут перемещаться вдоль кронштейна и закрепляться на нем, а также возможность изменения положения последнего позволяют вести бурение быстро.

Для открытых работ, например, при разработке карьеров, где нельзя использовать распорную колонку, применяется тренога.

Каретка Дюбуа-Франсуа.

— Опора, обычно используемая во Франции и Бельгии, состоит из своего рода каретки, несущей штанги, на которых установлены буры. Эта каретка используется в выработках всех видов; но она особенно подходит для тоннельных работ. Она была принята, лишь с небольшими модификациями, в тоннеле Сен-Готард и в ряде других важных работ аналогичного характера.

Модификация каретки показана на рис. 30 и 31. Будучи предназначенной для обычных горных работ, она несет только две машины; но легко заметить, что путем увеличения количества вертикальных винтов та же опора может быть сделана несущей большее количество. Она по существу состоит из вертикальной рамы из полосового железа a b c d, длиной 8 футов и высотой 4 фута 9 дюймов над рельсами, задняя часть которой опирается на чугунную плиту e f g h, установленную на двух колесах; на ней закреплены две стойки l, l', которые, будучи связанными с верхней частью поперечной штангой m m', образуют каркас, служащий опорой для двух вертикальных винтов p', q'. Передний каркас образован двумя продольными балками b c и b' c', стойками a, a' и вертикальными винтами p, q, которые соединены с верхней частью единой деталью a d. Этот каркас опирается снизу на небольшую тележку с четырьмя колесами, соединенную с двумя продольными балками каркаса с помощью поворотного болта n Т-образной формы, причем стержень Т вставлен в удлиненные отверстия o, прорезанные посередине изогнутой части продольных балок. Чугунная плита сзади, использование которой служит лишь для придания устойчивости каретке, несет над собой с помощью двух изогнутых деталей h, h' плиту V из кованого железа, на которой хранятся мелкие инструменты, необходимые для ремонта. Два винта s, s', установленные на проушинах, отлитых на задней стороне плиты, служат для фиксации каретки путем их опускания на рельсы, при этом каретка слегка приподнимается винтами.

Каждая машина поддерживается в двух точках. Сзади точка опоры обеспечивается чугунным кронштейном t, имеющим выступающее ушко, которое входит между двумя щеками, образованными в задней части машины продолжениями двух продольных балок каркаса. Штифтовой болт, установленный на машине, позволяет закрепить последнюю на кронштейне, оставляя при этом достаточную свободу движения, чтобы ее можно было направить под требуемым углом. Этот кронштейн, показанный на плане на рис. 33, поддерживается своего рода гайкой (рис. 32), имеющей две рукоятки, с помощью которых ее можно легко поворачивать. Поднимая или опуская ее, заднюю опору бура можно установить на требуемую высоту. Чтобы предотвратить ее вращение на винте, через отверстие o пропускается штифт, который служит упором для вышеупомянутых рукояток. Вращение самого кронштейна становится невозможным из-за формы вертикального винта, на котором он установлен, как показано на рис. 33. Спереди опорой служит вилка, хвостовик которой скользит вдоль детали U (рис. 30 и 31). Эта опора, которая не имеет внутренней резьбы, опирается на гайку той же формы, что и описанная ранее, и для предотвращения вращения применяются те же средства, что и в случае с задними опорами.

Раздел III. — Приспособления для взрывания зарядов.

В предыдущих разделах были рассмотрены машины и инструменты, используемые при бурении горных пород. Теперь осталось описать те, которые применяются при взрывании зарядов после их помещения в шпуры. В этом направлении в последнее время также был достигнут большой прогресс. С появлением новых взрывчатых веществ возникла необходимость в улучшенных средствах их взрывания. Внимание, таким образом, было обращено на этот предмет, его требования были исследованы, а условия соблюдены, результатом чего стали некоторые важные модификации старых приспособлений и внедрение совершенно новых. Некоторые из осуществленных улучшений едва ли менее примечательны, чем замена ручного бурения машинным.

Рис. 28.

Рис. 29.

Средства, с помощью которых взрывается заряд взрывчатого вещества, помещенный в шпур, составляют очень важную часть комплекта приспособлений, используемых при взрывных работах. Условия, которым должны удовлетворять любые такие средства: (1) они должны взрывать заряд с уверенностью; (2) они должны позволять лицу, в чьи обязанности входит взрывание заряда, находиться на безопасном расстоянии, когда происходит взрыв; (3) они должны быть практически пригодными и применимыми во всех ситуациях; и (4) они должны быть доступны по низкой цене. Чтобы выполнить второе и самое важное из этих условий, средства должны быть либо медленными в действии, либо способными приводиться в действие на расстоянии. Единственным известным средством, обладающим последним качеством, является электричество. Применение электричества для этой цели относится к недавнему времени, и вследствие больших преимуществ, которые оно предлагает, его использование быстро расширяется. Другие средства, находящиеся в обычном употреблении, — это те, которые медленны в действии и которые позволяют тем самым пройти достаточному времени между их воспламенением и взрывом заряда, чтобы человек мог отойти на безопасное расстояние. Эти средства обычно состоят из порохового шнура, расположенного таким образом, что воспламенение частиц должно быть неизбежно постепенным и медленным. Старый, и в некоторых местах все еще применяемый, способ создания этого шнура был следующим: железный стержень малого диаметра, заканчивающийся острием, называемый «забойником», вставлялся в заряд и оставлялся в шпуре, пока забойка утрамбовывалась. Когда эта операция была завершена, забойник извлекался, оставляя отверстие через забойку до самого заряда. В это отверстие вставлялась соломинка, тростник, гусиное перо или какое-либо другое подобное полое вещество, наполненное порохом. Затем к верхнему концу этого шнура прикреплялся кусок огнепроводного шнура, который поджигался.

Сгорание пороха, заключенного в соломинке, поджигало заряд, причем время, обеспечиваемое медленным горением шнура, было достаточным, чтобы позволить человеку, который его поджег, отойти в безопасное место. Однако этот метод формирования шнура не удовлетворяет всем вышеупомянутым условиям. Он не легко применим во всех ситуациях. Более того, использование железного забойника может быть источником опасности; трение этого инструмента о кремнистые вещества в стенках шпура или в забойке в некоторых случаях приводило к случайным взрывам. Эта опасность, однако, очень сильно уменьшается при использовании меди или фосфористой бронзы вместо железа для забойников. Но метод является дефектным в некоторых других отношениях. При многих видах забойки существует трудность в поддержании отверстия открытым после извлечения забойника, пока не будет вставлена соломинка. Когда шпуры направлены вверх, помимо этой трудности, другая возникает из-за склонности пороха, составляющего шнур, высыпаться при воспламенении. А во влажных условиях приходится принимать специальные меры для защиты шнуров. Более того, изготовление этих шнуров рабочими всегда является источником опасности. Многие из этих дефектов в системе, однако, могут быть устранены путем использования правильно сконструированных шнуров. Один из таких шнуров или «петард» показан в натуральную величину на рис. 28.

Огнепроводный шнур.

— Многие дефекты, присущие этой системе, были устранены с введением шнура, изобретенного У. Бикфордом и известного как «огнепроводный шнур». Достоинства этого шнура, который показан в натуральную величину на рис. 29, таковы, что делают его одним из самых совершенных средств медленного действия, которые были разработаны до сих пор. Пороховой шнур сохранен в этом изделии, но детали его устройства изменены так, чтобы достаточно полно удовлетворять условиям, ранее установленным как необходимые. Он состоит из гибкого шнура, состоящего из центральной сердцевины из мелкого пороха, окруженной пеньковыми нитями, скрученными в трубку, называемую оплеткой. Внешняя оболочка изготавливается из различных материалов, в зависимости от обстоятельств, при которых он предназначен для использования. Центральная запальная нить, или в некоторых случаях две нити, проходит через сердцевину из пороха. Этот шнур, который по внешнему виду напоминает кусок обычного шнура, довольно надежен в своем действии; он может использоваться с одинаковой легкостью в шпурах, пробуренных в любом направлении; он способен выдерживать значительное давление без повреждений; он может использоваться без специальных средств защиты во влажном грунте; и его можно перевозить с места на место без риска повреждения.

В огнепроводном шнуре условия медленного горения полностью соблюдены, а надежность в некоторой мере обеспечивается запальной нитью, проходящей через центр сердцевины. Поскольку сгорание сердцевины оставляет в малом пространстве, занимаемом ею, углеродистый остаток, через забойку почти не остается прохода, по которому могли бы выйти газы взрывающегося заряда, как в случае с петардами. Отсюда проистекает экономия силы. Еще одно преимущество, предлагаемое огнепроводным шнуром, заключается в том, что его можно заставить нести огонь в центр разрывного заряда, если желательно получить быстрое воспламенение. Этот шнур также можно очень удобно использовать для взрывания зарядов соединений, отличных от пороха, путем прикрепления детонирующего заряда к его концу и опускания последнего в заряд соединения. Это средство обычно применяется при взрывании нитроглицериновых соединений, причем детонирующий заряд в таких случаях обычно содержится внутри металлического колпачка. При использовании этого шнура отрезается достаточная длина, чтобы достичь от заряда до расстояния около дюйма, или дальше, если необходимо, за пределами устья шпура. Один конец затем раскручивается на высоту около четверти дюйма и помещается на эту глубину в заряд. Шнур помещается против стенки шпура, а другой конец выступает за его пределы, забойка закладывается, а выступающий конец шнура слегка раскручивается. Затем к этой части можно приложить огонь. Скорость горения составляет около двух с половиной футов в минуту.

Огнепроводный шнур продается в бухтах длиной 24 фута. Цена варьируется в зависимости от качества и степени защиты, предоставляемой шнуру.

Электрические детонаторы.

— Использование электричества для взрывания заряда при взрывных работах предлагает многочисленные и большие преимущества. Самым важным, пожалуй, является значительно увеличенный эффект взрывов, когда заряды взрываются одновременно. Но другое преимущество, немаловажное, заключается в безопасности от несчастных случаев, которую дает это средство взрывания. Когда используется электричество, заряд можно не только взорвать в желаемый момент, после того как рабочие отошли в безопасное место, но и полностью избежать опасности, связанной с осечкой. Более того, удобство, предоставляемое электричеством для взрывания зарядов под водой, является особенностью этого агента, имеющей очень большое практическое значение. Поэтому кажется, что если принять во внимание все эти преимущества, электричество суждено стать общеприменимым для взрывных работ в этой стране, как это уже имеет место в Германии и Америке.

Электрический детонатор состоит из заряда взрывчатого соединения, соответствующим образом помещенного в цепь электрического тока, причем это соединение имеет такой характер, что на него воздействует ток таким образом и в такой степени, чтобы вызвать взрыв. Способ, которым ток заставляют воздействовать, зависит от природы источника электричества. Тот, который генерируется машиной, имеет высокое напряжение, но малую силу; в то время как тот, который генерируется батареей, наоборот, имеет низкое напряжение, но большую силу. Электричество высокого напряжения способно перескакивать через узкий разрыв в цепи, и этим свойством пользуются, чтобы поместить в разрыв взрывчатое соединение, достаточно чувствительное, чтобы разложиться при прохождении тока. Электричество, генерируемое в батарее, хотя и неспособно перескочить через разрыв в цепи, имеет достаточную силу, чтобы развить высокую степень тепла. Этим свойством пользуются для воспламенения взрывчатого соединения путем уменьшения площади поперечного сечения проволоки, составляющей часть цепи в определенной точке, и окружения этой проволоки соединением. Очевидно, что любое взрывчатое соединение может быть взорвано таким образом; но для цели повышения эффективности батареи предпочтение отдается тем соединениям, которые воспламеняются при низкой температуре. Отсюда можно заметить, что существуют два вида электрических детонаторов, а именно: те, которые могут быть взорваны с помощью машины, и которые называются «детонаторами высокого напряжения», и те, которые требуют батареи, и которые известны как «детонаторы низкого напряжения».

В детонаторах высокого напряжения, или машинных, цепь прерывается внутри корпуса детонатора, а запал, как отмечалось ранее, вставляется в разрыв; ток, перескакивая через промежуток, проходит через запал. В детонаторах низкого напряжения, или батарейных, уменьшение площади поперечного сечения осуществляется путем разрыва проводящего провода внутри корпуса детонатора и повторного соединения разорванных концов провода путем припаивания к ним короткого куска очень тонкой проволоки. Платиновая проволока, из-за ее высокого сопротивления и низкой удельной теплоемкости, обычно используется для этой цели. Запальный состав помещается вокруг этой тонкой проволоки, которая нагревается докрасна током, как только цепь замыкается.

Преимущества высокого напряжения заключаются главным образом в удобной форме и быстром действии машин, используемых для возбуждения электричества. Будучи небольшими по размерам и весу, простыми в конструкции и не склонными быстро выходить из строя, эти источники электричества особенно подходят для использования в горных работах, особенно когда эти операции поручаются, как это обычно бывает, людям, не имеющим научных знаний.

Другим преимуществом высокого напряжения является малое влияние сопротивления линии на ток, следствием чего является то, что взрывы могут производиться на больших расстояниях от машины и через железную проволоку очень малого сечения. Недостатком высокого напряжения является необходимость идеальной изоляции проводов.

Когда используется электричество низкого напряжения, изоляция проводов не должна быть идеальной, так что утечки, возникающие из-за повреждения покрытия провода, не имеют большого значения. Во многих случаях можно использовать оголенные провода. Другими преимуществами низкого напряжения являются возможность проверки детонатора в любой момент с помощью слабого тока и почти абсолютная надежность действия. По этой причине его обычно предпочитают для торпед и важных подводных работ. С другой стороны, используемые медные провода должны быть сравнительно большого сечения, а влияние сопротивления линии настолько значительно, что только небольшое количество зарядов может быть взорвано одновременно, когда расстояние велико.

Рис. 30.

Рис. 31.

Рис. 32.

На рис. 30 показан внешний вид электрического детонатора высокого напряжения. Он состоит из металлического колпачка, содержащего детонирующий состав, поверх которого помещен запал, воспламеняемый электрической искрой. Концы двух изолированных проводов выступают в этот запал, который воспламеняется при прохождении искры от одного из этих проводов к другому. Изолированные провода достаточно длинны, чтобы выступать на несколько дюймов за пределы шпура.

Иногда детонатор прикрепляется к концу палки, а провода прикрепляются к последней способом, показанным на рис. 31. Жесткость палки позволяет легко протолкнуть детонатор в шпур. Когда грунт не очень влажный, для дешевизны используются оголенные провода, и палка в этом случае покрывается промасленной бумагой или каким-либо другим веществом, способным противостоять влаге. Эти «взрывные палки», как их называют, широко используются в Германии. Когда применяется тяжелая забойка, палка не подходит из-за пространства, которое она занимает в шпуре.

Способ изоляции проводов, менее дорогой, чем гуттаперча, показанный на рис. 30, проиллюстрирован на рис. 32. В этом случае провода склеиваются между полосками бумаги, и все это окунается в какое-либо смолистое вещество для защиты от воды. Эти «ленточные» провода могут использоваться в грунте, который не очень влажный. Они занимают мало или вообще не занимают места в шпуре и поэтому подходят для использования с забойкой.

Для соединения детонаторов с машиной или батареей требуются два комплекта проводов, когда взрывается один заряд, и три комплекта могут потребоваться, когда два или более зарядов взрываются одновременно. Из этих нескольких комплектов проводов первый состоит из тех, которые прикреплены к детонаторам и которые, по причине их помещения в шпур, называются «шпуровыми проводами». Два шпуровых провода должны быть прикреплены к каждому детонатору, и они должны быть такой длины, чтобы, когда детонатор помещен в свое надлежащее положение в заряде, концы могли выступать на несколько дюймов из шпура. Эти провода также должны быть «изолированы», то есть покрыты веществом, способным предотвратить утечку электричества.

Второй комплект проводов состоит из тех, которые используются для соединения зарядов друг с другом и которые по этой причине называются «соединительными проводами». При соединении зарядов в одну цепь конец одного из шпуровых проводов первого заряда оставляется свободным, а другой провод соединяется с помощью куска этого соединительного провода с одним из шпуровых проводов во втором шпуре; другой провод во втором шпуре затем соединяется таким же образом с одним из проводов в третьем шпуре; и так далее, пока не будет достигнут последний шпур, один шпуровой провод которого оставляется свободным, как и в первом. Всякий раз, когда соединительные провода можно уберечь от касания породы, а также от соприкосновения друг с другом — а в большинстве случаев это можно сделать — можно использовать оголенный провод, стоимость которого очень мала. Но когда это условие не может быть соблюдено, и, конечно, при взрывных работах в воде, соединительные провода, подобно шпуровым проводам, должны быть изолированы. Когда используются гуттаперчевые шпуровые провода, лучше всего иметь их достаточно длинными, чтобы концы, выступающие из одного шпура, могли достичь тех, что выступают из следующего шпура. Это делает соединительный провод ненужным и, более того, экономит одно соединение для каждого заряда.

Рис. 33.

Рис. 34.

Кабели.

— Третий комплект требуемых проводов состоит из тех, которые используются для соединения зарядов с машиной или батареей. Эти провода, которые называются «кабелями», состоят каждый из трех или более жил медной проволоки, хорошо изолированных гуттаперчей или, что лучше, индийской резиной, причем покрытие из этих материалов защищено от повреждений оплеткой из тесьмы или оцинкованной железной проволоки, подложенной пенькой. Для завершения цепи требуются два кабеля; тот, который прикреплен к положительному полюсу машины, то есть полюсу, через который электрический ток выходит наружу, называется «ведущим кабелем», а другой, который прикреплен к отрицательному полюсу, то есть полюсу, через который ток возвращается к машине, описывается как обратный кабель. Иногда как ведущий, так и обратный кабели содержатся внутри одной оболочки. Когда используется кабель, имеющий металлическую оплетку, оплетка может быть сделана служащей в качестве обратного кабеля, при условии соблюдения хорошего металлического контакта с проводами, которые соединяют оплетку с детонаторами и с клеммой машины. Лучший вид незащищенного кабеля состоит из трехжильной луженой медной проволоки, каждая диаметром 0,035 дюйма, изолированной тремя слоями индийской резины до диаметра 0,22 дюйма и обмотанной пропитанным индийской резиной хлопком до диаметра 0,24 дюйма, как показано на рис. 33. Лучший защищенный кабель состоит из аналогичной жилы медной проволоки, покрытой гуттаперчей и просмоленным джутом, и защищенной пятнадцатью оцинкованными железными проволоками диаметром 0,08 дюйма каждая, до общего диаметра 0,48 дюйма, как показано на рис. 34.

Детонаторы.

— Новые взрывчатые вещества класса нитрохлопка и нитроглицерина не могут быть эффективно взорваны только с помощью огнепроводного или другого шнура. Чтобы вызвать их мгновенное разложение, необходимо произвести в их среде взрыв какого-либо другого вещества. Сила этого начального взрыва заставляет заряд пироксилина или динамита, в зависимости от случая, детонировать. Было обнаружено, что взрыв гремучей ртути вызывает этот результат наиболее эффективно и с наибольшей уверенностью; и это вещество поэтому обычно используется для этой цели. Заряд гремучей ртути содержится в медной капсуле диаметром около четверти дюйма и длиной от 1 до 1 1/4 дюйма. Эти капсули с их зарядом гремучей ртути, которые сейчас хорошо известны пользователям нитросоединений, называются «детонаторами». Высшей важности является то, чтобы эти детонаторы содержали достаточно сильный заряд для производства детонации, ибо если он слишком слаб, то не только не развивается вся сила взрывчатого вещества, но и образуется большое количество вредного газа. Пироксилин требует гораздо более сильного заряда гремучей ртути, чем динамит.

Рис. 35.

В проиллюстрированных электрических детонаторах показанный металлический корпус является детонатором, причем запал помещен внутри над гремучей ртутью. Когда используется огнепроводный шнур, конец отрезается ровно и вставляется в капсулу, которая затем плотно прижимается к шнуру с помощью пары щипцов, как показано на рис. 35. Когда используется водяная забойка и когда при обычной забойке шпур очень влажный, вокруг края капсулы необходимо нанести немного белил или смазки в качестве защиты. Электрические детонаторы всегда делаются водонепроницаемыми; следовательно, они готовы к использованию при любых обстоятельствах. Когда огнепроводный шнур догорает до капсулы или когда в другом случае воспламеняется запал электрического детонатора, гремучая ртуть взрывается и вызывает детонацию заряда, в котором она помещена.

Взрывные машины и батареи.

— Электрические машины, используемые для взрывания детонаторов высокого напряжения, бывают двух видов. В одном виде электричество возбуждается трением и накапливается в конденсаторе, чтобы впоследствии быть разряженным с помощью подходящих средств, предусмотренных для этой цели. В другом виде электричество возбуждается движением якоря перед полюсами магнита. Первые называются «фрикционными электрическими» взрывными машинами; вторые известны как «магнитоэлектрические» взрывные машины. Когда магнитоэлектрическая машина содержит электромагнит вместо постоянного магнита, она описывается как «динамоэлектрическая взрывная машина».

Фрикционные машины действуют очень хорошо в качестве взрывных машин, пока они содержатся в надлежащем состоянии. Но поскольку они подвергаются вредному воздействию влажной атмосферы и быстро ослабевают при использовании из-за износа подушечек, необходимо следить за тем, чтобы они были в хорошем электрическом состоянии перед использованием их для взрывания. Если не проявлять такой заботы, количество электричества, возбуждаемого заданным числом оборотов пластины, будет очень изменчивым, и последуют досадные отказы. Если, однако, соблюдаются надлежащие меры предосторожности, могут быть получены очень верные и удовлетворительные результаты. В Германии и в Америке обычно используются фрикционные взрывные машины.

Магнитоэлектрические машины обладают очень ценным качеством постоянства. Они не подвержены в какой-либо заметной степени атмосферным изменениям, и они не подвержены износу. Эти качества имеют неоценимую ценность во взрывной машине, используемой для обычных взрывных работ. Более того, поскольку они дают электричество более низкого напряжения, чем фрикционные машины, дефекты изоляции менее важны. Из этих машин только динамо-разновидность подходит для промышленных взрывных работ. Первостепенное значение имеет то, чтобы взрывная машина обладала большой мощностью. Ошибка использования слабых машин сделала больше, чем что-либо другое, чтобы воспрепятствовать принятию электрического взрывания в этой стране.

Рис. 36.

Машина, наиболее используемая в Германии, — это фрикционная взрывная машина Борнхардта, показанная на рис. 36. Эта машина содержится в деревянном ящике длиной 20 дюймов, шириной 7 дюймов и глубиной 14 дюймов, по внешним измерениям. Вес составляет около 20 фунтов.

Чтобы взорвать заряды с помощью этой взрывной машины, ведущий провод прикрепляется к верхней клемме B, а обратный — к нижней клемме C, причем другие концы этих проводов соединяются с детонаторами. Затем рукоятка энергично поворачивается от пятнадцати до тридцати раз, в зависимости от количества детонаторов и состояния машины, чтобы возбудить электричество. Затем внезапно нажимается кнопка A, и происходит разряд. Чтобы установить состояние машины, на внешней стороне предусмотрена шкала из пятнадцати латунных гвоздей, которая может быть приведена в связь с полюсами B и C с помощью латунных цепей, как показано на чертеже. Если после двенадцати или четырнадцати оборотов искра перескакивает через шкалу при нажатии кнопки, машина находится в достаточно хорошем рабочем состоянии. Для обеспечения безопасности занятых людей рукоятка сконструирована так, чтобы ее можно было снимать, когда машина не находится в фактическом использовании; а конец машины, в который вводятся провода кабеля, сделан закрывающимся крышкой и замком, ключ от которого должен всегда находиться у человека, ответственного за взрывные работы.

Рис. 37.

Рис. 38.

В Америке в обычном употреблении находятся две фрикционные взрывные машины. Одна, показанная на рис. 37, является изобретением Г. Джулиана Смита. Аппарат заключен в деревянный ящик размером около 1 фута в квадрате и 6 дюймов в глубину. Рукоятка находится на верхней части ящика и поворачивается горизонтально. Эта рукоятка является съемной, как в машине Борнхардта. После того как провода кабеля прикреплены к клеммам, рукоятка поворачивается вперед определенное количество раз, чтобы возбудить электричество, а затем поворачивается на четверть оборота назад, чтобы разрядить конденсатор и произвести взрыв. Благодаря этому устройству избегается необходимость во втором отверстии для связи с внутренней частью, что является важным моментом во фрикционных машинах, которые так легко подвергаются воздействию влаги. Отверстие, через которое проходит ось пластины, на которой закреплена рукоятка, плотно закрыто сальниковой коробкой. Кожаный ремень на одном конце ящика позволяет легко переносить машину. Вес этой взрывной машины составляет менее 10 фунтов.

Другая используемая взрывная машина — это та, что разработана Дж. Моубреем. Эта машина, которая показана на рис. 38, содержится в деревянном ящике бочкообразной формы и известна как взрывная машина «пороховой бочонок», причем форма и размеры ящика соответствуют таковым порохового бочонка. Действие аналогично действию машины, описанной последней. После того как провода кабеля прикреплены к клеммам на одном конце бочонка, рукоятка на другом конце поворачивается вперед, чтобы возбудить электричество, а конденсатор разряжается путем совершения четверти оборота назад, как в машине Смита. Рукоятка в этом случае также является съемной. Вес взрывной машины «пороховой бочонок» составляет около 26 фунтов.

Обе эти машины очень широко используются, и от них получаются хорошие результаты. Они хорошо стоят во влажной атмосфере и не быстро выходят из строя от износа подушечек. Они также, особенно первая, очень легко переносимы.

Рис. 39.

Машина, обычно используемая в Англии, — это динамоэлектрическая взрывная машина фирмы Сименс. Эта машина, которая является лучшей в своем роде из представленных для взрывных работ, не более чем вдвое меньше фрикционной взрывной машины Борнхардта; но она значительно превосходит последнюю по весу, вес машины Сименса составляет около 55 фунтов. Аппарат, который содержится внутри корпуса, показанного на рис. 39, состоит из обычного якоря Сименса, который заставляют, путем вращения рукоятки, вращаться между полюсами электромагнита. Обмотки электромагнита находятся в цепи с проводом якоря; остаточный магнетизм сердечников электромагнита возбуждает сначала слабые токи; они проходят в обмотки, тем самым увеличивая магнетизм сердечников и индуцируя еще более сильные токи в проводе якоря, до предела магнитного насыщения железных сердечников электромагнитов. Благодаря автоматическому действию машины этот мощный ток при каждом втором обороте рукоятки посылается в кабели, ведущие к детонаторам.

Чтобы взорвать с помощью этой машины, рукоятку вращают осторожно, пока не послышится щелчок изнутри, указывающий на то, что рукоятка находится в правильном положении для начала. Затем провода кабеля прикрепляются к клеммам, и рукоятку вращают быстро, но равномерно. По завершении второго оборота ток посылается в линию, как это называется, то есть ток проходит через кабели и детонаторы. Как и в случае с фрикционными машинами, рукоятка для безопасности сделана съемной. Эта взрывная машина практически не подвержена воздействию влаги, и она не склонна выходить из строя от износа.

Индукционные катушки использовались для взрывания детонаторов высокого напряжения; но удивительно, что они не были более широко применены для этой цели. Катушка, разработанная для требуемой от нее работы, является очень эффективным инструментом. Если она сконструирована так, чтобы давать искру длиной не более трех дюймов, со сравнительно толстой проволокой для силы тока, она делает очень мощную взрывную машину. Возражением против ее использования является необходимость в батарее. Но несколько элементов бихромата калия, снабженных спиральными пружинами для удержания цинков вне жидкости и разработанных так, чтобы приводиться в действие простым нажатием на цинки, доставляют мало хлопот, так что возражение не является серьезным. Автор использовал индукционную взрывную машину в обычных горных работах, не испытывая никаких трудностей или неудобств. Она дешева, легко переносима и постоянна в своем действии.

Батареи используются для взрывания того, что известно как «детонаторы количества» или «низкого напряжения». Любые элементы могут быть применены для этой цели; но они не все одинаково подходят. Взрывная батарея должна требовать мало внимания и должна оставаться в рабочем состоянии в течение длительного времени. Эти условия удовлетворительно выполняются только двумя элементами, а именно: Лекланше и бихромат калия. Последний является более мощным и, как правило, более подходящим. Элемент Лекланше широко используется в этой стране для целей взрывания в форме, известной как «взрывная батарея Сильвертаун». Эта батарея состоит из прямоугольного тикового ящика, содержащего десять элементов. Два или более из них могут быть соединены вместе, когда требуется большая мощность. Во Франции батарея, используемая обычно для взрывания, — это бихроматная. Эта батарея гораздо мощнее, чем Лекланше, и, поскольку никакое действие не происходит, когда цинки вынуты из жидкости, она столь же долговечна. Она, более того, гораздо дешевле. По предложению автора г-н Аппс из Стрэнда, Лондон, сконструировал бихроматную взрывную батарею очень большой мощности. Она содержится в ящике меньшего размера, чем 10-элементный Сильвертаун. Взрывание осуществляется простым опусканием цинков, которые снова автоматически поднимаются из жидкости, так что нет опасности, что батарея истощит себя непрерывным действием в случае небрежности. Внешне эта батарея, как и Сильвертаун, выглядит как простой прямоугольный ящик, так что иллюстрация не требуется. С любой из них обычные возражения, выдвигаемые против использования батарей на основании хлопот, связанных с поддержанием их в порядке, и их склонности быть поврежденными невежественным или небрежным обращением, не применяются или, по крайней мере, применяются лишь в очень незначительной степени.

Для предотвращения осечек используемый аппарат или батарея должны быть сконструированы так, чтобы обеспечивать очень мощный ток. Если соблюдать эту предосторожность и ограничить количество детонаторов в цепи половиной того числа, которое аппарат способен воспламенить с достаточной степенью уверенности, можно получить вполне удовлетворительные результаты. Использование слабых аппаратов и батарей неизбежно ведет к неудачам. В сознании тех, кто до сих пор пробовал применять электрическое взрывание в этой стране, по-видимому, отсутствует какое-либо представление о связи между объемом выполняемой работы и силой, затрачиваемой на ее выполнение. Электрический взрыватель рассматривается как своего рода волшебная коробка, которую нужно только привести в действие, чтобы получить любой требуемый результат. Всякий раз, когда происходит неудача, причина без колебаний приписывается детонаторам.

ГЛАВА II. ВЗРЫВЧАТЫЕ ВЕЩЕСТВА, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ.

Раздел I. — Явления, сопровождающие взрыв.

Природа взрыва.

— Соединение кислорода с другими веществами, к которым он имеет сродство, в общем называется «окислением». Результатом этого соединения является новое вещество, а процесс изменения сопровождается выделением тепла. Количество тепла, выделяющегося при химическом соединении двух веществ, постоянно, то есть оно одинаково при любых условиях. Если изменение происходит за короткий промежуток времени, тепло становится ощутимым; но если изменение протекает очень медленно, тепло не ощущается. Однако в обоих случаях выделяется одно и то же количество. Таким образом, хотя количество тепла, выделяемого при химическом соединении, при любых условиях одинаково, степень или интенсивность тепла определяется быстротой, с которой происходит изменение.

Когда окисление происходит достаточно быстро, чтобы вызвать ощутимую степень нагрева, процесс описывается как «горение». Окисление куска кокса в печи, например, происходит за короткий промежуток времени, и, поскольку количество тепла, выделяемого при окислении такого веса углерода, велико, возникает высокая температура. И хорошо известно и очевидно, что по мере ускорения горения, или, другими словами, по мере сокращения времени изменения, интенсивность тепла пропорционально возрастает. Так, в случае с обычным светильным газом окисление водорода происходит быстро, и, следовательно, возникает высокая степень нагрева.

Когда окисление происходит за промежуток времени, настолько короткий, что он не воспринимается чувствами, процесс описывается как «взрыв». Горение заряда пороха, например, происходит с такой быстротой, что невозможно заметить какой-либо интервал между началом и окончанием процесса. Поэтому окисление в данном случае правильно описывается как взрыв; но горение порохового шнура или куска огнепроводного шнура, хотя и чрезвычайно быстрое, все же, поскольку оно растянуто на ощутимый промежуток времени, так не описывается. По аналогии, внезапное изменение состояния, которое происходит, когда вода «мгновенно» превращается в пар, называется взрывом. Здесь можно заметить, что применение этого выражения к разрыву парового котла является злоупотреблением языком; с таким же успехом мы можем говорить о «взрыве» горной породы.

Из рассмотрения фактов, изложенных в предыдущих абзацах, можно заметить, что окисление путем взрыва дает максимальную интенсивность тепла.

Измерение тепла и удельная теплоемкость.

— Известно, что если определенное количество тепла повышает температуру тела на один градус, то удвоенное количество повысит ее на два градуса, утроенное — на три градуса и так далее. Таким образом, мы можем получить меру тепла, с помощью которой можно определить либо температуру, до которой данное количество тепла способно нагреть данное тело, либо количество тепла, содержащееся в данном теле при данной температуре. Количество тепла, необходимое для изменения температуры на один градус, различно для разных тел, но практически постоянно для одного и того же тела, и это количество называется «удельной теплоемкостью» тела. Стандартом, принятым для измерения удельной теплоемкости тел, является вода, где единицей измерения служит количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 фунта воды на 1° по Фаренгейту, скажем, от 32° до 33°. Количество тепла, необходимое для производства такого изменения температуры в 1 фунте воды, называется «единицей тепла» или «тепловой единицей». Определив удельную теплоемкость воды, можно аналогичным образом установить удельную теплоемкость воздуха и выразить ее через первую. Экспериментами доказано, что если воздух нагревается при постоянном давлении на 1° по Фаренгейту, количество поглощенного тепла составляет 0,2375 тепловых единиц, независимо от давления или температуры воздуха. Аналогично было показано, что удельная теплоемкость воздуха при постоянном объеме составляет, в тепловых единицах, 0,1687; то есть, если воздух ограничен так, что расширение невозможно, для повышения его температуры на один градус потребуется 0,1687 тепловой единицы.

Тепло, выделяемое при взрыве.

— При окислении углерода один атом кислорода может вступить в соединение с одним атомом этого вещества; образующееся тело представляет собой газ, известный как «окись углерода». Поскольку вес углерода относится к весу кислорода как 12 к 16, 1 фунту первого вещества для окисления потребуется 1 1/3 фунта последнего; и поскольку они вступают в соединение, продукт, окись углерода, будет весить 1 + 1 1/3 = 2 1/3 фунта. Соединение одного атома кислорода с одним атомом углерода во всем этом количестве, то есть 1 1/3 фунта кислорода с 1 фунтом углерода, генерирует 10 100 единиц тепла. Из этого количества 5700 единиц поглощается при переходе углерода из твердого состояния в газообразное, а 4400 единиц высвобождается. Количество высвобожденного тепла, а именно 4400 единиц, будет затрачено на повышение температуры газа с 32° по Фаренгейту, которую мы примем за температуру углерода и кислорода до горения, до гораздо более высокой степени, значение которой легко определить. 4400 единиц нагрели бы 1 фунт воды с 32° до 32 + 4400 = 4432°; и поскольку удельная теплоемкость окиси углерода составляет 0,17 при отсутствии увеличения объема, то же количество тепла нагреет 1 фунт этого газа с 32° до 32 + 4400/0,17 = 25 914°. Но в рассматриваемом случае мы имеем 2 1/3 фунта газа, результирующая температура которого составит 25 914 / 2 1/3 = 9718°.

При окислении окиси углерода один атом кислорода соединяется с одним атомом газообразного углерода; образующееся тело представляет собой газ, известный как «углекислый газ». Поскольку 2 1/3 фунта окиси углерода содержат 1 фунт углерода, этому количеству окиси потребуется 1 1/3 фунта кислорода для превращения ее в кислоту, то есть для полного окисления исходного фунта твердого углерода. При этом соединении, как уже было сказано, генерируется 10 100 единиц тепла, и, поскольку углерод теперь находится в газообразном состоянии, все это количество будет высвобождено. Следовательно, температура образующихся 3 2/3 фунта углекислого газа будет

32 + 4400 + 10,100 0·17 × 3·667 = 23,516°.

Из вышеизложенных соображений видно, что если 1 фунт чистого углерода сжечь в 2 2/3 фунта чистого кислорода, образуется 3 2/3 фунта углекислого газа и высвобождается 14 500 единиц тепла; и далее, что если газ ограничен пространством, занимаемым углеродом и кислородом до их соединения, температура продукта может достичь 23 516° по Фаренгейту.

При окислении водорода один атом кислорода соединяется с двумя атомами первого вещества; образующееся тело — вода. Поскольку вес водорода относится к весу кислорода как 1 к 16, 1 фунту первого газа для окисления потребуется 8 фунтов последнего; и поскольку два вещества вступают в соединение, продукт, вода, будет весить 1 + 8 = 9 фунтов. При этом соединении генерируется 62 032 единицы тепла. Из этого количества 8694 единицы поглощаются при превращении воды в пар, а 53 338 единиц высвобождаются. Удельная теплоемкость пара при постоянном объеме составляет 0,37, поэтому температура продукта горения, рассчитанная как прежде, будет

32 + 53,338 0·37 × 9 = 16,049°.

Отсюда можно заметить, что если 1 фунт водорода сжечь в 8 фунтах кислорода, образуется 9 фунтов пара и высвободится 53 338 единиц тепла; и далее, что температура продукта может достичь 16 049°.

Газы, образующиеся при взрыве.

— В предыдущем абзаце было показано, что при горении углерода один атом кислорода может соединиться с одним атомом углерода с образованием окиси углерода, или два атома кислорода могут соединиться с одним атомом углерода с образованием углекислого газа. Когда соединение происходит в соответствии с первыми пропорциями, реакция описывается как «неполное горение», потому что углерод окислен не полностью; но когда соединение осуществляется в последних пропорциях, горение называется «полным», потому что больше кислорода поглощено быть не может. Продукты горения в обоих случаях являются газообразными. Окись углерода, продукт неполного горения, является чрезвычайно ядовитым газом; именно этот газ так вреден в тупиковых выработках и во всех плохо проветриваемых местах после произведенного взрыва. Кубический фут окиси углерода, удельный вес которой составляет 0,975, весит при среднем атмосферном давлении 0,075 фунта, так что 1 фунт будет занимать объем 13,5 кубических футов. Таким образом, 1 фунт неполно окисленного углерода даст 2 1/3 фунта окиси углерода, которая при среднем атмосферном давлении 30 дюймов и средней температуре 62° по Фаренгейту займет объем 13,5 × 2 1/3 = 31,5 кубических футов. Продукт полного горения, углекислый газ, является гораздо менее вредным газом, чем окись, и его гораздо легче удалить из замкнутых пространств, поскольку вода обладает свойством поглощать его в больших количествах. В плохо проветриваемой, но влажной выработке газ от взрыва быстро поглощается. Углекислый газ — сравнительно тяжелый газ, его удельный вес по отношению к обычному воздуху составляет 1,524. Следовательно, кубический фут при обычном давлении и температуре будет весить 0,116 фунта, а 1 фунт газа при тех же условиях займет объем 8,6 кубических футов. Таким образом, если 1 фунт углерода полностью окислить, получится 3 2/3 фунта углекислого газа, который заполнит объем 8,6 × 3 2/3 = 31,5 кубических футов. Можно заметить, что, хотя во время этой реакции был поглощен дополнительный фунт кислорода, продукт занимает тот же объем, что и окись. Следовательно, при полном горении происходит сжатие.

При окислении водорода, как уже отмечалось, один атом кислорода соединяется с двумя атомами первого вещества с образованием воды. В этом случае продукт является жидким. Но тепло, генерируемое при горении, превращает воду в пар, так что во всех соображениях, касающихся последствий взрыва, нам приходится иметь дело и с этим продуктом в газообразном состоянии. Кубический фут пара при атмосферном давлении и температуре 212° по Фаренгейту весит 0,047 фунта; следовательно, 1 фунт пара при этих условиях займет объем 21,14 кубических футов. Таким образом, горение 1 фунта водорода даст 9 фунтов пара, который при упомянутых условиях заполнит объем 21,14 × 9 = 190,26 кубических футов.

Обычно при взрыве высвобождается большое количество газообразного азота. Этот газ, который сам по себе не является вредным, имеет удельный вес 0,971, так что практически кубический фут будет весить 0,075 фунта, а 1 фунт займет объем 13,5 кубических футов, что соответствует весу и объему окиси углерода. Часто в качестве продуктов горения образуются и другие газы; но вышеперечисленные являются основными, если рассматривать их как результаты взрыва, поскольку именно от них почти полностью зависит развиваемая сила.

Сила, развиваемая взрывом.

— Рассмотрение фактов, изложенных в предыдущих абзацах, покажет, чем обусловлена колоссальная энергия, развиваемая взрывом. Было отмечено, что горение 1 фунта углерода приводит к образованию 31,5 кубических футов газа. Если этот объем газа сжать в пространстве 1 кубического фута, он, очевидно, будет иметь напряжение 31,5 атмосферы; то есть он будет оказывать на стенки вмещающего сосуда давление 472 фунта на квадратный дюйм. Если тот же объем сжать в пространство размером в одну восьмую кубического фута, скажем, в сосуд кубической формы с ребром 6 дюймов, напряжение составит 31,5 × 8 = 252 атмосферы, а давление — 472 × 8 = 3776 фунтов на квадратный дюйм. Предполагая теперь, что кислород существует в твердом состоянии, а оба тела, углерод и кислород, занимают вместе пространство в одну восьмую кубического фута, горение углерода разовьет на стенках негнущегося вмещающего сосуда такой емкости давление в 252 атмосферы. Также горение 1 фунта водорода приводит, как уже отмечалось, к образованию 190,26 кубических футов пара; и если горение происходит при сходных условиях в отношении пространства, давление, оказываемое на вмещающий сосуд, составит 22 830 фунтов, или почти 10,5 тонн на квадратный дюйм, при напряжении 190,26 × 8 = 1522 атмосферы.

Развиваемая таким образом сила полностью обусловлена объемом генерируемого газа и отнюдь не представляет собой общее количество, развиваемое взрывом. Объем газов, выделяемых при взрыве, оценивается для температуры 62°; но в предыдущем абзаце было показано, что температура продуктов горения в момент их образования гораздо выше. Теперь хорошо известным законом термодинамики является то, что при неизменном объеме давление газа изменяется прямо пропорционально температуре; то есть, когда температура удваивается, давление также удваивается. Под температурой понимается число градусов, измеренное по шкале Фаренгейта на термометре идеального газа, от нуля, находящегося на 461,2° ниже нуля по шкале Фаренгейта, то есть на 493,2° ниже точки замерзания воды. Таким образом, температура 62°, для которой был оценен объем, равна 461,2 + 62 = 523,2° абсолютных.

Было показано, что температура продукта горения при сжигании углерода до окиси углерода составляет 9718° по Фаренгейту, что эквивалентно 10 179,2° абсолютных. Следовательно, можно заметить, что температура увеличилась в 10 179,2 / 523,2 = 19,45 раза. Согласно вышеизложенному закону, следовательно, давление увеличится в таком же соотношении, то есть оно составит для уже заданных объема и пространства 3776 × 19,45 = 73 443 фунта = 32,8 тонны на квадратный дюйм.

Когда углерод сжигается до углекислого газа, температура продукта, как было показано, составляет 23 516° по Фаренгейту, что эквивалентно 23 977,2° абсолютных. В этом случае можно заметить, что температура увеличилась в 23 977,2 / 523,2 = 45,83 раза. Следовательно, результирующее давление составит 3776 × 45,83 = 173 154 фунта = 77,3 тонны на квадратный дюйм. Из этих давлений видно, что при полном сгорании развиваемая сила в 2,36 раза больше, чем при неполном; а также что увеличение силы обусловлено большим количеством высвобождаемого тепла, поскольку объем газов в обоих случаях одинаков. Если мы предположим, что углерод сжигается до окиси углерода в присутствии достаточного количества кислорода для получения углекислого газа, мы получим 31,5 кубических футов окиси + 15,7 кубических футов свободного кислорода, или общий объем газов 42,7 кубических футов. Если этот объем сжать в пространстве в одну восьмую кубического фута, он будет иметь напряжение 42,7 × 8 = 341,6 атмосферы и будет оказывать на стенки вмещающего сосуда давление 5124 фунта на квадратный дюйм. Температура газов составит 32 + 4400 / (0,190 × 3,667) = 6347° по Фаренгейту = 6808,2° абсолютных, при средней удельной теплоемкости газов 0,190; откуда видно, что температура увеличилась в 6808,2 / 523,2 = 13,01 раза. Согласно закону термодинамики, следовательно, давление при вышеуказанных условиях составит 5124 × 13,01 = 66 663 фунта = 29,8 тонны на квадратный дюйм. Таким образом, при условиях, принятых в данном случае, давления, развиваемые при неполном и полном сгорании, относятся как 29,8 к 77,3, или как 1 к 2,59.

Аналогично, когда водород сжигается до воды, температура продукта составит, как показано в предыдущем абзаце, 16 049° по Фаренгейту = 16 510,2° абсолютных; а давление составит 22 830 × 16 510,2 / 523,2 = 720 286 фунтов = 321,1 тонны на квадратный дюйм.

Из рассмотрения вышеизложенных фактов можно заметить, что очень большая доля силы, развиваемой взрывом, обусловлена теплом, высвобождаемым в результате происходящих химических реакций. И отсюда станет ясно, что при практическом применении взрывчатых веществ для взрывных работ в горных породах следует проявлять осторожность, чтобы избежать потери тепла, от которого, как очевидно, в значительной степени зависят последствия взрыва.

Раздел II. — Природа взрывчатых веществ.

Механические смеси.

— В предыдущем разделе было показано, что взрыв — это просто быстрое окисление углерода и водорода. Задача создания взрывчатого вещества состоит в том, как собрать в удобной форме горючее — углерод или водород — и кислород, необходимый для его окисления. Углерод можно получить в чистом или почти чистом виде в твердой форме. В виде древесного угля, например, это вещество можно легко приобрести в любом необходимом количестве; но чистый кислород не существует в таком состоянии, и вряд ли нужно указывать, что в составе взрывчатого вещества доступна только твердая форма. Однако в природе кислород существует в твердом состоянии в очень большом количестве в соединении с другими веществами. Кремнезем, например, который является основным компонентом горных пород, представляет собой соединение кремния и кислорода, а обычные железные руды состоят главным образом из этого металла и кислорода. Элементарными составляющими целлюлозы, или древесного волокна, являются углерод, водород и кислород; а тело, известное как селитра, или нитрат калия, состоит из калия, азота и кислорода. Но хотя кислород таким образом находится в соединении со многими различными веществами, он не имеет одинакового сродства ко всем. Когда он соединен с веществом, к которому имеет сильное сродство, как в кремнеземе и оксиде железа, его нельзя отделить от этого вещества без труда; но если сродство слабое, диссоциация может быть осуществлена легче. Первое соединение называется «стабильным», а второе, в противоположность ему, описывается как «нестабильное». При размышлении станет очевидно, что в качестве составной части взрывчатого вещества можно использовать только те соединения, в которых кислород находится в нестабильном соединении, поскольку необходимо, чтобы при необходимости кислород легко отдавался. Более того, также станет ясно, что когда одно из этих нестабильных кислородных соединений и углерод соединяются вместе, смесь будет представлять собой взрывчатое вещество, поскольку кислород, который высвобождается при диссоциации нестабильного соединения, будет поглощен углеродом, к которому он имеет более сильное сродство. Селитра является одним из таких соединений, и смесь этого тела с древесным углем составляет порох. Средством, используемым для диссоциации элементов селитры, является тепло. Очевидно, что другие соединения кислорода могли бы быть заменены селитрой, но это тело, будучи легкодоступным, используется всегда. Хлорат калия, например, менее стабилен, чем нитрат, и поэтому взрывчатая смесь, содержащая первое вещество, будет более сильной, чем другая, содержащая последнее. Ибо сила взрыва в значительной степени определяется готовностью, с которой кислород отдается горючему. Но хлорат гораздо дороже нитрата. Однако, поскольку развиваемая сила больше, дополнительные расходы, возможно, были бы компенсированы увеличенным эффектом взрыва. Но нестабильность хлората такова, что трение или умеренно легкий удар вызовут взрыв в смеси, содержащей это вещество, — обстоятельство, которое делает его непригодным в качестве окислителя во взрывчатом веществе общего пользования. Поэтому нитрат предпочтительнее по соображениям безопасности. Селитра, или нитрат калия, состоит, как уже отмечалось, из металла калия в соединении с веществами азотом и кислородом. Из них только последний непосредственно участвует во взрыве; но два первых, и особенно азот, действуют косвенно, усиливая его эффекты способом, который будет объяснен далее.

Химическая формула нитрата калия — KNO3, что означает, что три атома кислорода существуют в этом теле в соединении с одним атомом азота и одним атомом калия. Поскольку атомные веса этих веществ равны соответственно 16, 14 и 39, вес молекулы равен 101, то есть в 101 фунте нитрата калия содержится 39 фунтов калия, 14 фунтов азота и (16 × 3) = 48 фунтов кислорода. Следовательно, доля кислорода в нитрате калия по весу составляет 47,5 процента. Из этой пропорции видно, что для получения 1 фунта кислорода необходимо разложить 2,1 фунта нитрата.

Углерод для пороха получают из древесного угля, причем для этой цели предпочтительны легкие породы дерева, такие как ольха. Состав угля несколько варьируется в зависимости от степени, до которой доведено горение, эффект которого заключается в вытеснении водорода и кислорода. Но, как правило, состав порохового угля составляет около 80 процентов углерода, 3,25 процента водорода, 15 процентов кислорода и 1,75 процента золы. Зная состав угля, легко рассчитать пропорцию селитры, необходимую во взрывчатой смеси.

До сих пор мы рассматривали порох как состоящий только из древесного угля и селитры. Но в этом соединении горение протекает слишком медленно, чтобы дать взрывные эффекты. Если бы вместо нитрата использовался хлорат калия, было бы достаточно бинарного соединения. Медленность горения в нитратной смеси обусловлена сравнительно стабильным характером этого тела. Чтобы ускорить распад нитрата, в соединение подмешивается некоторое количество серы. Это вещество обладает свойством гореть при низкой температуре. Пропорция добавляемой серы варьируется от 10 процентов в порохе, используемом в огнестрельном оружии, до 20 процентов в том, который применяется для взрывных работ. Чем больше доля серы, тем быстрее, в определенных пределах, происходит горение. Таким образом, обычный порох является тройным соединением, состоящим из древесного угля, селитры и серы.

Поскольку состав древесного угля варьируется, практически невозможно с абсолютной точностью определить пропорцию селитры, необходимую в каждом случае; поэтому принимается среднее значение, причем принятые пропорции составляют около —

Charcoal | 15
Saltpetre | 75
Sulphur | 10
| 100

При таких пропорциях углерод должен сгорать до углекислого газа, а вся сера должна поглощаться калием. Порох такого состава используется для огнестрельного оружия. Для взрывных работ, как отмечалось ранее, доля серы увеличивается за счет селитры, чтобы ускорить горение и снизить стоимость, до 20 процентов максимум. При таких пропорциях часть углерода сгорает только до окиси углерода, а часть серы идет на образование сернистого газа — газов, которые особенно вредны для горняка.

Для равномерного горения смеси существенно, чтобы ингредиенты были мелко измельчены и тщательно перемешаны. Производство пороха состоит из операций, направленных на достижение этих результатов. Различные вещества измельчаются механическими средствами и превращаются в тончайший порошок. Затем их смешивают во вращающемся барабане, а после этого замешивают в пасту путем добавления небольшого количества воды. Эту пасту подвергают давлению, сушат, измельчают и гранулируют; таким образом, поскольку смешивание осуществляется механическими средствами, соединение называется механической смесью. Можно заметить, что в механической смеси различные ингредиенты находятся просто в контакте и не соединены химически. Поэтому их можно при необходимости разделить, или пропорции можно изменить в любой степени. Механические смеси, при условии, что контактирующие тела не оказывают химического воздействия друг на друга, стабильны, то есть они не склонны к самопроизвольному разложению, будучи составленными из простых тел.

Химические соединения.

— В механической смеси, как мы видели, элементы, которые должны реагировать друг с другом, собраны вместе в виде отдельных тел. В порохе, например, углерод содержится в древесном угле, а кислород — в селитре. Но в химическом соединении эти элементы собраны вместе в одном и том же теле. В механической смеси мы можем положить любую пропорцию кислорода, какую пожелаем. Но элементы соединяются химически только в определенных четких пропорциях, так что в химическое соединение мы можем ввести только определенную четкую пропорцию кислорода. Кислород в селитре находится в химическом соединении с калием и азотом, и, как мы уже видели, эти три вещества удерживают определенные четкие пропорции друг к другу. То есть на каждый атом калия приходится один атом азота и три атома кислорода. Или, что сводится к тому же, в 1 фунте селитры содержится 0,386 фунта калия, 0,139 фунта азота и 0,475 фунта кислорода. Более того, эти элементы занимают определенные относительные положения в молекуле селитры. Но в механической смеси молекулы, из которых она состоит, не имеют определенных относительных положений. Даже если бы три вещества — древесный уголь, селитра и сера, — из которых состоит порох, могли быть настолько мелко разделены, чтобы быть сведенными к своим составляющим молекулам, относительное положение этих молекул определялось бы смешиванием, и было бы невозможно распределить их так, чтобы каждая оказалась в непосредственной близости к тем, с которыми она должна соединиться. Но мы настолько далеки от возможности разделения веществ на их составляющие молекулы, что, когда мы измельчаем их в тончайший порошок, каждая частица этого порошка содержит большое количество молекул. Таким образом, в механической смеси мы имеем группы молекул одного вещества, беспорядочно смешанные с группами молекул другого вещества, так что атомы, которые должны соединиться, не находятся в тесной близости друг к другу, а, напротив, многие из них разделены широкими интервалами. В химическом соединении, однако, атомы регулярно распределены по всей массе вещества и находятся, по отношению друг к другу, в наиболее благоприятном положении для соединения. С этой точки зрения химическое соединение можно рассматривать как идеальную смесь, а механическую смесь — как очень несовершенную. Это различие оказывает важное влияние на эффект взрыва. Все атомы в химическом соединении сразу вступают в свои надлежащие соединения, и эти соединения происходят за невообразимо короткий промежуток времени, в то время как в механической смеси соединения менее прямые и осуществляются гораздо менее быстро. Это причина, по которой первое более сильно в своем действии, чем второе. Одно оказывает дробящее и разрушающее действие, другое — разрывающее и отбрасывающее. Соединение наносит внезапный удар; смесь оказывает постепенно возрастающее давление. Именно это внезапное действие соединения позволяет эффективно использовать его без забойки. Воздух, который покоится на заряде и который оказывает огромное сопротивление движению при таких невообразимо высоких скоростях, служит достаточной забойкой.

Пироксилин можно взять в качестве примера химического соединения. Древесная или волокнистая часть растений называется «целлюлозой». Ее химическая формула — C6H10O5, то есть молекула целлюлозы состоит из шести атомов углерода в соединении с десятью атомами водорода и пятью атомами кислорода. Если это вещество окунуть в концентрированную азотную кислоту, часть водорода вытесняется, и вместо него замещается перекись азота. Продуктом является нитроцеллюлоза, формула которой — C6H7(NO2)3O5. Если сравнить эту формулу с предыдущей, можно увидеть, что три атома водорода были удалены, а их место заняли три молекулы перекиси азота NO2; так что теперь мы имеем составную молекулу, которая по своей природе нестабильна. Молекулы перекиси азота вводятся в молекулу целлюлозы с целью снабжения кислородом, необходимым для горения углерода и водорода, точно так же, как группы молекул селитры вводились в древесный уголь пороха для горения углерода и водорода этого вещества. Только в первом случае молекулы перекиси находятся в химическом соединении, а не просто смешаны механическими средствами, как во втором. Составную молекулу нитроцеллюлозы можно записать как C6H7N3O11, то есть в 297 фунтах этого вещества содержится (6 × 12) 72 фунта углерода, (7 × 1) 7 фунтов водорода, (3 × 14) 42 фунта азота и (11 × 16) 176 фунтов кислорода; или 24,2 процента углерода, 2,3 процента водорода, 14,1 процента азота и 59,4 процента кислорода. Когда молекула распадается под действием тепла, кислород соединяется с углеродом и водородом и высвобождает азот. Но можно заметить, что количество присутствующего кислорода недостаточно для полного окисления углерода и водорода. Этот недостаток, хотя и не сильно влияет на объем генерируемого газа, делает развиваемое тепло, как показано в предыдущем разделе, значительно меньшим, чем оно было бы при полном сгорании, и приводит к образованию вредного газа — окиси углерода.

Хлопок является одной из чистейших форм целлюлозы, и, поскольку его можно получить по дешевой цене, он был принят для производства взрывчатых веществ. Эта разновидность нитроцеллюлозы известна как «пироксилин». Используемый сырой хлопок — это отходы хлопчатобумажных фабрик, которые после использования для чистки оборудования сметаются с пола и отправляются на отбеливание для очистки. Это делается путем кипячения в сильной щелочи и извести. После ручной переборки для удаления всех посторонних веществ его разрывают на части в «чесальной» машине, разрезают на короткие отрезки и сушат в атмосфере при 190° по Фаренгейту. Затем его окунают в смесь из одной части крепкой азотной кислоты и трех частей крепкой серной кислоты. Использование серной кислоты заключается, во-первых, в извлечении воды из азотной кислоты, чтобы сделать ее крепче, и, во-вторых, в поглощении воды, которая образуется во время реакции. После окунания его помещают в глиняные горшки для выдержки в течение двадцати четырех часов, чтобы обеспечить превращение всего хлопка в пироксилин. Для удаления кислоты пироксилин пропускают через центрифугу, а затем промывают и кипятят. Затем его превращают в пульпу и снова промывают водой, содержащей аммиак, для нейтрализации любого оставшегося следа кислоты. Когда он становится совершенно чистым, его спрессовывают в диски и плиты удобных для использования размеров.

Другим важным химическим соединением является нитроглицерин. Глицерин — это хорошо известная, сладкая, вязкая жидкость, которая отделяется от масел и жиров в процессах изготовления свечей. Его химическая формула: C3H8O3; то есть молекула состоит из трех атомов углерода в соединении с восемью атомами водорода и тремя атомами кислорода. Другими словами, глицерин состоит из 39,1 процента углерода, 8,7 процента водорода и 52,2 процента кислорода. Когда это вещество обрабатывают, как целлюлозу, крепкой азотной кислотой, часть водорода вытесняется, и вместо него замещается перекись азота; таким образом, продукт представляет собой: C3H5(NO2)3O3, подобный, как можно заметить, нитроцеллюлозе. Этот продукт известен как нитроглицерин. Формулу можно записать как C3H5N3O9. Следовательно, в 227 фунтах нитроглицерина содержится (3 × 12) 36 фунтов углерода; (5 × 1) 5 фунтов водорода; (3 × 14) 42 фунта азота; и (9 × 16) 144 фунта кислорода; или 15,8 процента составляет углерод, 2,2 процента водород, 18,5 процента азот и 63,5 процента кислород. Когда молекула распадается под действием тепла, кислород соединяется с углеродом и водородом и высвобождает азот. И видно, что количество присутствующего кислорода более чем достаточно для полного окисления углерода и водорода. В этом нитроглицерин превосходит нитрохлопок. В обоих этих соединениях продукты горения полностью газообразны, то есть они не выделяют дыма и не оставляют твердого остатка.

При производстве нитроглицерина кислоты, состоящие из одной части крепкой азотной кислоты и двух частей крепкой серной кислоты, смешиваются вместе в глиняном сосуде. Когда смесь полностью остынет, в нее медленно вливают глицерин, при этом во время процесса смесь поддерживают в состоянии перемешивания, так как в процессе выделяется тепло; и, поскольку температура не должна подниматься выше 48° по Фаренгейту, сосуды окружают ледяной водой, которая поддерживается в циркуляции. Когда в смесь влито достаточное количество глицерина, последнюю выливают в чан с водой. Нитроглицерин, будучи намного тяжелее смеси разбавленных кислот, опускается на дно; затем кислотную жидкость сливают и добавляют больше воды, повторяя этот процесс до тех пор, пока нитроглицерин не станет совершенно свободным от кислоты.

Нитроглицерин при обычных температурах представляет собой прозрачную, почти бесцветную маслянистую жидкость с удельным весом около 1,6. Он имеет сладкий, едкий вкус, и если его положить на язык или даже позволить ему коснуться кожи в любой части, он вызывает сильную головную боль. Ниже 40° по Фаренгейту он затвердевает в кристаллы.

Динамит — это нитроглицерин, поглощенный кремнистой землей, называемой кизельгуром. Обычно он состоит из около 75 процентов нитроглицерина и 25 процентов кизельгура. Использование абсорбента предназначено для устранения трудностей и опасностей, связанных с обращением с жидкостью. Динамит — это пастообразное вещество консистенции замазки, и по этой причине с ним очень безопасно обращаться. Его изготавливают в виде патронов и поставляют для использования всегда в такой форме.

Раздел III. — Относительная сила обычных взрывчатых веществ.

Сила, развиваемая порохом.

— При горении пороха элементы, из которых он состоит, — а эти элементы, как мы видели, представляют собой углерод, водород, азот, кислород, калий и серу, — соединяются, образуя в качестве газообразных продуктов углекислый газ, окись углерода, азот, сероводород и болотный газ или карбюрированный водород, а в качестве твердых продуктов — сульфат, гипосульфит, сульфид и карбонат калия. Теоретически некоторые из этих соединений не должны образовываться; но эксперимент показал, что они образуются. Также было установлено, что чем выше давление, тем выше доля образующегося углекислого газа, так что чем больше работы должен выполнить порох, тем совершеннее будет горение и, следовательно, тем больше будет развиваемая сила. Этот факт показывает, что передозировка заряда не только очень расточительна в отношении взрывчатого вещества, но и что атмосфера при этом загрязняется более вредным образом. То же замечание еще более сильно относится к пироксилину и нитроглицериновым соединениям.

Тщательные эксперименты господ Нобля и Абеля показали, что взрыв пороха дает около 57 процентов по весу твердых веществ и 43 процента постоянных газов. Твердые вещества в момент взрыва находятся в жидком состоянии. В этом состоянии они занимают 0,6 пространства, первоначально заполненного порохом, следовательно, газы занимают только 0,4 этого пространства. Эти газы при атмосферном давлении и температуре 32° по Фаренгейту занимали бы объем в 280 раз больше, чем заполненный порохом. Следовательно, поскольку они сжаты в 0,4 этого пространства, они дали бы давление 280 / 0,4 × 15 = 10 500 фунтов, или около 4,68 тонн на квадратный дюйм. Но в реакции высвобождается большое количество тепла, и, как было показано в предыдущем разделе, это тепло колоссально увеличит напряжение газов. Эксперименты Нобля и Абеля показали, что температура газов в момент взрыва составляет около 4000° по Фаренгейту. Таким образом, температура 32° + 461,2° = 493,2° абсолютных была повышена в 4000 / 493,2 = 8,11 раза, так что общее давление газов составит 4,68 × 8,11 = 42,6 тонны на квадратный дюйм. И это давление в упомянутых экспериментах было показано крешерным манометром. Поэтому, когда порох взрывается в пространстве, которое он полностью заполняет, развиваемую силу можно оценить как создающую давление около 42 тонн на квадратный дюйм.

Относительная сила, развиваемая порохом, пироксилином и нитроглицерином.

— К сожалению, до сих пор не было проведено полных экспериментов для определения абсолютной силы, развиваемой пироксилином и нитроглицерином. Поэтому мы не можем оценить давление, создаваемое взрывом этих веществ, или сделать точную оценку их силы относительно силы пороха. Однако следует иметь в виду, что правильная оценка давления, создаваемого на квадратный дюйм, не позволила бы нам сделать полное сравнение эффектов, которые они способны вызвать. Ибо хотя, установив, что одно взрывчатое вещество дает вдвое большее давление, чем другое, мы узнаем, что одно произведет вдвое больший эффект, чем другое; однако из этого факта отнюдь не следует, что более сильное произведет не более чем вдвое больший эффект, чем более слабое. Разрывающее действие взрывчатого вещества в значительной степени зависит от быстроты, с которой происходит горение. Сила, внезапно развиваемая при разложении химических соединений, действует как удар, и хорошо известно, что одна и та же сила при таком применении произведет больший эффект, чем при применении в качестве постепенно возрастающего давления. Но были проведены некоторые расчеты и выполнены некоторые эксперименты, которые позволяют нам сформировать приблизительную оценку относительной силы этих взрывчатых веществ.

Господа Ру и Сарро приводят следующее в качестве результата своих исследований, полученного из рассмотрения веса генерируемых газов и высвобождаемого тепла. Вещества просто взрываются, и сила пороха принимается за единицу.

Substance.
Relative
Weight of
Gases.
Heat in
Units
liberated
from 1 lb.
Relative
Strength.

Gunpowder | 0·414 | 1316 | 1·00
Gun-cotton | 0·850 | 1902 | 3·00
Nitro-glycerine | 0·800 | 3097 | 4·80

Относительная сила — это сила, обусловленная объемом газов и теплом, без учета увеличенного эффекта, обусловленного быстротой взрыва.

Альфред Нобль попытался оценить эффекты этих различных взрывчатых веществ с помощью мортиры, заряженной 32-фунтовым снарядом и установленной под углом 10°, причем расстояния, пройденные снарядом, были приняты в качестве результатов для сравнения. Рассматривая вес к весу, он оценивает следующим образом относительные силы сравниваемых веществ, при этом порох снова принят за единицу: —

Gunpowder | 1·00
Gun-cotton | 2·84
Dynamite | 2·89
Nitro-glycerine | 4·00

Относительная сила, объем к объему, однако, имеет большее значение при взрывных работах в горных породах. Это легко вычислить из предыдущей таблицы и удельного веса веществ, который составляет 1,00 для пороха и спрессованного пироксилина, 1,60 для нитроглицерина и 1,65 для динамита. Сравненные таким образом, объем к объему, эти взрывчатые вещества располагаются следующим образом: —

Gunpowder | 1·00
Gun-cotton | 2·57
Dynamite | 4·23
Nitro-glycerine | 5·71

Следовательно, для данной высоты заряда в шпуре пироксилин развивает примерно в 2 1/2 раза большую силу, чем порох, а динамит — примерно в 4 1/4 раза большую силу.

Раздел IV. — Средства воспламенения обычных взрывчатых веществ.

Действие тепла.

— Мы видели, что кислород, необходимый для горения углерода в порохе, накоплен в селитре. До тех пор, пока селитра остается ниже определенной температуры, она будет удерживать свой кислород; но когда эта температура достигается, она расстанется с этим элементом. Для воспламенения пороха поэтому используется тепло, чтобы высвободить кислород, который немедленно захватывает углерод, с которым он находится в присутствии. Средства, используемые для передачи тепла к взрывчатому веществу, были описаны в предыдущей главе. Необходимо приложить тепло только к одной точке взрывчатого вещества; достаточно, если оно будет приложено только к одному зерну. Та часть зерна, которая таким образом нагревается, начинает «гореть», как обычно выражаются, то есть эта часть немедленно входит в состояние горения, селитра отдает свой кислород, а высвобожденный кислород вступает в соединение с углеродом. Установление этого действия называется «воспламенением». Горячие газы, генерируемые при горении, воспламеняют другие зерна, окружающие первое воспламененное; газы, образующиеся при горении этих зерен, воспламеняют другие зерна; и таким образом воспламенение передается по всей массе. Таким образом, прогресс воспламенения является постепенным. Но хотя в каждом случае оно происходит постепенно, если газы ограничены пространством, занимаемым порохом, оно может быть чрезвычайно быстрым. Легко видеть, что газы, выделяемые из очень небольшого числа зерен, достаточны, чтобы заполнить все промежутки и окружить каждое отдельное зерно, из которого состоит заряд. Но помимо этого воспламенения от зерна к зерну, то же самое происходит снаружи внутрь каждого отдельного зерна, причем зерно горит постепенно снаружи внутрь концентрическими слоями. Последовательные воспламенения в этом направлении, однако, слой за слоем, обычно описываются как прогресс горения. Таким образом, время взрыва складывается из времени, необходимого для воспламенения всех зерен, и времени, необходимого для их полного горения.

Время воспламенения в значительной мере определяется соотношением между промежутками, или пустыми пространствами между зернами, и общим объемом, занимаемым порохом. Если последний находится в форме тончайшей пыли, воспламенение не может распространяться по всей массе описанным нами образом; вместо этого будет происходить лишь горение от зерна к зерну. Если же, напротив, порох состоит из крупных сферических зерен или гранул, промежутки будут большими, и первые образовавшиеся газы мгновенно прорвутся сквозь них, воспламеняя все зерна одно за другим с такой быстротой, что воспламенение можно считать одновременным. Таким образом, время воспламенения сокращается за счет увеличения размера зерен и приближения их формы к сферической.

Однако время горения определяется условиями, противоположными этим. Поскольку горение распространяется постепенно от внешней стороны зерна к внутренней, очевидно, что чем крупнее зерно, тем больше времени потребуется на его полное сгорание. Также очевидно, что если зерно имеет форму тонкой пластинки, оно сгорит за гораздо меньшее время, чем в сферической форме. Таким образом, условия быстрого воспламенения и быстрого горения являются антагонистичными. Минимальное время взрыва достигается, когда зерна имеют неправильную форму и лишь достаточно велики, чтобы обеспечить довольно свободный проход горячим газам. Существуют и другие условия, влияющие на время горения; среди них — плотность зерна. Это очевидно, поскольку чем плотнее зерно, тем больше количество материала, подлежащего сгоранию. Но кроме этого, горение через плотное зерно протекает медленнее, чем через пористое. Наличие влаги также способствует замедлению горения.

Процесс как воспламенения, так и горения является ускоряющимся, а не равномерным. По мере воспламенения зерен объем выделяющихся газов увеличивается, и поскольку процесс горения продолжает генерировать газы, их напряжение растет, пока, как мы видели, давление не поднимется до 42 тонн на квадратный дюйм. По мере роста давления горячие газы все глубже проникают в зерна, и горение, следовательно, протекает все быстрее.

Детонация.

— Под детонацией понимается одновременное разрушение всех молекул, из которых состоит взрывчатое вещество. В строгом смысле этот термин применим только к химическим соединениям. Однако он применяется к пороху для обозначения одновременного воспламенения всех зерен. Способ инициирования взрыва посредством детонации, очевидно, очень благоприятен для достижения разрывающего эффекта, требуемого от взрывчатого пороха, поскольку он сводит к минимуму время взрыва. Во всех случаях это достигается с помощью начального взрыва. Детонатор, который производит этот начальный взрыв, состоит из взрывчатого соединения, предпочтительно быстродействующего, заключенного в оболочку, достаточно прочную, чтобы удерживать газы до тех пор, пока они не приобретут значительное напряжение. Когда оболочка разрывается, это напряжение мгновенно проталкивает их через промежутки между зернами пороха, вызывая тем самым одновременное воспламенение. Гранула пироксилина или патрон динамита, особенно последний, являются хорошим детонатором для пороха. При таком способе инициирования от пороха можно получить гораздо лучшие результаты, чем при обычном способе. Действительно, во многих видах горных пород с его помощью можно выполнить больше работы, чем с пироксилином или динамитом.

Действие детонатора на химическое соединение иное. В этом случае взрыв, по-видимому, обусловлен скорее вибрацией, вызванной ударом, чем теплом газов от детонатора. Вероятно, обе эти причины действуют совместно, создавая такой эффект. Как бы то ни было, несомненным фактом является то, что под влиянием взрыва детонатора молекулы химического соединения, такого как нитроглицерин, разрушаются одновременно, или, по крайней мере, настолько почти одновременно, что для получения полного эффекта взрыва не требуется никакой забойки. Динамит всегда, а пироксилин обычно, инициируются с помощью детонатора. Для детонации пороха требуется гораздо большее количество взрывчатого вещества, чем для динамита или пироксилина, поскольку для первого взрывчатого вещества необходим большой объем газов. Детонаторы для динамита обычно состоят из 6–9 гран гремучей ртути, помещенных в медный колпачок, как описано в предыдущей главе. Детонаторы для пироксилина аналогичны, но имеют заряд от 10 до 15 гран гремучей ртути. Недостаточный заряд лишь разбросает взрывчатое вещество, вместо того чтобы инициировать его, если оно не заключено в оболочку, и лишь взорвет его без детонации, если оно находится в замкнутом пространстве.

Раздел V. — Некоторые свойства распространенных взрывчатых веществ.

Порох.

— Горение пороха, как мы видели, является постепенным и сравнительно медленным. Поэтому его действие скорее разрывающее и отбрасывающее, чем дробящее. Это составляет одно из его главных достоинств для определенных целей. Например, во многих карьерных работах дробящее действие химических соединений было бы очень разрушительным для добываемого продукта. При отделении блоков сланца или строительного камня требуется сравнительно мягкое подъемное действие, и именно такое действие оказывает порох. Более того, это действие можно модифицировать, используя легкую забойку или не используя ее вовсе — способ применения пороха, часто используемый в сланцевых карьерах. Эффект мощных взрывчатых веществ не может быть изменен таким образом.

Порох портится от влаги. Высокая степень влажности полностью уничтожит его взрывчатые свойства, поэтому его нельзя использовать в воде без защитной оболочки. Даже незначительная степень влажности, всего один процент от его веса, существенно снижает его силу. По этой причине во влажном грунте его следует использовать только в патронах. Это, действительно, самый удобный и экономичный способ использования пороха при любых обстоятельствах. Правда, при этом происходит небольшая потеря силы из-за пустого пространства вокруг патрона в шпурах, которые далеки от круглой формы. Но по крайней мере столько же будет потеряно без патрона из-за влаги, поступающей из породы, даже если шпур не является мокрым. Однако во всех шпурах, направленных вниз, пустые пространства могут быть более или менее полностью заполнены сухим рыхлым песком.

Продукты взрыва пороха частично газообразные, частично твердые. Из первых наиболее важными являются углекислый газ, оксид углерода и азот. Сероводород и углеводороды образуются лишь в небольших количествах. Оксид углерода — очень вредный газ; но он не образуется в значительном количестве, за исключением случаев перезаряда. Твердые продукты представляют собой соединения калия с серой и калия с углеродом. Они составляют дым, густые клубы которого характерны для взрыва пороха. Этот дым препятствует немедленному возвращению горнорабочего к забою после того, как произошел взрыв.

Пироксилин.

— Горение пироксилина происходит с чрезвычайной быстротой, вследствие чего его действие очень мощное. Его эффект скорее дробит породу, чем отделяет ее большими блоками. Это качество делает его непригодным для многих карьерных работ. В некоторых видах слабых пород его разрушительное действие уступает действию пороха. Но при обычных горных работах, где приходится иметь дело с прочной твердой породой, его превосходная сила и быстрота действия, особенно последнее качество, производят гораздо больший разрушительный эффект, чем тот, который можно получить от пороха. Более того, его дробящее действие способствует разбиванию отбитой породы на мелкие куски, благодаря чему ее удаление значительно облегчается.

Пироксилин может детонировать во влажном состоянии с помощью небольшого количества сухого материала. Это очень важное качество, поскольку оно позволяет использовать вещество во влажном шпуре без защиты и значительно способствует безопасности тех, кто с ним работает. Во влажном состоянии он невоспламеняем и не может взорваться от самых сильных ударов. Только мощная детонация вызовет в нем взрыв, когда он находится во влажном состоянии. Поэтому для безопасности его хранят и используют в таком состоянии. Поскольку он нечувствителен к ударам, его можно плотно утрамбовывать в шпур, чтобы заполнить все пустые пространства. Однако запал из сухого пироксилина, который должен вызвать его детонацию, должен храниться в абсолютно сухом виде и с ним следует обращаться осторожно, так как он легко детонирует от удара. Пироксилин при воспламенении в небольших количествах в незамкнутом пространстве горит яростно, но не взрывается.

Продуктами горения пироксилина являются: углекислый газ, оксид углерода, вода и немного углеводорода или болотного газа. Из-за недостатка кислорода, на что уже указывалось, образуется значительная доля оксида углерода, который портит атмосферу, в которую он выбрасывается. Перезаряд, как и в случае с порохом, вызывает образование аномального количества этого оксида.

Динамит.

— Поскольку горение в нитроглицерине происходит быстрее, чем в пироксилине, действие динамита более дробящее, чем у последнего вещества. Пироксилин, действительно, занимает среднее положение в этом отношении между динамитом, с одной стороны, и порохом — с другой. Поэтому динамит еще менее пригоден, чем пироксилин, для тех целей, где требуется получение продукта в виде крупных блоков. Но в очень твердой и прочной породе он значительно эффективнее пироксилина, и при некоторых условиях он отбивает породу, которую пироксилин не может разрыхлить.

Динамит не подвержен влиянию воды, поэтому его можно использовать во влажных шпурах; более того, вода обычно используется в качестве забойки с этим взрывчатым веществом. В шпурах, направленных вверх, где вода, конечно, не может быть использована, динамит обычно взрывают без забойки, так как его быстрое действие делает забойку ненужной.

Пастообразная форма динамита представляет собой большое практическое преимущество, поскольку она позволяет плотно утрамбовывать взрывчатое вещество в шпур, заполняя все пустые пространства и трещины. Это важно, так как очевидно, что чем компактнее размещен заряд в шпуре, тем больше будет эффект взрыва. Более того, этот пластичный характер делает его очень безопасным в обращении, так как удары вряд ли могут вызвать в нем достаточно тепла, чтобы вызвать взрыв. Если небольшое количество динамита положить на наковальню и ударить молотком, он легко взрывается; но большее количество при таком ударе не взрывается, потому что удар амортизируется кизельгуром. При воспламенении в небольших количествах в незамкнутом пространстве он горит спокойно без взрыва.

Если с динамитом много работать вне патронов, это вызывает сильные головные боли; такой же эффект производится при нахождении в закрытом помещении, в котором находится динамит в незамерзшем состоянии.

Динамит обладает одним качеством, которое ставит его в невыгодное положение по сравнению с другими взрывчатыми веществами, а именно: замерзание при сравнительно высокой температуре. При температуре около 40° F (4,4° C) нитроглицерин затвердевает, и динамит приобретает меловой вид. В этом состоянии он взрывается с трудом, и, следовательно, его необходимо оттаивать перед использованием. Это можно безопасно делать с помощью горячей воды; при выполнении любым другим способом операция опасна.

Продуктами горения динамита являются углекислый газ, оксид углерода, вода и азот. Однако, поскольку в соединении имеется более чем достаточно кислорода, оксида образуется мало, когда заряд не является чрезмерным. Поэтому, если динамит правильно детонирует и избегается перезаряд, его взрыв не сильно испортит атмосферу. Но если он детонирует лишь частично, выделяются пары азотной кислоты, которые оказывают очень вредное воздействие на здоровье. Таким образом, крайне важно, чтобы была осуществлена полная детонация не только для получения полного эффекта от взрывчатого вещества, но и для предотвращения образования этого вредного газа. Это может быть сделано путем использования детонатора достаточной силы и размещения его глубоко в запале.

Температуры воспламенения распространенных взрывчатых соединений.

— Следующая таблица показывает температуры, при которых взрываются широко используемые соединения:—

| When slowly Heated. | When suddenly Heated.
Gunpowder | .. | from 500° to 540°
Gun-cotton | 360° | 482°
Kieselguhr dynamite | 356° | 446°
Cellulose dynamite | 342° | 446°

Хлопковый порох взрывается при тех же температурах, что и пироксилин, а литофрактер — при той же температуре, что и кизельгуровый динамит.

Раздел VI. — Некоторые разновидности соединений нитроцеллюлозы и нитроглицерина.

Нитрированный пироксилин.

— Было показано, что пироксилин содержит недостаточное количество кислорода для полного сгорания. Чтобы восполнить недостающее, в пироксилин иногда добавляют определенную пропорцию нитрата калия или нитрата бария. Это соединение, которое, как можно заметить, является одновременно химическим соединением и механической смесью, известно как «нитрированный пироксилин».

Хлопковый порох, или тонит.

— Взрывчатое вещество, которое сейчас хорошо известно как «тонит» или «хлопковый порох», по сути является нитрированным пироксилином. Оно производится в гранулированной форме и спрессовывается в патроны различных размеров в соответствии с требованиями практики. Удобная форма, в которой тонит изготавливается, готовая к использованию горнорабочим, в значительной степени способствовала его популярности. Но независимо от этого, тот факт, что он настолько сильно спрессован, что имеет плотность, равную или почти равную плотности динамита, дает ему решительное преимущество перед другими нитроцеллюлозными соединениями в том виде, в каком они используются в настоящее время.

Порох Шульце.

— В порохе Шульце целлюлоза получается из древесины. Древесину сначала распиливают на листы толщиной около 1/16 дюйма, а затем пропускают через машину, которая пробивает ее на зерна одинакового размера. Они очищаются от смолистых веществ путем кипячения в карбонате соды и дополнительно очищаются промывкой в воде, обработкой паром и отбеливанием хлорной известью. Зерна, которые затем представляют собой чистую целлюлозу, превращаются в нитроцеллюлозу тем же способом, что и хлопок, а именно путем обработки смесью азотной и серной кислот. Полученная таким образом нитроцеллюлоза впоследствии вымачивается в растворе нитрата калия. Таким образом, готовое соединение по своему характеру сходно с нитрированным пироксилином.

Литофрактер.

— Литофрактер — это нитроглицериновое соединение, в котором часть основы сделана взрывчатой. В динамите основа, или абсорбирующий материал, как мы уже говорили, представляет собой кремнистую землю, называемую «кизельгур». В литофрактере используется то же вещество; но дополнительно вводится смесь нитрата бария и древесного угля, своего рода порох. Цель использования этой взрывчатой смеси — увеличить силу взрыва, так как кизельгур является инертным веществом. Очевидно, что эта цель была бы достигнута, если бы взрывчатая смесь обладала той же абсорбирующей способностью, что и кизельгур. Но, к сожалению, это не так, и, как следствие, используется меньше нитроглицерина. Таким образом, то, что выигрывается в абсорбенте, теряется в поглощаемом веществе. Состав литофрактера несколько варьируется; но его средние пропорции ингредиентов следующие:—

Nitro-glycerine | 52·50
Nitrate of baryta | 16·40
Charcoal | 2·85
Sulphur | 25·75
Kieselguhr | 22·50
| 100·00

Порох Брейна.

— Порох Брейна — это нитроглицериновое соединение, сходное по характеру с литофрактером. Точный состав основы никогда не публиковался, насколько это касается пропорций ингредиентов. Но он состоит из хлората калия, древесного угля и нитрированных опилок. Пропорция нитроглицерина никогда не превышает 40 процентов. Порох Хорсли содержит примерно такую же пропорцию нитроглицерина в основе из хлората калия и чернильных орешков.

Целлюлозный динамит.

— В Германии пироксилин используется в качестве абсорбента для нитроглицерина, соединение известно как «целлюлозный динамит». Он в основном используется для запалов при взрывании замерзшего динамита. Он более чувствителен к ударам, чем кизельгуровый динамит.

ГЛАВА III. Принципы взрывных работ в горных породах.

Линия наименьшего сопротивления.

— Давление жидкости распространяется одинаково во всех направлениях; следовательно, окружающая масса, подвергающаяся воздействию силы, уступит, если вообще уступит, в своей самой слабой части, то есть в части, которая оказывает наименьшее сопротивление. Линия, вдоль которой масса уступает, или линия разрыва, называется «линией наименьшего сопротивления». Если бы окружающая масса была совершенно однородной, это всегда была бы прямая линия, и это было бы кратчайшее расстояние от центра заряда до поверхности. Однако это никогда не бывает так, и линия разрыва, следовательно, всегда является более или менее нерегулярной линией и часто намного длиннее, чем линия от центра прямо к поверхности. При размышлении станет очевидно, что линия наименьшего сопротивления будет в значительной степени зависеть от (1) текстуры породы, которая может варьироваться от одной точки к другой; (2) ее структуры, которая делает ее более легко расщепляемой в одном направлении, чем в другом; (3) положения, направления и количества трещин, которые разделяют породу на более или менее обособленные части; и (4) количества и относительного положения свободных поверхностей породы. Все эти обстоятельства должны быть установлены, а положение и направление шпура определены в соответствии с ними, чтобы получить максимальный эффект от заданного количества взрывчатого вещества. Однако не следует полагать, что это работа, требующая тщательного изучения и долгих размышлений. Напротив, взгляда обычно достаточно, чтобы позволить тренированному глазу оценить значение этих обстоятельств и определить соответственно наиболее эффективное положение для выстрела. На практике линия наименьшего сопротивления принимается за кратчайшее расстояние от центра заряда до поверхности породы, если только наличие плоскостей трещин, разница в текстуре или какое-либо другое обстоятельство не показывает, что она лежит в каком-то другом направлении.

Сила, необходимая для вызова разрушения.

— Когда линия наименьшего сопротивления известна, остается определить количество взрывчатого соединения, необходимое для преодоления сопротивления вдоль этой линии. Этот вопрос имеет большое значение, так как не только любой избыток является пустой тратой, но эта трата будет израсходована на причинение вреда. При горных работах отбитая порода с силой выбрасывается, а воздух портится в ненужной степени; а при карьерных работах камни дробятся, которые желательно извлечь в целостном состоянии. Вредные последствия перезаряда, вызывающие образование вредных газов, были указаны в последней главе. Конечно, невозможно так соразмерить заряд с сопротивлением, чтобы порода была только приподнята и не более; потому что ни сила, развиваемая зарядом, ни величина сопротивления не могут быть известны с точностью. Но легко можно прийти к достаточному приближению, чтобы позволить нам избежать громкого звука, который является признаком потраченной впустую силы.

Заряды взрывчатого соединения одинаковой силы производят эффекты, которые варьируются в зависимости от веса этих зарядов, то есть двойной заряд сдвинет двойную массу. И, поскольку однородные массы варьируются как куб любой подобной линии внутри них, установлено общее правило, что заряды пороха, способные производить одинаковые эффекты, относятся друг к другу как кубы линий наименьшего сопротивления. Как правило, количество черного взрывчатого пороха, необходимое для преодоления сопротивления, будет варьироваться от 1/20 до 1/30 куба линии наименьшего сопротивления, причем последняя измеряется в футах, а первая — в фунтах. Таким образом, если порода, которую нужно взорвать, представляет собой, например, умеренно прочный известняк, а кратчайшее расстояние от центра заряда до поверхности породы составляет 3 фута, мы получим 3 × 3 × 3 = 27, куб линии, и 27/25 фунта = 1 2/25 фунта, или около 1 фунта 1 унции, как вес требуемого пороха. Если используется динамит, и мы предполагаем, что он в четыре раза сильнее обычного черного пороха, конечно, потребуется только одна четверть этого количества. Также если используется пироксилин или хлопковый порох, и мы предполагаем, что его сила в три раза больше силы черного пороха, потребуется только одна треть. Опять же, если используется новый особо прочный порох Кертиса и Харви, инициируемый детонатором, мы можем предположить, что он в два раза сильнее обычного черного пороха, инициируемого обычными средствами, и, следовательно, нам потребуется только половина количества, указанного формулой.

Ни практически, ни желательно, чтобы такие расчеты и измерения производились для каждого взрыва; их практическая ценность заключается в том, что если принципы, лежащие в их основе, четко поняты, взрывник может соразмерить свои заряды на глаз с сопротивлением, которое необходимо преодолеть, с достаточной степенью точности. Несколько экспериментов в различных видах пород, за которыми последует некоторая практика, позволят человеку приобрести эту способность.

Поскольку обычной и удобной практикой является использование шпура в качестве меры количества используемого взрывчатого вещества, мы рассчитали следующую таблицу:—

Diameter
of the
Hole.
Black
Powder
in
1 inch.
Gun-
cotton
in
1 inch.
Dynamite
(or Tonite)
in
1 inch.

ins. | ozs. | ozs. | ozs.
1 |  | 0·419 | 0·419 | 0·670
1 | ¹⁄₄ | 0·654 | 0·654 | 1·046
1 | ¹⁄₂ | 0·942 | 0·942 | 1·507
1 | ³⁄₄ | 1·283 | 1·283 | 2·053
2 |  | 1·675 | 1·675 | 2·680
2 | ¹⁄₄ | 2·120 | 2·120 | 3·392
2 | ¹⁄₂ | 2·618 | 2·618 | 4·189
2 | ³⁄₄ | 3·166 | 3·166 | 5·066
3 |  | 3·769 | 3·769 | 6·030

Рис. 40.

Рис. 41.

Рис. 42.

Рис. 43.

Условия разрушения.

— Объяснив закон, согласно которому упругие газы, выделяющиеся при взрыве, воздействуют на окружающую породу, и показав, как можно рассчитать силу, необходимую для вызова разрушения, теперь остается рассмотреть условия, при которых может происходить разрушение. Предположим, что блок нетрещиноватой породы отделен со всех сторон, как показано на плане на рис. 40, и шпур расположен в центре этого блока. Если заряд будет взорван в этом положении, линии разрыва будут расходиться из центра к любым двум или ко всем четырем свободным поверхностям блока, потому что развиваемые силы будут действовать одинаково во всех направлениях, а линии разрыва будут линиями наименьшего сопротивления. Очевидно, что это наиболее благоприятное условие для заряда, поскольку порода предлагает свободную поверхность со всех сторон; и очевидно, что линия разрыва должна достичь свободной поверхности, чтобы произошло отделение. Предположим, опять же, как показано на рис. 41, что блок не имеет опоры только с трех сторон, а заряд помещен в h. В этом случае линии разрыва могут идти к любым двум или ко всем трем свободным поверхностям; и, следовательно, это будет следующее наиболее благоприятное условие для действия заряда. Наибольший полезный эффект, однако, будет получен в этом случае путем размещения заряда дальше назад в h', когда линии разрыва должны обязательно идти к противоположным поверхностям b c, и, следовательно, весь блок будет отделен. Предположим другой случай, в котором порода не имеет опоры только с двух сторон, как показано на рис. 42, и заряд помещен в h. В этом случае линии разрыва должны идти к каждой из свободных поверхностей a b. Таким образом, очевидно, что это условие, хотя все еще благоприятное для хорошего эффекта заряда, уступает предыдущему. Поскольку порода никогда не бывает однородной по составу или равномерной по текстуре, линии разрыва, которые, как отмечалось ранее, будут линиями наименьшего сопротивления, могут достигать поверхностей в любой точке, например, в m n, m' n' или любой точке между ними. Но будет видно, что полезный эффект будет наибольшим, когда эти линии, расходящиеся от заряда, образуют угол 180°, или, другими словами, идут в прямо противоположных направлениях, и что полезный эффект уменьшается с углом, образованным этими линиями разрыва. Предположим, опять же, что порода не имеет опоры только с одной стороны, как показано на рис. 43, и заряд помещен в h. В этом случае линии разрыва должны идти к поверхности a, и условие, следовательно, должно считаться менее благоприятным, чем предыдущее. Как и в этих случаях, полезный эффект будет зависеть от угла, образованного линиями разрыва h m и h n, который может быть очень малым и который обязательно должен быть намного меньше 180°. Больший эффект может быть получен при этом условии путем одновременного взрывания нескольких зарядов. Если, например, у нас есть два заряда, помещенные один в h, а другой в h', и взорванные последовательно, линии разрыва будут идти в направлениях h m, h n, h' m', h' n' или близких к ним, и часть отбитой породы будет m h n h' n'. Но если эти два заряда будут взорваны одновременно, линии разрыва будут h m, h o, h' o, h' n', и масса отбитой породы будет m h h' n'. Одновременное взрывание таким образом дает значительно увеличенный полезный эффект во многих случаях, и горный инженер, и особенно карьерный мастер, сделают хорошо, если направят свое внимание на этот источник экономии. Есть еще один случай, который следует рассмотреть, в котором условия еще менее благоприятны. Предположим, две свободные поверхности под прямым углом друг к другу, и заряд помещен в h, как показано на рис. 44. В этом случае линии разрыва будут идти к каждой из двух свободных поверхностей; но поскольку эти линии должны обязательно образовывать очень малый угол друг с другом — ибо длина линий быстро увеличивается с углом — полезный эффект будет меньше, чем в последнем случае. Отсюда следует, что это наиболее неблагоприятное условие, и как таковое его следует избегать на практике.

Рис. 44.

Рис. 45.

Рис. 46.

В предыдущих рассуждениях предполагалось, что шпуры являются вертикальными, и по этой причине свободная поверхность, перпендикулярная шпуру, то есть поверхность, в которую пробурен шпур, не учитывалась. Ибо очевидно, что при принятых условиях линии разрыва не могут достичь этой поверхности, которая, следовательно, практически не существует. Предположим, например, шпур, расположенный в h на рис. 45, и породу, имеющую опору со всех сторон, кроме той, что под прямым углом к шпуру. Силы, действующие перпендикулярно направлению шпура, противодействуют со всех сторон бесконечным сопротивлением. Следовательно, в этом случае либо забойка будет выбита, либо, если развиваемые силы недостаточны для работы, никакого эффекта не будет, кроме небольшого расширения шпура у основания. Это, однако, случай, часто встречающийся на практике, и становится необходимым принять меры для того, чтобы сделать эту свободную поверхность доступной. Очевидно, что эта цель может быть достигнута только путем такого направления шпура, чтобы линия, перпендикулярная ему, могла достичь поверхности; то есть линия шпура должна образовывать со свободной поверхностью угол менее 90°. Это направление шпура показано на рис. 46, который можно рассматривать как сечение рис. 45. В этом случае линии разрыва, которые будут идти аналогично тем, что возникают в случае, показанном на рис. 43, достигнут свободной поверхности в b, и длина этих линий, а следовательно, и глубина выемки для данной длины шпура, будет зависеть от угла, который последний образует с поверхностью. Этот способ сделать единственную открытую поверхность доступной называется «наклонным бурением шпуров», и к нему обычно прибегают при проходке шахтных стволов и проведении выработок. Условия, связанные с «наклонным бурением», благоприятны для действия мощных взрывчатых веществ.

Пример выработки.

— Чтобы показать, как эти принципы применяются на практике, мы возьмем типичный случай выработки 7 на 9 футов, как показано на рис. 47. В этом случае у нас в начале есть только одна открытая поверхность, которая перпендикулярна направлению проходки. Следовательно, очевидно, что нам придется действовать путем наклонного бурения шпуров. Мы могли бы начать в любой части открытой поверхности; но, как станет ясно далее, наиболее благоприятное положение — центр. Поэтому мы начинаем в этой точке с бурения серии шпуров, пронумерованных 1 на чертеже. Эти шпуры наклонены друг к другу; то есть два набора из трех шпуров, расположенных вертикально друг над другом, сходятся в направлении своих нижних концов, как показано на сечении на рис. 48. В этом примере мы предположили, что шесть шпуров необходимы и достаточны. Но очевидно, что количество шпуров, а также их расстояние друг от друга по горизонтали будут определяться их глубиной, прочностью породы и силой используемого взрывчатого вещества. Когда эти шпуры будут взорваны, клиновидная часть породы будет выбита, и этот результат будет более эффективно и надежно получен, если заряды будут взорваны одновременно. Удаление этой части породы называется «выемкой клина». Эффект удаления этого клина заключается в том, что окружающая порода остается без опоры со стороны центра; то есть образуется еще одна поверхность, перпендикулярная первой.

Рис. 47.

Рис. 48.

Рис. 49.

Таким образом, освободив породу от клина путем удаления этой части из центра, очевидно, будет ненужным, за исключением удобства или повышенного эффекта, наклонять какие-либо другие шпуры. Вторая серия, следовательно, пронумерованная 2 на чертеже, может быть пробурена перпендикулярно поверхности выработки. Когда эта серия будет взорвана, линии разрыва будут идти к свободной поверхности в центре — и от шпура к шпуру, если выстрелы будут произведены одновременно — и кольцевая часть породы, включенная между пунктирными линиями 1 и 2, будет удалена. Если выстрелы будут произведены последовательно, первый будет действовать в условиях одной свободной поверхности, как показано на рис. 43; но поскольку другая свободная поверхность будет образована удалением породы перед этим зарядом, последующие выстрелы будут подвержены более благоприятному условию, представленному на рис. 42. Взрывание этой второй серии выстрелов все еще оставляет окружающую породу без опоры по направлению к центру, и, следовательно, те же условия будут существовать для третьей серии, пронумерованной 3 на чертеже, взрывание которой завершит выемку. Рис. 49 показывает вид рис. 48 после взрывания центральных шпуров.

Здесь можно отметить, что из-за отсутствия однородности в породе, а также из-за наличия трещин и разломов, внешняя линия разрыва на практике не будет проходить так регулярно, как это показано в данном предполагаемом случае пунктирными линиями. Это обстоятельство повлияет на положение шпуров или количество взрывчатого вещества в следующей серии и даст возможность для проявления суждения со стороны взрывника.

Существуют также другие обстоятельства, которые будут влиять на положение и количество шпуров в очень значительной степени и которые поэтому должны быть полностью приняты во внимание при каждом продвижении. Одним из них является неровность поверхности выработки. Вместо образования неразрывной плоскости под прямым углом к направлению выработки или шахтного ствола, эта поверхность разбита выступающими буграми и более или менее глубокими впадинами. Очевидно, что эти выступы и полости будут влиять в немалой степени на линии наименьшего сопротивления; последние будут удлиняться или укорачиваться, или изменять направление из-за присутствия первых, которые создают свободные поверхности, к которым могут расходиться линии. Эти условия должны в каждом случае приниматься во внимание при определении наилучшего положения для шпура. Еще более важным является наличие плоскостей трещин и плоскостей напластования. Пласт породы может быть, и часто бывает, разрезан этими плоскостями на отдельные блоки больших или меньших размеров, в зависимости от более или менее совершенного развития различных наборов. Следовательно, становится необходимым при определении подходящего положения для взрывания заряда рассматривать такие плоскости как свободные поверхности и устанавливать направление и длину линий сопротивления при таких условиях. Если заряд помещен в непосредственной близости к одной из этих плоскостей, не только линии разрыва могут идти в непредвиденных направлениях, но большая часть силы взрыва будет потеряна из-за выхода газов вдоль плоскости. Такая же потеря силы может быть вызвана наличием полости, подобные которым часто встречаются в ячеистой или кавернозной породе. Когда плоскости трещин полностью развиты, их наличие можно установить при осмотре; но когда их развитие несовершенно, могут возникнуть значительные трудности в их обнаружении. В таких случаях породу следует тщательно осмотреть и простучать молотком или киркой. Когда при бурении попадается полость, ее можно плотно набить глиной и продолжить бурение через глину; или, если была достигнута достаточная глубина, заряд можно поместить на глину, которая предотвратит расточительное рассеивание газов. Поскольку ни одно из вышеупомянутых обстоятельств не происходит при точно схожих условиях, нельзя установить общее правило, которое было бы очень полезным; это вопросы, в которых взрывнику приходится полагаться на собственное суждение, и чтобы делать это эффективно, необходимо, чтобы он обладал некоторыми знаниями о материалах, с которыми он имеет дело.

Экономические соображения.

— Помимо важных экономических соображений, связанных с вышеизложенным, существуют другие, которые требуют внимания. Первым среди них является вопрос о том, лучше ли для достижения заданного эффекта увеличить или уменьшить индивидуальную значимость выстрелов; то есть лучше ли уменьшить количество шпуров и увеличить их диаметр, или уменьшить их диаметр и увеличить количество; или, опять же, уменьшить их диаметр и увеличить глубину, или увеличить их диаметр и уменьшить количество и глубину. Математически можно легко показать, и результаты подтверждаются опытом, что существует значительный выигрыш в уменьшении диаметра шпуров до самого низкого предела, допускаемого прочностью и гравиметрической плотностью взрывчатого вещества, и увеличении их глубины. Выигрыш в основном заключается в экономии труда, и он особенно заметен в случае машинного бурения. Здесь мы снова видим преимущество силы используемого взрывчатого вещества.

Одновременное взрывание выстрелов предлагает несколько важных преимуществ. Уже было показано, как один заряд помогает другому при таком условии и каким образом линия разрыва подвергается его влиянию. Когда выстрелы производятся последовательно, каждый из них должен оторвать часть породы, отведенную ему; но когда они производятся одновременно, их коллективная сила направляется на всю массу, подлежащую отделению. Это видно на диаграмме, рис. 43. Когда используются глубокие шпуры, больший полезный эффект, вызванный одновременным взрыванием, становится очень заметным. Поэтому электричество естественным образом ассоциируется с машинными бурами и мощными взрывчатыми веществами.

Забойка.

— «Забить» шпур — значит заполнить его над зарядом взрывчатого вещества каким-либо материалом, который при таком применении называется «забойкой». Цель забойки — противопоставить сопротивление выходу газов в направлении шпура. Следовательно, первичным условием является то, чтобы используемые материалы были сильно сопротивляющегося характера. Вторым определяющим условием является то, чтобы эти материалы были легки в применении. Это условие исключает использование всех таких устройств, как пробки, клинья и формы подобного характера, которые время от времени предлагались.

Единственный материал, который на практике оказался удовлетворительно отвечающим требованиям, — это порода в раздробленном, порошкообразном или пластичном состоянии. Однако, поскольку не всякая порода одинаково подходит, как с точки зрения ее сопротивляемости, так и с точки зрения удобства обращения, становится необходимым рассмотреть, какой из них наиболее полно удовлетворяет этим двум условиям.

Хотя нелегко привести совершенно удовлетворительную причину, почему один вид горной породы оказывает большее сопротивление движению в шпуре, чем другой, все же несомненно, что это сопротивление в основном обусловлено трением между частицами этого вещества. Если колонну твердой, прочной породы того же диаметра, что и шпур, забить на заряд, сопротивление, оказываемое колонной запертым газам, будет, пренебрегая весом первой, сопротивлением трения между сторонами колонны и сторонами шпура. Но если используется раздробленная порода, не только частицам сообщается абсолютное движение, но из-за варьирующихся сопротивлений — и относительное движение. Следовательно, трение происходит между частицами, и поскольку их количество огромно, сумма незначительного трения одной частицы о другую и значительного трения внешних частиц о стороны шпура составляет гораздо большую величину, чем трение внешних частиц твердой колонны о стороны шпура. Если принять во внимание только этот взгляд на факты, следует, что сухой песок является наиболее устойчивым материалом и что чем мельче зерна, тем большее сопротивление он предлагает. На практике, однако, было обнаружено, что, хотя сопротивление, предлагаемое песчаной забойкой, очень велико, и хотя также вышеупомянутый вывод верен, когда забойка поднимается давлением твердого тела снизу, это вещество заметно уступает некоторым другим, когда на него воздействует взрыв газов. Объяснение этой кажущейся аномалии заключается в том, что газы под огромным напряжением, которому они подвергаются в шпуре, проникают между частицами и тем самым предотвращают трение, которое в противном случае имело бы место. Когда принимается во внимание готовность, с которой вода под влиянием только силы тяжести проникает даже в плотно спрессованный песок, не будет трудно представить аналогичное действие со стороны более тонких газов в состоянии экстремального напряжения. При таких условиях нет никакого сопротивления, обусловленного трением, и единственное сопротивление, противопоставляемое выходу газов, — это сопротивление, исходящее от инерции массы. Как это сопротивление может быть очень большим, мы показали в случае воздушной забойки. Следовательно, становится необходимым прибегнуть к какому-либо другому материалу с составом, менее подверженным такому воздействию, или искать средства исправления дефекта, который делает такое действие возможным.

Глина, высушенная либо на солнце, либо, предпочтительно, на огне, по-видимому, в полной мере отвечает требованиям к материалу для забойки. Это вещество состоит из чрезвычайно мелких зерен кремнистых веществ, связанных вместе глиноземистым и известковым или железистым цементом. В таком составе нет пустот между частицами, как в пористых веществах, и, следовательно, нет прохода для газов, так как вещество одинаково непроницаемо для воды и газа. Следовательно, когда этот материал используется в качестве забойки, силы действуют только на нижнюю поверхность, трение происходит между частицами, и создается необходимая степень сопротивления. Благодаря обладанию этим свойством глина обычно используется в качестве материала для забойки.

При взрывных работах в горных породах принято подготавливать глину заранее, и эта практика способствует как эффективным результатам, так и быстроте забойки. Последнее соображение является важным, поскольку операция, как она обычно выполняется, требует много времени. Чтобы подготовить глиняные гранулы, берется комок и скатывается между ладонями, пока он не примет форму колбаски длиной от трех до четырех дюймов и диаметром шпура. Эти гранулы затем высушиваются, пока они не станут полностью сухими, после чего они готовы к использованию. При изготовлении их до необходимого диаметра следует оставить небольшой запас на усадку, так как важно, чтобы они плотно входили в шпур. Когда заряд был помещен и покрыт пыжом из сена или горстью песка или мусора, одна из этих гранул вставляется и проталкивается до упора деревянным трамбователем. Следует приложить значительное давление, чтобы глина полностью заполнила шпур, но ударов следует избегать. Вторая гранула затем проталкивается таким же образом, и операции повторяются, пока весь шпур не будет забит. Чтобы уплотнить все, к внешней грануле можно приложить легкие удары. Будет выгодно поместить невысушенную гранулу непосредственно над зарядом, потому что пластичность такой гранулы позволяет ей заполнить все неровности сторон шпура и надежно запечатать проход между сторонами и забойкой, вдоль которого газы могли бы в противном случае прорваться. При взрывных работах в угле для забойки всегда используется мягкий сланец, потому что он всегда под рукой, а мощные выстрелы не требуются.

Битый кирпич представляет собой довольно хороший материал для забойки, особенно когда он увлажнен; но поскольку его нелегко достать, его применение неизбежно ограничено. Пыль и щебень отбитой породы широко используются в качестве забойки в карьерах. Этот материал, однако, имеет мало достоинств для этой цели, кроме своей доступности.

Теперь остается рассмотреть, какие средства имеются для исправления дефекта, присущего песку как материалу для забойки. Это составляет очень важный практический вопрос, потому что если дефект можно устранить, песок будет составлять, безусловно, наиболее подходящий материал всякий раз, когда шпур имеет направление вниз. Его можно везде получить по низкой цене; его можно засыпать в шпур так же легко, как воду; и его применение не создает никакой опасности. Очевидно, что трудность будет преодолена, если мы сможем найти подходящие средства для предотвращения проникновения газов в песок.

Предлагаемая цель может быть успешно достигнута с помощью пластичной глиняной гранулы, применяемой следующим образом. Непосредственно над зарядом поместите горсть совершенно сухого и очень мелкого песка. Этого можно добиться путем просеивания, если иначе достать невозможно. На этот песок с силой протолкните деревянным трамбователем, чтобы заполнить каждую неровность, пластичную глиняную гранулу длиной около четырех дюймов и того же диаметра, что и шпур, приготовленную путем скатывания между руками способом, уже описанным. Над этой гранулой заполните шпур сухим песком. Непроницаемая природа глины предотвращает попадание газов в песок, за исключением линии соединения глины со сторонами шпура. Забитый таким образом, получается сопротивление, едва ли, если вообще, уступающее тому, которое противопоставляется наиболее тщательно уложенной сухой глиной.

При использовании детонатора дефект, обусловленный пористым характером песка, не устраняется, но его влияние значительно уменьшается. Когда в взрывчатом соединении происходит детонация, полная сила упругих газов развивается мгновенно; и уже было показано, что при таких условиях сопротивление, вызванное присутствием любого вещества в шпуре, даже одного воздуха в случае нитроглицерина, достаточно, чтобы перенести основную часть силы на стороны шпура. Рыхлый песок, следовательно, может успешно использоваться в качестве забойки при этих условиях, так как его инерция будет противопоставлять достаточное сопротивление выходу газов. Но хотя порода может быть отбита при использовании легких забоек с детонацией, нет сомнений, что значительная часть силы взрыва теряется; и поэтому всегда будет выгодно надежно забивать с помощью глиняной гранулы, как уже описано. Наивысшая степень экономии достигается путем детонации заряда и забойки таким образом.

ГЛАВА IV. ОПЕРАЦИИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ.

Ручное бурение.

—После того как определены места и направления шпуров, операции по взрыванию начинаются с нескольких ударов молотом по точке, с которой должен начаться шпур, для подготовки поверхности к установке бура. В некоторых случаях эта предварительная операция не требуется, но, как правило, некоторая подготовка желательна, особенно если поверхность гладкая, а шпур должен буриться под углом к ней. Для примера рассмотрим случай шпура, буримого вертикально вниз, и предположим, что бурение выполняется двумя рабочими.

Бурение шпуров.

—После того как поверхность породы подготовлена для установки бура, один рабочий садится, помещает самый короткий бур между коленями и удерживает его вертикально обеими руками. Второй рабочий, стоящий напротив (если это возможно), наносит по головке бура удары кувалдой — сначала легкие, но более сильные, когда инструмент уже достаточно углубился в породу. Рабочий, удерживающий бур, после каждого удара немного приподнимает его и поворачивает, причем угол поворота обычно составляет около одной восьмой оборота. Благодаря этому шпур сохраняет круглое сечение, а режущая кромка бура не попадает дважды в одно и то же место. Чтобы инструмент не перегревался, а пыль и крошка превращались в шлам, шпур при бурении вниз частично заполняют водой. По этой причине шпуры, направленные вниз, иногда называют «мокрыми», а направленные вверх — «сухими». Наличие воды значительно облегчает процесс бурения. Опыт показывает, что скорость бурения в сухом и мокром шпуре соотносится как 1 : 1,5; то есть на бурение сухого шпура уходит в полтора раза больше времени, чем на бурение мокрого. Таким образом, использование воды позволяет сократить время на одну треть. Чтобы вода не выплескивалась при каждом ударе и не обрызгивала рабочего, удерживающего бур, на бур непосредственно над отверстием шпура надевают своего рода кожаную шайбу или обвязывают его пучком соломы. Когда шпур становится слишком глубоким для короткого бура, его заменяют буром следующей длины, который, в свою очередь, по мере увеличения глубины заменяется третьим, самым длинным буром. Каждый бур по завершении участка шпура, для которого он предназначен, отправляется в кузницу для заточки. В очень твердых породах буры приходится менять часто, что делает необходимым иметь под рукой несколько буров одинаковой длины. Глубина шпуров варьируется от 1 фута до 10 футов в зависимости от характера породы, типа выработки и мощности используемого взрывчатого вещества. В шахтах и выработках глубина обычно составляет от 2 футов 6 дюймов до 4 футов, при этом наиболее распространенная глубина — 3 фута.

Шлам, скапливающийся на дне шпура, необходимо время от времени удалять, чтобы порода оставалась открытой для режущей кромки бура. Удаление шлама осуществляется с помощью инструмента, называемого «черпаком». Если шлам слишком жидкий, чтобы его можно было легко удалить таким способом, в шпур подсыпают немного пыли, чтобы сделать массу более вязкой. Важность поддержания шпура в чистоте и сокращения времени, затрачиваемого на использование черпака, привела в некоторых местностях к принятию мер по приданию шламу достаточной вязкости, чтобы он прилипал к буру. В таком состоянии шлам скапливается вокруг инструмента, а не под ним, и свежая порция, образующаяся при бурении, выталкивает массу вверх, пока она не образует толстый слой на буре на протяжении нескольких дюймов. Когда инструмент извлекается из шпура, эта масса шлама извлекается вместе с ним; таким образом, отпадает необходимость в использовании черпака. Этот способ очистки шпура широко применяется горняками Гарца, которые используют для этой цели гашеную известь. Они доводят ее до консистенции густой пасты путем добавления воды и хранят в небольшой жестяной коробке, которую носят с собой на работу. Для использования этой пасты они берут кусочек размером с грецкий орех, разводят его водой и выливают в шпур. Эта известковая паста очень эффективна для указанной цели в рыхлых породах, особенно если они имеют зернистую структуру, как песчаник. Поскольку песчинки, образующиеся при измельчении таких пород, не склонны слипаться друг с другом, они покрываются слоем извести, что заставляет их агглютинировать в вязкую массу, обладающую достаточной адгезией, чтобы удерживаться на инструменте описанным способом.

Когда шпур пробурен на требуемую глубину, его подготавливают к заряжанию. Весь шлам тщательно вычерпывают, чтобы очистить шпур и сделать его как можно более сухим. Это необходимо во всех случаях, но последующие операции определяются характером взрывчатого вещества и способом его применения. Если используется черный порох в рассыпном виде, шпур необходимо просушить. Это делается путем пропускания куска ветоши, пакли или пучка сена через ушко черпака и медленного проталкивания его вверх-вниз по шпуру для впитывания влаги. Если существует вероятность попадания воды в шпур сверху, вокруг него делают небольшую глиняную дамбу, чтобы ее задержать. Когда вода проникает в шпур через трещины, приходится прибегать к глинованию с помощью «буля» (специального инструмента). Однако в таких случаях гораздо экономичнее по времени и пороху использовать последний в водонепроницаемых патронах. Действительно, за исключением нескольких случаев, встречающихся при карьерных работах, порох всегда следует применять именно так. Ведь это не только дает заметную экономию времени за счет исключения операций по просушке шпура, но и предотвращает ослабление заряда, вызванное контактом большой части зерен с влажной породой. Но помимо этих преимуществ, патрон обеспечивает безопасность от несчастных случаев, предотвращает потери и предоставляет удобный способ обращения со взрывчатым веществом. Его можно вставлять как в направленные вниз, так и в направленные вверх шпуры, и при этом порох не теряется на стенках шпура или при рассыпании снаружи. Эти многочисленные и значительные преимущества ведут к повсеместному переходу на использование патронов.

Заряжание шпуров.

—Когда шпур готов к приему взрывчатого вещества, начинаются операции по заряжанию. Если порох используется в рассыпном виде, требуемое количество засыпается в шпур, при этом необходимо следить, чтобы зерна не касались стенок шпура и не прилипали к ним. Эта предосторожность важна, поскольку при таком размещении теряется не только сила зерен, но они могут стать причиной преждевременного взрыва. Поскольку трудно предотвратить контакт со стенками, когда шпур вертикальный, и невозможно, когда он наклонный, прибегают к жестяной или медной трубке. Эту трубку опускают до дна шпура, и порох засыпают через верхний конец; когда трубку поднимают, порох остается на дне шпура. В горизонтальных шпурах порох закладывают с помощью своего рода ложки. В шпурах, направленных вверх, рассыпной порох использовать нельзя. Когда порох используется в патронах, патрон вставляют в шпур и проталкивают до дна деревянным досыльником.

Если заряд должен быть подорван с помощью запала, заостренный металлический стержень, предпочтительно бронзовый, небольшого диаметра, называемый «иглой», помещается у стенки шпура, при этом его нижний заостренный конец находится в заряде. Затем закладывается забойка, небольшими порциями за раз, и плотно прижимается забойником, который удерживается так, чтобы игла находилась в пазу. Характер забойки уже был подробно описан. Когда забойка завершена, иглу извлекают, оставляя небольшой круговой канал через забойку к заряду. При извлечении иглы следует соблюдать осторожность, чтобы не разрыхлить забойку и не перекрыть этот канал. Затем в оставленное отверстие вставляется запал, и заряд готов к взрыву.

Если заряд должен быть подорван с помощью огнепроводного шнура, отрезается кусок достаточной длины, чтобы он выступал из шпура на несколько дюймов, и помещается в шпур в том же положении, что и игла. Когда порох находится в патронах, конец шнура вставляется в патрон до того, как последний проталкивается в шпур. Во время операции забойки шнур удерживается в своем положении куском глины, помещенным на конец, выступающий из шпура, причем этот конец загибается на породу. Забойка выполняется точно так же, как и при использовании иглы.

Если заряд должен быть подорван с помощью электричества, детонатор вставляется в заряд, а с проводами поступают так же, как с огнепроводным шнуром. Когда забойка завершена, провода соединяются для взрыва способом, описанным в предыдущей главе.

Во всех случаях перед забойкой заряда пороха, помещенного в шпур россыпью, поверх пороха укладывается пыж из пакли, сена, дерна или бумаги. Если порох находится в патронах, на заряд осторожно досылается комок пластичной глины. Следует избегать сильных ударов забойником, пока не будет заложено пять или шесть дюймов забойки.

Когда в качестве взрывчатого вещества используется пироксилин, влажный материал, составляющий заряд, помещается в шпур в патронах, один за другим, пока не будет введено достаточное количество. Каждый патрон должен быть плотно дослан деревянным досыльником, чтобы разорвать оболочку и заставить хлопок полностью заполнить шпур. Затем отрезается кусок огнепроводного шнура, и один его конец вставляется в капсюль-детонатор. Этот капсюль закрепляется на шнуре путем плотного прижатия открытого конца к последнему с помощью специальных щипцов. Капсюль с прикрепленным шнуром затем помещается в центральное отверстие сухого «детонатора-усилителя» (праймера), который должен быть хорошо защищен от влаги. При использовании электрического детонатора капсюль детонатора вставляется таким же образом в праймер. Праймер помещается в шпур и осторожно проталкивается до заряда. Поскольку как сухой пироксилин, так и детонатор могут взорваться от удара, эту операцию следует выполнять с осторожностью.

Хлопковый порох или тонит требуют несколько иного способа обращения. Он изготавливается в сильно спрессованном виде в форме патронов, имеющих небольшое центральное отверстие для приема капсюля-детонатора. Этот капсюль с прикрепленным описанным способом огнепроводным шнуром или капсюль электрического детонатора вставляется в отверстие и закрепляется там путем перевязывания шейки патрона куском медной проволоки, помещенной вокруг шейки для этой цели. Затем патрон осторожно проталкивается в шпур, или, если требуется более мощный заряд, сначала проталкивается патрон без детонатора, а поверх него помещается «снаряженный» патрон. Никакое досылание (трамбование) не допускается, так как вещество находится в сухом состоянии.

Когда в качестве взрывчатого вещества используется динамит, в шпур вставляется достаточное количество патронов для формирования требуемого заряда. Каждый патрон следует дослать до места с умеренной силой, чтобы он полностью заполнил шпур. При условии использования деревянного досыльника опасности взрыва нет. Капсюль-детонатор прикрепляется к концу куска огнепроводного шнура, и, если должна использоваться водяная забойка, на место соединения капсюля со шнуром наносится смазка или белила. Затем «праймер», то есть небольшой патрон, предназначенный для подрыва заряда, вскрывается с одного конца, и капсюль-детонатор или капсюль электрического детонатора вставляется в динамит на глубину, равную примерно двум третям его длины, а бумажная оболочка праймера плотно привязывается к капсюлю шпагатом. Если капсюль вставить слишком глубоко в динамит, последний может воспламениться от огнепроводного шнура, и в этом случае вещество только сгорит, а не сдетонирует. С электрическим детонатором этого произойти не может. Тот же результат будет, если капсюль не находится в контакте с динамитом. Цель привязывания капсюля — предотвратить его выдергивание. Праймер, прикрепленный таким образом к шнуру, затем осторожно проталкивается до заряда в шпуре. Следует постоянно помнить, что после вставки детонатора никакое досылание производить нельзя.

Пироксилин и тонит требуют легкой забойки. Она должна состоять из пластичной глины; в шпурах, направленных вниз, можно использовать песок. Забойку следует просто вталкивать, так как удары опасны. При использовании динамита с такой забойкой достигается лучший эффект, чем без забойки. В шпурах, направленных вниз, в качестве забойки для динамитного заряда обычно используется вода, особенно при проходке шахт, когда шпуры часто забиваются сами собой. Но в других случаях обычной практикой является полный отказ от забойки для экономии времени.

Взрывание зарядов.

—Когда все пробуренные шпуры заряжены, или столько из них, сколько желательно взорвать за один раз, производится подготовка к взрыву. Взрывники отходят, забирая с собой использованные инструменты и оставляя только того из них, кто должен произвести взрыв, в случае использования запалов или огнепроводного шнура. Когда этот человек четко убедился, что все находятся в укрытии, он удостоверяется, что его собственный путь к отступлению свободен. Если, например, он находится на дне шахты, он окликает тех, кто наверху, чтобы узнать, готовы ли они поднять его, и ждет ответа. Когда ответ получен, он поджигает запалы или концы огнепроводного шнура и кричит, чтобы его подняли; или, если он находится в другом месте, нежели шахта, он отходит в безопасное место. Здесь он ожидает взрыва и внимательно считает отчеты по мере их раздачи. После того как все заряды взорвались, дается короткое время для рассеивания газов и дыма, а затем рабочие возвращаются для уборки отбитой породы. Если один из зарядов не взорвался, перед возвращением на место необходимо выждать пятнадцать или двадцать минут. Девять из десяти несчастных случаев происходят из-за таких задержанных взрывов. Какой-либо дефект в шнуре или его повреждение могут вызвать тление в течение долгого времени, и взрывник, думая, что произошла осечка, приближается к шнуру, чтобы увидеть последствия взрывов, которые произошли. Дефектная часть шнура прогорает, процесс возобновляется, и происходит взрыв, вероятно, с фатальными последствиями. Таким образом, осечки являются не только причиной долгих задержек, но и источниками большой опасности. Несчастные случаи могут происходить также из-за преждевременного взрыва. В этом случае говорят, что шнур «бежит», то есть горит так быстро, что не остается достаточно времени для отступления.

Рис. 50.

Когда взрывание должно производиться с помощью электричества, человек, которому поручена эта обязанность, соединяет провода детонаторов способом, описанным в предыдущей главе и показанным на рис. 50. Затем он подключает два внешних провода к кабелям и отходит от места взрыва. Преждевременный взрыв в этом случае невозможен. Убедившись, что все находятся в укрытии, он подходит к взрывной машинке и, присоединив кабели к клеммам, возбуждает и посылает электрический ток. Заряды взрываются одновременно, так что слышен только один отчет. Но опасности осечки нет, так как в электрическом детонаторе не может быть тления. Поэтому к забою можно приближаться немедленно, так что задержки не происходит и нет риска несчастного случая. Более того, поскольку все шпуры можно взорвать в тот момент, когда все готово, достигается значительная экономия времени. Для успеха взрыва, производимого таким способом, необходимо, чтобы вырабатывался достаточный электрический заряд для компенсации значительных потерь из-за утечки. Если используется большая динамо-машина Сименса, рукоятку следует вращать медленно, пока внутри не послышится щелчок, и только тогда, не раньше, следует присоединить провода кабеля к клеммам. Для взрыва рукоятку необходимо вращать как можно быстрее, избегая рывков. Поскольку требуется значительная сила, машина должна быть прочно закреплена. Если используется электрофорная машина, следует позаботиться о том, чтобы сделать достаточное количество оборотов. Поскольку этот тип машин сильно варьируется в зависимости от состояния трущихся поверхностей и степени влажности атмосферы, перед проведением взрыва ее всегда следует проверять на искру. Только так можно определить необходимое количество оборотов. Важно, чтобы разрядная кнопка была нажата, или, в зависимости от конструкции, рукоятка повернута назад внезапно. Медленное движение может стать фатальным для успеха взрыва. При проверке машины Борнхардта рукоятку всегда следует вращать вперед; но при взрывании половину оборотов следует делать в одном направлении, а половину — в другом. Следующая таблица показывает количество оборотов, необходимое для заданного числа детонаторов Андре при использовании машины Борнхардта. Первый столбец, содержащий наименьшее количество оборотов, может быть принят также для машины Джулиана Смита, производимой компанией Silvertown Company с модификациями, предложенными У. Б. Брейном.

Firing Table for Frictional Machine.
| When the Machine sparks with 10 Turns. | When the Machine sparks with 12 Turns. | When the Machine sparks with 14 Turns.
Fuses in Circuit. | Number of Turns. | Number of Turns. | Number of Turns.
 4 | 12 | 15 | 17
 5 | 12 | 15 | 17
 6 | 14 | 17 | 20
 7 | 16 | 19 | 22
 8 | 18 | 22 | 25
 9 | 20 | 24 | 28
10 | 22 | 26 | 31
11 | 24 | 28 | 34
12 | 25 | 30 | 35
13 | 26 | 31 | 36
14 | 27 | 33 | 38
15 | 28 | 34 | 39
Note.—If the machine does not spark with 14 turns, the rubber should be taken out and brushed.

Места убежища, называемые нишами, часто предусматриваются в выработках для того, чтобы взрывник мог укрыться; эти ниши представляют собой небольшие выемки, сделанные в бортах выработки. Иногда необходимо возвести щит из бревен в выработке для защиты людей; такой щит часто требуется для защиты машинных буров от воздействия взрыва. В Бельгии обычной практикой является устройство ниш в бортах шахты в качестве мест отступления для людей; эти ниши называются caponnières (капонирами). Вместо капониров иногда в качестве защиты для людей используется полый железный цилиндр. Этот цилиндр подвешивается в шахте на высоте нескольких ярдов от дна и опускается по мере углубления шахты. Люди забираются в этот цилиндр, чтобы дождаться взрыва зарядов под ними.

Рабочие, возвращаясь к забою, убирают отбитую породу и разбивают каждый кусок, который был достаточно разрыхлен. Для этой цели они используют клинья и кувалды, кирки и ломы. И только после того, как каждый такой кусок будет удален, они возобновляют бурение для второго взрыва. Иногда, чтобы облегчить удаление породы, отбитой зарядами, перед забоем в выработке укладывают железные листы. Порода, падающая на эти листы, убирается как можно быстрее, чтобы позволить начать бурение для последующего взрыва. Важно при организации работ такого характера, чтобы одна группа рабочих не ждала завершения труда другой.

Машинное бурение.

—При машинном бурении операции неизбежно несколько отличаются в своих деталях от операций при ручном бурении, и в некоторых случаях будут приняты другие методы процедуры, более подходящие к требованиям машинного труда. Может даже оказаться, и в большинстве случаев так и есть, нецелесообразным строго следовать принципам, которые ведут к экономии используемого взрывчатого вещества, поскольку более ограниченные условия, в которых может применяться машинная сила, могут указывать на более важные выигрыши в других направлениях. Таким образом, может оказаться более способствующим быстроте выполнения определение положения и направления шпуров скорее для удовлетворения требований машины, чем линий наименьшего сопротивления; или, по крайней мере, этим требованиям должно быть позволено оказывать модифицирующее влияние при определении этих положений и направлений. Ибо очевидно, что шпуры нельзя располагать под углом с той же легкостью при использовании машинного бура, как при выполнении бурения вручную.

Бурение шпуров.

—Уже было отмечено, что требования машинного труда делают непрактичным строгое следование принципам, которые ведут к экономии труда и материалов при взрывных работах. При ручном бурении экономия достигается за счет сведения к минимуму количества шпуров и количества необходимого взрывчатого вещества. Но при машинном бурении экономию следует искать главным образом в сокращении времени, необходимого для выполнения проходки.

Предпринимались попытки ассимилировать методы машинного бурения с методами, принятыми для ручного труда, но результаты оказались неудовлетворительными. Напротив, условия, определяющие положение и направление шпуров относительно получения наибольшего полезного эффекта, были полностью проигнорированы в пользу тех, которые определяют наиболее быстрое бурение. Эта система сопровождалась более удовлетворительными результатами. Другая система, сочетающая в себе обе предыдущие, широко принята, и до сих пор от нее были получены наилучшие результаты, что можно рассматривать как компромисс между противоречивыми условиями. Таким образом, мы имеем три системы выполнения машинного бурения: одна, в которой используется одна машина на опоре, способной удерживать ее в любом положении, чтобы иметь возможность бурить под любым углом, и в которой шпуры располагаются в соответствии с линиями наименьшего сопротивления, как при ручном бурении. Вторая, в которой несколько машин закреплены на тяжелой опоре, допускающей лишь небольшое боковое или угловое движение, и в которой шпуры располагаются через равные промежутки и бурятся параллельно или почти параллельно оси выработки, независимо от изменяющегося характера породы и линий наименьшего сопротивления. И третья, в которой стремятся, путем использования одной, двух или, самое большее, трех машин на простой и легкой опоре, позволяющей легко изменять положение и направление машины, в некоторой степени удовлетворить два набора условий, определяющих две предыдущие системы, располагая шпуры настолько в соответствии с линиями сопротивления, насколько позволяют требования достаточно быстрого обращения с машиной.

В первой из этих систем необходимость в чрезвычайной легкости машины неблагоприятна для ее эффективного действия, а большое количество времени, затрачиваемое на изменение положения машины, чтобы соответствовать условиям сопротивления в породе, делает невозможным достижение гораздо более высокой скорости продвижения, чем та, которая достигается при хорошо отрегулированной системе ручного бурения. При таком результате нет ничего, что могло бы компенсировать первоначальную стоимость оборудования или каким-либо образом оправдать его принятие. Во второй системе время, затрачиваемое на снятие и установку машин, сведено к минимуму, и основная часть времени, в течение которого машины находятся у забоя, следовательно, занята собственно бурением, что весьма благоприятно для машинного труда. Следовательно, скорость продвижения, достигаемая этой системой, значительно превышает ту, что достигается ручным трудом; и это превосходство привело к принятию системы в нескольких важных случаях, а также заставило многих рассматривать ее как наиболее благоприятную для требований машинного бурения. Но поскольку шпуры бурятся в соответствии с требованиями машины, совершенно независимо от сопротивления породы, их положения и направления очень неблагоприятны для действия взрывчатого вещества. Это обстоятельство требует гораздо большего количества шпуров для обеспечения разрушения породы вокруг каждого заряда, и поэтому время, сэкономленное при перемещении машин, отчасти теряется на дополнительном бурении; кроме того, расход пороха колоссально увеличивается. Поэтому представляется, что полные преимущества машинного бурения могут быть получены от промежуточной системы, если она выполняется в соответствии со всеми условиями данного случая.

Предполагая, что у нас есть машина и опора таких размеров, веса и конструкции, которые позволяют легко устанавливать их в рабочее положение, очевидно, что нам все равно потребуется гораздо большее количество шпуров, чем потребовалось бы при выполнении бурения вручную, поскольку они располагаются не полностью в соответствии с линиями наименьшего сопротивления. В некоторых частях выработки, действительно, этими линиями придется полностью пренебречь, чтобы избежать потери времени, связанной с перемещением опор; ибо принцип, на котором основана промежуточная система, заключается в том, чтобы выполнять требования линий наименьшего сопротивления, когда это можно удобно сделать, и пренебрегать ими, когда такое выполнение повлекло бы за собой значительные затраты труда и времени.

Таким образом, время как на установку и снятие машин, так и на бурение сводится к минимуму, и тем самым обеспечиваются два условия, благоприятствующие быстрому и экономичному продвижению. Очевидно, что при следовании этой системе забою не потребуется одинаковое количество шпуров при каждом взрыве. Другим обстоятельством, действующим в сторону увеличения количества шпуров, является желательность обрушения забоя на фрагменты, достаточно мелкие, чтобы их можно было поднять без особых трудностей. Когда порода полностью раздроблена, трудозатраты и, следовательно, время на ее уборку после каждого взрыва значительно сокращаются. Отсюда будет преимущество в расположении шпуров достаточно близко друг к другу, чтобы обеспечить разрушение массы между ними. Эти обстоятельства делают необходимым бурение большого количества шпуров, когда работа выполняется механическими средствами. Бурение дополнительных шпуров снижает превосходство машинного труда над ручным, а дополнительное количество необходимого взрывчатого вещества увеличивает стоимость работ. Чтобы компенсировать эти недостатки, шпуры следует бурить глубокими. Уже было указано, что когда шпур уже начат машиной, скорость продвижения неизмеримо выше, чем при ручном бурении, и чтобы воспользоваться этим преимуществом, шпур следует продолжать на максимально возможную глубину. Это достаточно очевидно, поскольку сводится к увеличению доли всего затраченного времени, которая занята собственно бурением; ибо, поскольку превосходство машинного труда существует только в быстроте операции бурения, ясно, что чем дольше доля времени, занятая таким образом, тем более заметным будет это превосходство. Таким образом, увеличивая глубину шпуров до максимально возможного предела, мы максимально приближаемся к условию, наиболее благоприятному для машинного бурения. Промежуточная система, следовательно, которая в полной мере использует это средство, приведет к наилучшим результатам. Резюмируя основные моменты такой системы: она должна следовать линиям наименьшего сопротивления, когда это можно удобно сделать, и пренебрегать ими, когда выполнение их требований вызвало бы значительные затраты времени; и чтобы компенсировать недостатки машинного бурения, она должна использовать шпуры как можно большей глубины.

Предполагая использование такой системы, теперь остается рассмотреть операции бурения и последующие операции заряжания, взрывания и уборки породы, отбитой взрывом. О методе выполнения бурения мало что остается сказать. Однако, возможно, стоит обратить внимание на необходимость поддержания шпуров в чистоте от шлама. Чтобы обеспечить это, коронки буров следует выбирать формы, подходящей к характеру и структуре породы, а шпур держать хорошо снабжаемым водой. Когда шпур становится глубоким, его следует очищать черпаком во время смены коронки, а в очень глинистых породах иногда может возникнуть необходимость извлечь инструмент и удалить скопление шлама черпаком. Когда шлам не выходит свободно, его выход можно облегчить, придав инструменту медленное движение, а затем внезапно перейдя к быстрому движению. Когда используется несколько машин, максимальное количество, которое можно применить с выгодой, составляет одна на квадратный ярд забоя. Абсолютное количество шпуров, необходимое в любом случае, конечно, будет зависеть от прочности породы и развития плоскостей отдельности, а также, в некоторой степени, от линий разлома, обусловленных предыдущим взрывом. То же обстоятельство будет определять распределение шпуров. Оставляя в стороне незначительные вариации, однако, одного и того же распределения будут придерживаться на протяжении всей проходки.

Способ распределения шпуров по забою выработки может варьироваться в зависимости от суждения ответственного инженера; то есть общие черты распределения, которые должны быть приняты, могут быть выбраны в соответствии с требованиями машин и их опор. Также следует отметить, что один метод распределения шпуров потребует их меньшего количества, чем другой. Некоторые примеры можно найти на Таблице IX, где представлены: Гёшененский конец Сен-Готардского тоннеля; Айрольский конец того же тоннеля; забой каменной выработки, пройденной в Мариэ; забой аналогичной выработки в Анзене; и забой выработки того же характера в Роншане; последние три примера являются типичными для распределения, принятого на французских угольных шахтах.

Тот же способ «расклинивания» (создания вруба) забоя принят при машинном бурении, что и при ручном. Как правило, в середине забоя бурятся два параллельных ряда шпуров, от двух до пяти в ряду, причем ряды находятся на расстоянии от 18 до 30 дюймов друг от друга на поверхности, в зависимости от прочности породы, и расположены под углом так, чтобы на дне они находились на расстоянии от 9 до 15 дюймов друг от друга. Эти заряды расклинивают забой; и для успешного выполнения операции весьма полезно взрывать эти заряды одновременно. Иногда, когда используется динамит, принимается другой метод. Горизонтально в центре бурится шпур; на расстоянии около трех дюймов бурятся три других шпура на равном расстоянии друг от друга. Последние сильно заряжаются динамитом, а центральный шпур оставляется пустым. Когда эти заряды взрываются, порода между ними дробится и образуется большое отверстие. Линии разлома последующих зарядов идут в это отверстие. В этом случае еще более желательно, чем в предыдущем, взрывать центральные заряды одновременно.

При проходке шахт, если пласты горизонтальны или почти горизонтальны, обычно делают вруб из центра, как в выработке. Но если они сильно наклонены, лучше делать вруб с одной стороны выработки. Вода, которая стекает в выработки, должна собираться в одном месте, как для удобства ее подъема, так и для поддержания поверхности породы чистой для проходчиков. Углубление, вызванное удалением вруба, служит для сбора воды, и по этой причине оно называется «зумпф». В этот зумпф опускается бадья, или, когда используются насосы, опускается всасывающая труба. Когда пласты сильно наклонены, вода стекает в сторону падения выработки, и поэтому становится необходимым разместить зумпф в этом месте. Расклинивание породы с этого направления, кроме того, благоприятно для действия зарядов. При бурении шпуров хорошо избегать, насколько это возможно, заканчивать их в плоскости напластования или близко к ней, потому что при таком окончании сила заряда расходуется вдоль этой плоскости. Положение и направление шпуров, однако, будут определяться в некоторой степени характером опоры, используемой для буров, и другими условиями удобства.

Заряжание и взрывание.

—Операции заряжания шпуров и взрывания зарядов требуют особого внимания при использовании машинного труда. В предыдущих параграфах было указано, что шпуры, пробуренные машинными бурами, не могут быть расположены или направлены строго в соответствии с требованиями линий наименьшего сопротивления; но, напротив, этим требованиям можно следовать лишь приблизительно, а в некоторых случаях ими приходится полностью пренебрегать. Чтобы в некоторой степени компенсировать этот недостаток машинного труда, мощность зарядов следует варьировать в зависимости от сопротивления, которое им потребуется преодолеть. То есть принципы взрывных работ, описанные в предыдущей главе, которые не могут быть соблюдены бурильщиком, должны строго соблюдаться взрывником при распределении зарядов. Таким образом, можно добиться большой экономии взрывчатого вещества, причем без труда или потери времени, если взрывник разумен и понимает свою работу. Взгляда будет достаточно, чтобы показать, какой заряд потребуется для данного шпура известной глубины, и поскольку патроны разных размеров всегда под рукой, при составлении заряда не возникает задержки. Шпуры в центре, которые предназначены для расклинивания забоя, требуют, конечно, самого мощного заряда, поскольку условия там наиболее неблагоприятны для эффекта взрыва. И чем полнее расклинивание, полученное в результате этого первого взрыва, и чем более раздроблена и трещиновата порода, окружающая образовавшуюся таким образом полость, тем больше могут быть уменьшены заряды, помещенные за этими незакрепленными забоями.

Поскольку экономия времени при машинном бурении является главной целью, забойку следует производить заранее подготовленными сухими глиняными пыжами. Этот материал дает наибольшее сопротивление и тем самым обеспечивает максимум полезного эффекта; а если подготовить их заранее, способом, описанным в предыдущей главе, время, затрачиваемое на забойку, будет сведено к минимуму. Обильный запас таких пыжей всегда должен быть под рукой. В шпурах, направленных вниз, таких как те, что используются при проходке шахт, можно использовать пыж из пластичной глины и песок. Эту забойку можно закладывать очень быстро, и во всех, кроме очень мелких шпуров, она очень эффективна. Когда желательно использовать песчаную забойку в горизонтальных шпурах и шпурах, пробуренных в восходящем направлении, песок следует упаковывать в бумажные патроны. Забойка, использованная в Сен-Готардском тоннеле, состояла из песка, подготовленного таким образом. В тоннеле Мон-Сени глинистая земля была аналогичным образом подготовлена в бумажных патронах для забойки.

Взрывание зарядов также дает повод для проявления знаний и суждения. Умелое определение порядка, в котором должны взрываться заряды, в значительной мере компенсирует плохие последствия неправильно расположенных шпуров. Взрыв одного заряда оставляет окружающую породу более или менее незакрепленной с определенных сторон; и очевидно, что для того, чтобы в полной мере воспользоваться наличием этих незакрепленных поверхностей, последовательность взрывов должна быть отрегулирована так, чтобы каждый из них имел преимущество перед теми, что образованы предыдущими зарядами. Это условие может быть полностью выполнено только при одновременном взрывании; но когда взрывание должно происходить последовательно, к этому условию можно приблизиться, регулируя последовательность в соответствии с показаниями, наблюдаемыми при тщательном осмотре породы. Перед взрыванием зарядов взрывник должен учесть относительное положение шпуров, стратификацию и трещиноватость породы, трещины, вызванные предыдущим взрывом, и любые другие обстоятельства, которые могут повлиять на результаты. Заряды, предназначенные для расклинивания забоя, будут взорваны первыми, а затем будут взорваны заряды в концентрических сериях, в порядке, определенном с помощью шнуров разной длины. Серии будут следовать одна за другой от центра наружу. Когда необходимо взорвать большое количество зарядов, регулярно расположенных сериями, удобным практическим средством обеспечения последовательного взрыва серий, в случае если все они поджигаются одновременно, является сведение шнуров от всех шпуров вместе в одну точку в центре. Этот метод регулирования длины шнуров был принят в Сен-Готардском тоннеле.

Очевидно, что ускорение работ по проходке, которое было достигнуто в такой значительной степени внедрением машинных буров и мощных взрывчатых веществ, может быть еще более продвинуто принятием электричества в качестве средства взрывания. Преимущества одновременного взрывания нескольких зарядов, некоторые из которых уже были указаны, велики и очевидны. В случае проходки, например, когда все шпуры пробурены и заряжены, а машины отведены, явно желательно взорвать забой как можно быстрее и эффективнее. Если все заряды можно взорвать сразу, время сводится к минимуму, и, следовательно, обеспечивается максимум продвижения за данное время. Электричество действительно предоставляет наиболее удобное, наиболее эффективное и наиболее безопасное средство взрывания. Гофрат Риттер фон Пишоф, австрийский главный инспектор железных дорог, в одном из своих отчетов говорит: «Значительно увеличенный объем работ и заметная экономия затрат достигаются, когда заряды могут быть так расположены и взорваны, чтобы взаимно помогать друг другу. Эти результаты достигаются путем использования электричества в качестве средства взрывания. Опыт, полученный на выемке Бюхенберг, где электрическое взрывание широко применялось, показал, что при правильном использовании это средство позволяет, по сравнению с обычными методами, выполнять вдвое больший объем работ за данное время. Поэтому весьма желательно применять электрическое взрывание всякий раз, когда речь идет об экономии времени и денег».

Уборка отбитой породы.

—Поскольку уборка породы, обрушенной взрывом, поглощает большую часть времени, сэкономленного машинным бурением, становится необходимым предусмотреть средства для сведения этой потери к минимуму. Наиболее важным из этих средств является надлежащее обеспечение быстрого перемещения машины в безопасное место и удобно спроектированная и хорошо уложенная рельсовая дорога, по которой породу можно быстро вывезти без путаницы и связанных с ней задержек. Количество вагонеток, необходимое для уборки заданного куба породы, может быть легко определено, и должно быть обеспечено достаточное количество для транспортировки их «на дневную поверхность» в максимально быстрой последовательности. Вагонетки должны быть таких размеров, чтобы с ними можно было обращаться без особых трудностей; важность этого условия будет понятна, если помнить о частоте сходов с рельсов. Набрасывание мусора лопатами значительно облегчается укладкой железных листов перед забоем, который должен быть обрушен, до проведения взрыва. Этот прием часто применяется при важных проходках. Также было отмечено, что отбитая порода может быть быстрее убрана, когда она находится в виде небольших блоков. Таким образом, будет преимущество в расположении зарядов и регулировании их мощности так, чтобы полностью раздробить породу. Еще одним важным вопросом в организации работ по быстрой уборке породы, обрушенной взрывом, является соразмерность количества занятых рабочих требованиям данного случая. Это число будет увеличиваться с размером блоков, которые нужно поднять, расстоянием, которое нужно преодолеть, и отсутствием пригодности используемого оборудования.

Разделение труда.

—Надлежащее разделение труда весьма способствует быстрому и экономичному продвижению. Операции можно разделить на три серии, а именно: бурение шпуров, заряжание и взрывание, и уборка отбитой породы. Каждая из этих серий операций может выполняться разными группами рабочих, и в нескольких случаях такое разделение труда было принято. Но не похоже, чтобы такое разделение приводило к наиболее удовлетворительным результатам. Работа по бурению занимает гораздо больше времени, чем любая из двух других серий операций, и поэтому распределение времени неравномерно. Было установлено, что, как правило, там, где все мероприятия были хорошо продуманы, работа по заряжанию шпуров, взрыванию и уборке обрушенной породы может быть выполнена примерно за то же время, что и бурение. Таким образом, казалось бы, более способствующим экономии времени разделение занятых рабочих только на две группы: одна группа для бурения шпуров, другая для выполнения всех последующих операций. Это разделение было принято в многочисленных случаях с благоприятными результатами. Иногда все операции выполнялись одной и той же группой; но такая организация не рекомендуется. Работа по управлению машинами имеет слишком отчетливый и квалифицированный характер, чтобы ее можно было смешивать с работой по уборке шлама без веской причины для такого действия, которой, по-видимому, не существует. Помимо резервирования группы рабочих специально для этой части работы, желательно закреплять одних и тех же рабочих за одной и той же машиной, ибо в таком случае каждый рабочий привыкает к особенностям доверенной ему машины и, кроме того, проникается своего рода привязанностью к ней, что ведет к бережному обращению и внимательному наблюдению. В дополнение к рабочим, необходимым для упомянутых выше операций, потребуются кузнецы для переточки коронок и ремонта машин. Объем этой работы, очевидно, будет зависеть от количества используемых машин и твердости породы, которую предстоит пройти.

Примеры проходок.

Сен-Готардский тоннель.

—Сен-Готардский тоннель проходится в пять секций. Сначала проходится «выработка» на уровне свода шириной 6 футов 6 дюймов и высотой 7 футов. Положение шпуров показано на чертежах на Таблице IX. Количество шпуров на Гёшененском конце — 28, глубина около 40 дюймов. Заряды взрываются с помощью огнепроводного шнура, концы которого сведены вместе в центре. Это расположение заставляет заряды взрываться в правильном порядке последовательности. На некотором расстоянии от забоя находится «правое расширение»; это расширение выработки до границ тоннеля в этом направлении. Дальше назад находится «левое расширение», с помощью которого выработка расширяется до полной ширины тоннеля. Еще дальше назад находится первый «уступ», в котором половина пола взрывается на полную глубину тоннеля, а за ним — второй уступ, в котором удаляется оставшаяся половина. Используемые бурильные машины — Дюбуа-Франсуа, Маккин и Ферру. Используемое взрывчатое вещество — динамит. Порода — прочный гранит.

Тоннель Гузак.

—На западном конце тоннеля Гузак принятая система была следующей. Сначала делался центральный вруб путем бурения двух рядов по пять или шесть шпуров в каждом, на расстоянии около 9 футов друг от друга на забое, сходящихся к примерно 3 футам на их нижних концах. Глубина этих шпуров составляла от 9 до 12 футов, в зависимости от твердости породы. Эти шпуры пронумерованы от 1 до 11 на Таблице X. Они заряжались нитроглицерином и взрывались электричеством с использованием электрофорной машины Моубрея. Как только порода была убрана, бурилась следующая серия из четырнадцати шпуров, пронумерованных от 12 до 25. Эти шпуры затем заряжались и взрывались одновременно, как и шпуры первой серии. Когда отбитая порода была убрана, бурилась третья серия шпуров, пронумерованных от 26 до 41. Эта серия, как и две другие, заряжалась и взрывалась электричеством. Эффект этих трех взрывов, которые были произведены в течение двадцати четырех часов, заключался в продвижении выработки высотой 9 футов на полную ширину 24 фута на 7 футов 6 дюймов. Чертежи на Таблице XI представляют: фасад забоя, который показывает положения шпуров; сечение плана, которое показывает направления первой серии шпуров; аналогичный план, показывающий направления второй серии шпуров и удаленный центральный вруб; и сечение плана выработки после того, как была взорвана вторая серия, показывающее направление третьей серии шпуров.

Операции по выемке «уступа» проводились на расстоянии около 170 ярдов назад от забоя. Это осуществлялось путем бурения шести шпуров глубиной 7 футов; два из них находились примерно в 4 футах от поверхности уступа и близко к борту тоннеля, в то время как два других находились по 4 фута за этими первыми шпурами, а оставшиеся два шпура находились в 8 футах от поверхности, в 8 футах от бортов тоннеля и в 8 футах друг от друга. Они взрывались одновременно, в результате чего уступ опускался примерно на 7 футов на всю ширину тоннеля. На безопасном расстоянии за этим первым уступом те же операции проводились другой группой рабочих, благодаря чему уступ опускался до пола тоннеля, таким образом завершая полную площадь 24 фута в ширину на 22 в высоту. Порода представляла собой умеренно прочный гранит.

Тоннель Масконетконг.

—Выработка тоннеля, показанная на Таблице XII, как и в Гузаке, проходилась на полную ширину тоннеля. Из теоретических соображений ясно, и опыт подтвердил эти выводы, что метод проходки машинными бурами на всю ширину выработки сразу способствует быстроте продвижения и экономии взрывчатого вещества. В рассматриваемом примере до забоя были проложены три рельсовых пути. Каретки с бурами перемещались по двум внешним путям. Эти каретки представляли собой просто прочные дубовые рамы, каждая из которых имела спереди три горизонтальные железные штанги, на которых буры были закреплены таким образом, что обеспечивалось легкое боковое и вертикальное движение. После проведения взрыва все рабочие были направлены на набрасывание отбитой породы в середину между путями машин с целью очистки последних как можно скорее, чтобы освободить путь для подвода машин для следующего бурения. Пути были таким образом очищены, бурение возобновлено, а отбитая порода убрана в вагонетках по центральной линии рельсов. Поскольку выработка имела ширину 26 футов, места было достаточно, и, поскольку была принята удобная система стрелочных переводов, задержек из-за нехватки вагонеток не возникало.

Использовалась система центральных врубов с последующим расширением. Она заключается в первоначальном взрывании клиновидного вруба или «ключа» глубиной около 10 футов в центре, с последующим расширением сторон несколькими взрывами. В выработке Масконетконг сначала было пробурено двенадцать шпуров, как показано на чертеже и обозначено буквой C, где A — это почва выработки. Эти шпуры бурились коронками диаметром от 1 1/2 до 2 3/4 дюйма, в два ряда по шесть штук, на расстоянии 9 футов друг от друга по забою, под углом, чтобы они сходились в нижней части. Они были заряжены 25 фунтами динамита № 1 и 50 фунтами динамита № 2 и подорваны одновременно электричеством. Динамит № 1 использовался в нижней части этих центральных шпуров; во всех последующих взрывах при расширении использовался только динамит № 2.

Как только вруб был пройден, начиналось бурение второго ряда шпуров для первого расширения, как показано на чертежах, где они пронумерованы 1, 1, 1, 1 и т. д. В этих и последующих рядах, пронумерованных 2, 2, 2, 2 и т. д., и 3, 3, 3, 3 и т. д., сопротивление, которое необходимо преодолеть, конечно, не так велико, как при проходке вруба. В первом и втором рядах расширения использовалось от 50 до 60 фунтов динамита, а в третьем ряду это количество увеличивалось до 80 или 90 фунтов, так как сопротивление возрастает по мере того, как свод кровли опускается по бокам. В этом третьем ряду обычно было один или два дополнительных шпура в кровле; они не показаны на чертеже, так как их положение варьировалось в зависимости от залегания породы. Верхние шпуры в первом ряду также предназначены для обрушения любой части кровли, не потревоженной врубом, поэтому они направлены под острым углом к центру и бурятся на глубину от 12 до 14 футов. На плане, Таблица XII, цифра 3 обозначает шпуры вруба, а 4, 5 и 6 — ряды расширения. Шпуры первого ряда расширения всегда бурились примерно на фут глубже шпуров вруба; при взрыве они обычно извлекали дополнительный фут разрыхленной породы в вершине вруба. В следующей таблице показано примерное количество и глубина необходимых шпуров, а также количество динамита, используемого для линейного продвижения на 10 футов.

No. of
Holes.
Depth
of
Holes.
Total
Depth
of
Holes.
No. 1.
No. 2.

| ft. | in. | ft. | lb. | lb.
Cut | 12 |  | 10 | 6 |  | 126 | 25 | 50
1st square up | 8 | 12 | 0 | 96 | .. | 55
2nd„ | 8 | 12 | 0 | 96 | .. | 55
3rd „ | 6 | 12 | 0 | 72 | .. | 85
Additional roof holes | 2 | - |  | 10 | 0 |  | - | 18 | .. | ..
8 | 0
| 36 | .. | 408 | 25 | 245

Поскольку глубина шпуров вруба составляла 10 футов 6 дюймов, взрыв обычно давал около 9 футов полной проходки, что, как объяснялось выше, увеличивалось до 10 футов в последующих рядах. При площади поперечного сечения около 175 квадратных футов на 10 погонных футов продвижения приходится около 65 кубических ярдов породы, подлежащей разрушению; это дает в среднем 0,4 фунта динамита № 1 и 4 фунта динамита № 2, а также чуть более 6 футов бурения на кубический ярд.

«Уступ» удерживался на расстоянии от 150 до 200 ярдов от забоя выработки, чтобы избежать перерывов из-за взрывных работ в выработке и обеспечить достаточно места для работы с вагонетками, а также для отвода машин на безопасное расстояние перед взрывом. Система, принятая при разработке уступа, показана на Таблице XII. Сначала бурились и взрывались шесть верхних шпуров глубиной от 12 до 13 футов; их относительное положение показано на чертежах, где A — осевая линия, B — стороны при расширении, B' — стороны выработки, C — забой уступа, а 1, 2, 3, 4, 5, 6 — шпуры. Эти шесть шпуров поднимали большую часть породы; остальное разрушалось несколькими горизонтальными шпурами. Эти два комплекта шпуров, сверху и снизу, обеспечивали среднее продвижение около 9 футов. В следующей таблице показано для такого продвижения количество пробуренных футов и количество израсходованного динамита.

No. of
Holes.
Depth
of
Holes.
Total
Depth
of
Holes.
No. 2
Dyna-
mite.

|  | ft. | ft. | lb.
Top holes | 6 | 12 | 72 | 62
Bottom holes | 4 | 10 | 40 | 45
Totals | 10 | 22 | 112 | 107

Поскольку площадь поперечного сечения уступа составляет около 306 квадратных футов, продвижение на 9 погонных футов дает около 102 кубических ярдов породы, подлежащей удалению. Таким образом, количество использованного динамита составило 1,05 фунта, а глубина бурения — 1,1 фута на кубический ярд разрушенной породы.

На этом уступе использовались три машины: две сверху и одна снизу. Бурение шпуров начиналось коронками диаметром 2 3/4 дюйма и заканчивалось коронками 1 1/2 дюйма. Порода представляла собой твердый сиенит.

ГЛАВА VI. ПОДВОДНЫЕ ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ.

Подготовка заряда.

— Для успеха подводных взрывных работ существенно важно, чтобы используемое взрывчатое вещество соответствовало условиям, в которых оно применяется. Это верно для любых взрывных работ, но данное требование часто упускается из виду при выполнении некоторых операций под водой. При расчистке места крушения для спасательных целей порох в большинстве случаев будет действовать более эффективно, чем пироксилин или динамит. Также во многих случаях этот состав окажется более подходящим, чем более мощные вещества, для удаления препятствий в водотоках. Примеры этого будут приведены далее. Но когда необходимо разрушить судно, удалить сваи или объекты аналогичного характера, или когда необходимо взрывать скалы, более мощные составы окажутся гораздо более эффективными для достижения цели. В целом можно сказать, что когда требуется просто удалить объекты, порох является наиболее подходящим взрывчатым веществом; а когда требуется разрушить объекты, нитроцеллюлозные и нитроглицериновые составы являются агентами, применение которых, вероятно, будет сопровождаться наибольшим успехом.

При использовании пороха необходимо принимать меры для защиты его от воды, поскольку небольшое количество влаги достаточно, чтобы в значительной степени снизить развиваемую силу, в то время как большое количество влаги полностью уничтожит его взрывчатые свойства. Даже при самых благоприятных обстоятельствах непросто защитить заряд от воды; но когда глубина воды значительна, достичь этой цели становится очень трудно. Давление значительного «напора» будет проталкивать воду через вещества, которые без давления являются достаточно непроницаемыми. На обычных глубинах для хранения пороха обычно используются металлические канистры. Старые масляные канистры подходят для этой цели не хуже других. Огнепроводный шнур, будь то бикфордов или электрический, пропускается через пробку, которая замазывается каким-либо водонепроницаемым составом. Лучший из них состоит из:

Tallow | 1 | part.
Rosin | 3 | parts.
Guttapercha | 4 | parts.
Swedish pitch | 12 | parts.

Вместо металлических канистр иногда используются резиновые мешки. Однако они дороже масляных канистр, и во многих случаях они едва ли более эффективны или удобны. Небольшие заряды пороха можно помещать в короткие отрезки резиновых трубок, чтобы сформировать своего рода патрон. Но следует позаботиться о том, чтобы надежно закрыть концы. Лучший способ — вставить пробку или, если ее нельзя достать, цилиндрический кусок дерева и очень туго привязать трубку к нему шпагатом. Затем концы следует окунуть в описанный выше замазочный состав. Трубки, подходящие для этой цели, продаются под названием «взрывные трубки». Для крупных взрывов наиболее подходящей емкостью для заряда являются деревянные бочки. Бочки должны быть хорошо осмолены или, если глубина воды велика, покрыты очень горячим пеком. Необходимо проявлять большую осторожность при защите отверстия, через которое проходит огнепроводный шнур или провод электрического детонатора.

При подводных взрывных работах с использованием пороха следует применять только лучшие и самые сильные сорта этого состава. Особо мощный горный порох фирмы «Кертис и Харви», коммерчески известный как порох E.S.M., является наиболее подходящим из всех. Также весьма способствует успеху детонация заряда. Если заряд не детонирует, оболочка разрывается, когда воспламеняется лишь небольшая часть зерен, и, следовательно, большая часть заряда выбрасывается в воду несгоревшей. Если бы пороховые заряды при взрывных работах всегда подрывались детонацией, они бы сравнивались по своему эффекту гораздо более благоприятно с нитроцеллюлозными и нитроглицериновыми составами, чем это происходит при обычных методах их воспламенения.

При использовании пироксилина трудность гидроизоляции значительно уменьшается, но не устраняется полностью. Поскольку этот состав может детонировать во влажном состоянии, нет необходимости принимать те меры предосторожности, которые необходимы в случае с порохом. Но, как мы отмечали в предыдущей главе, детонация влажного пироксилина осуществляется с помощью детонации небольшого количества сухого вещества. Это количество, которое обычно используется в форме цилиндра и называется «детонатором» (праймером), должно быть тщательно защищено от воды. Для этой цели можно использовать резиновые трубки или, если детонатор большой, резиновые мешки. Когда давление воды невелико, очень эффективное защитное покрытие получается путем погружения детонатора в расплавленный парафин. Следует соблюдать осторожность, чтобы не повышать температуру парафина выше той, которая необходима для его полного расплавления. Детонатор должен быть помещен в контакт с зарядом, и желательно, чтобы последний, когда это удобно сделать, окружал первый.

Заряды пироксилина для подводных взрывов обычно состоят из дисков большого диаметра или плит прямоугольной формы. Однако, когда заряд необходимо поместить в шпур в скале, используется обычный патрон.

Тонит, или хлопковый порох, широко используется при подводных взрывных работах. Это вещество всегда применяется в сухом состоянии и поэтому требует защиты от воды. Однако обеспечить такую защиту несложно. Будучи подготовленным к использованию в сильно спрессованном состоянии, он нелегко впитывает влагу. В этом состоянии он заключается в патроны, которые затем окунаются в расплавленный парафин. Это форма и подготовка, принятые для обычного использования. Для применения под водой, особенно когда глубина значительна, обеспечивается дополнительная защита. Для целей разбора затонувших судов тонит можно получить в удобных зарядах, изготовленных в подходящих формах и достаточно защищенных.

При использовании динамита условия аналогичны тем, что преобладают в случае с пироксилином. Поскольку нитроглицерин не подвержен воздействию воды, нет необходимости защищать его от влаги. Но когда заряд динамита погружается в воду и не находится в шпуре, нитроглицерин быстро выпотевает. Автор однажды предпринял несколько безуспешных попыток взорвать заряд динамита на глубине 70 морских саженей под поверхностью. Причиной неудачи оказалось именно это выпотевание; последующие эксперименты показали, что, хотя динамит был в форме обычных пергаментных патронов и находился в прочном холщовом мешке, кизельгур почти не сохранил следов нитроглицерина, когда заряд достиг поверхности с этой глубины после быстрого опускания и подъема. Следовательно, возникает необходимость заключать динамит в какое-либо достаточно непроницаемое вещество, чтобы предотвратить выпотевание нитроглицерина. В качестве защитного покрытия можно использовать вощеный лен или плотный холст, покрытый уже описанным составом; для взрывов на большой глубине используются резиновые мешки и трубки. Когда заряд находится в шпуре в скале, выпотевание вряд ли может произойти, и поэтому в таких случаях гидроизоляция не требуется.

Для подрыва подводных зарядов с помощью огнепроводного шнура подходят только виды с гуттаперчевым покрытием. Необходимо проявлять большую осторожность, чтобы сделать соединение шнура и детонатора водонепроницаемым. Под водой требуется более мощный детонатор, чем на суше. Электрические детонаторы предлагают не только более дешевое, но и гораздо более надежное и подходящее средство подрыва в воде. Этот способ сейчас применяется очень широко. При использовании токов высокого напряжения изоляция должна быть очень хорошей. Во всех случаях взрывная машинка или батарея должны обладать достаточной мощностью.

Дробящие взрывчатые вещества очень подходят для подводных взрывных работ по скальным породам. Во многих случаях их применение делает ненужным бурение шпуров, что является преимуществом очевидно большой важности. Когда необходимо разрушить отдельные или выступающие массы скалы, достаточно поместить заряды на них. Конечно, при таком применении требуется большее количество взрывчатого вещества; но, хотя этот метод расточителен в отношении взрывчатки, он очень экономичен в отношении труда и времени. Даже когда необходимо удалить крупные не отделенные массы скалы, этот же метод часто может быть успешно применен. Предположим, например, ровную поверхность скалы. Несколько мощных зарядов, разумно распределенных по этой поверхности, выбьют воронки значительного радиуса и более или менее разрушат скалу в их непосредственной близости. Несколько других взрывов, произведенных затем между этими разрушенными точками, раздробят промежуточные твердые части. Иногда порода будет дезинтегрирована на значительную глубину и настолько разрушена в целом, что ее можно будет удалить дноуглубительными работами. Действуя таким образом, всю скалу часто можно удалить без какой-либо работы по бурению.

Но когда порода слишком твердая, чтобы ее можно было удалить таким способом, приходится прибегать к бурению, хотя даже когда бурение необходимо, иногда может оказаться очень эффективным «свободный» заряд.

Бурение под водой.

— Ударные буры, один из которых, Дарлингтон, был описан в предыдущей главе, могут эффективно использоваться под водой. В качестве рабочей жидкости используется сжатый воздух. Треножная опора, ножки которой утяжелены для придания устойчивости, обычно является наиболее подходящей опорой. Эти буры требуют непосредственного внимания водолаза. Иногда бурение осуществляется вручную с палубы судна или с плота, предназначенного для этой цели. Следующее описание даст общее представление об операциях, связанных с подводным бурением:—

Рабочее судно, пришвартованное над скалой с помощью швартовных тросов, прикрепленных к буям, расположенным примерно в 50 ярдах от каждой четверти судна, водолаз спускается и выбирает наиболее подходящее положение для взрыва; затем он сигнализирует определенным количеством рывков своего сигнального троса, чтобы ему спустили бур и опору. После того, как это быстро выполняется с помощью парового деррик-крана, он направляет опору бура на место и окончательно фиксирует ее в нужном положении с помощью регулируемых ножек. После этого он подает сигнал о подаче воздуха для начала бурения.

Было обнаружено, что бур может работать как в быстром течении, так и в стоячей воде. Это позволяет проводить операции бурения и взрывания, при правильном разделении времени и труда, в условиях чрезвычайно быстрого приливного течения, так что основная работа водолаза по закладке зарядов для взрывания и строповке камней может выполняться в периоды стоячей воды, в то время как бурение может с успехом продолжаться в период быстрого течения. В быстром течении остановка бура для «вычерпывания» шпура становится ненужной, так как движение бура поднимает шлам к устью шпура, откуда он высасывается и уносится течением темным потоком, подобно дыму из трубы локомотива. В медленном течении или во время стоячей воды иногда вводится шланг воздушного насоса, и воздух нагнетается в шпур для создания потока воды, благодаря чему шпур очищается более тщательно, чем при самом тщательном «вычерпывании».

Как только шпур пробурен на требуемую глубину, бур останавливается; водолаз затем прикрепляет цепь деррик-крана, которая спускается к нему для этой цели, к опоре бура и подает сигнал к подъему, после чего машина быстро поднимается на палубу.

Осмотрев шпур и удалив остатки шлама со дна, водолаз поднимается на поверхность и, взяв в руку заряд, заключенный в водонепроницаемый патрон и снабженный электрическим детонатором, к которому присоединен провод достаточной длины, возвращается с ним и вставляет его в шпур, осторожно досылая его до дна с помощью стержня. Забойка, если она используется, затем вставляется поверх патрона, и водолаз поднимается.

Рабочее судно, быстро оттянутое швартовными тросами на безопасное расстояние с помощью кабестанов, работающих, где это возможно, от парового двигателя, провода присоединяются к машине, и по сигналу «все готово» заряд подрывается.

Затем рабочее судно подтягивается обратно на свою позицию, и как только вода достаточно очищается от темной мутной массы, поднятой взрывом, чтобы водолаз мог в ней видеть, он спускается и осматривает результат.

Если взрыв был эффективным, он подает сигнал о спуске к нему цепей для камней; после чего он приступает к строповке крупных кусков разрушенной скалы, один за другим, по мере того как их поднимают и укладывают на палубу. Все куски, достаточно крупные для строповки, будучи таким образом удалены, он подает сигнал о бадье и лопате, и после их спуска приступает к погрузке лопатой мелких обломков в бадью, чтобы их подняли и сложили на палубе, пока поверхность скалы не будет достаточно расчищена для установки бура для нового взрыва.

Подводные скалы.

— Следующий краткий отчет об удалении скал «Тауэр» и «Корвин» из пролива у входа в Бостонскую гавань, США, написанный Дж. Г. Фостером, является поучительным как иллюстрация метода проведения подводных взрывных работ и как доказательство непригодности медленно горящих взрывчатых веществ для работ такого характера:—

«Тауэр Рок», будучи меньшей из двух, была выбрана для удаления первой. Поскольку ее горизонтальные размеры составляли всего 50 на 26 футов, было рассчитано, что один крупный центральный заряд, окруженный пятью или шестью другими, все в больших и глубоких шпурах, сможет расколоть скалу на куски.

Рабочее судно, шлюп «Гамильтон» водоизмещением 70 тонн, было пришвартовано над этой скалой 30 июля 1867 года, и новая подводная буровая машина, спроектированная для этой работы подрядчиком мистером Таунсендом, была установлена на позицию и испытана.

При первом испытании было обнаружено несколько недостатков, которые препятствовали ее эффективной работе. Пока они устранялись, было проведено испытание поверхностных зарядов, размещенных в скале и вокруг нее в положениях, наиболее благоприятных для их действия. Они оказались совершенно безрезультатными. В гладкой поверхности скалы ими не было сделано никаких швов или разломов.

Как только подводная буровая машина была усовершенствована, она была введена в эксплуатацию и успешно работала. Центральный и окружающие шпуры были пробурены на глубину от 2 до 8 футов, каждый шпур имел диаметр 3 1/2 дюйма. Они были хорошо заряжены черным порохом и забиты песком. В некоторых шпурах заряды не произвели видимого эффекта, забойка была выброшена, как заряд из пушки. В других образовалась воронка, но с радиусом лишь около половины линии наименьшего сопротивления. Шпуры, которые остались целыми, были затем углублены, и пробурены новые; они были заряжены спортивным порохом Дюпона. Результат был намного лучше, но не тот, который требовался. Давление воды на глубине от 23 до 33 футов, по-видимому, значительно уменьшало обычный взрывной эффект пороха на скалу, наблюдаемый при взрывах на открытом воздухе.

Затем было проведено испытание запатентованного безопасного взрывного пороха, изготовленного компанией «Ориентал» из Бостона, причем пропорции ингредиентов были изменены для увеличения его силы для этого специального использования. Это произвело желаемый эффект. Скала была расколота на куски; и путем бурения дополнительных шпуров и продолжения использования крупных зарядов пороха скала была окончательно доведена до требуемой глубины.

Чтобы сгладить верхнюю поверхность и сбить острые выступающие точки, использовались крупные поверхностные заряды спортивного пороха. Они достигли результата в ограниченной степени, но не полностью. Затем в трещину около центра скалы был помещен крупный 15-дюймовый снаряд и взорван. Его взрыв полностью очистил скалу, сбив и выровняв выступающие точки.

Работа на этой скале заняла восемь недель. За это время 80 тонн камня было взорвано, поднято и вывезено на берег, достигнув требуемой глубины 23 фута при среднем уровне отлива. Около 70 тонн мелких обломков было оставлено на дне вокруг скалы, куда они были отброшены взрывами и где они не могли причинить вреда.

Стоимость одной тонны количества, поднятого и вывезенного на берег, составила 64,93 доллара, без учета количества, выброшенного в виде мелких обломков на глубокую воду.

После того как «Тауэр Рок» была полностью удалена на требуемую глубину, швартовы рабочего судна были немедленно перенесены на «Корвин Рок», и 1 октября 1867 года на ней начались работы. Эта скала оказалась гораздо более трудной для взрывания из-за своей чрезвычайно извилистой слоистости, большой твердости и наличия большого количества железного колчедана.

Поверхностные заряды также были опробованы на этой скале в самом начале, в надежде, что, будучи помещенными в наиболее благоприятных положениях между острыми гребнями скалы, они смогут их сбить. Однако они, как и те, что применялись на «Тауэр Рок», полностью не дали заметного эффекта, даже когда содержали четыре и пятьсот фунтов лучшего спортивного пороха. Поэтому буровая машина была снова призвана на помощь, как и прежде, и использовалась непрерывно до завершения работы.

Из-за размеров этой скалы был принят другой план операций по ее удалению. Была выбрана одна сторона скалы, наиболее благоприятная для взрывных работ, и пробурен ряд шпуров параллельно краю, на расстоянии от него, равном глубине шпуров, которая была принята на 1 фут ниже требуемого уровня, 23 фута при среднем уровне отлива. После взрыва этих шпуров была пробурена новая линия шпуров параллельно предыдущей линии или «забою», оставленному взрывами, и они также были взорваны; затем третья линия и так далее, продвигаясь регулярно по скале, постоянно взрывая ее параллельными блоками, простирающимися вниз немного ниже требуемой глубины.

Преимущества этого способа работы заключались в том, что он позволял взрывам действовать в боковом направлении, в котором они были наиболее мощными; и скала после каждой серии взрывов оставалась с почти вертикальной стороной или «забоем», в котором наличие швов можно было легче обнаружить, а характер пластов наблюдать, чтобы можно было выбрать наиболее благоприятные положения для следующих взрывов.

Иногда воронки, следуя за пластами, уходили под низ или оставляли нависающий «забой», и в этом случае крупный заряд, помещенный под его выступающий край, обычно приводил к обрушению нависающей части, а иногда и к смещению крупных масс.

После того как скала была таким образом полностью взорвана поперек и до требуемой общей глубины, была проведена тщательная съемка, при этом промеры глубин брались линиями с интервалом от 5 до 10 футов и под прямым углом друг к другу, причем нижний конец промерного шеста устанавливался водолазом попеременно на самые высокие и самые низкие точки.

Эта съемка показала, что, хотя требуемая глубина была в целом достигнута, многие точки выступали над этим уровнем на расстояния от 2 до 14 дюймов.

Для их удаления снова были опробованы крупные поверхностные заряды, но с тем же неэффективным результатом. Их единственным эффектом было нагромождение песка и мелких обломков камня в нерегулярные валы на поверхности скалы. Поэтому в каждой из этих точек пришлось бурить небольшие шпуры, чтобы их взорвать. Это заняло гораздо больше времени, чем можно было разумно ожидать; так что только после двух месяцев затраченного труда все точки были окончательно доведены до требуемого уровня.

Препятствия в водотоках.

— Удаление препятствий из водотоков часто приводит к проведению большого количества подводных взрывных работ. Деревья, упавшие в поток, наиболее эффективно разрушаются зарядами пороха, подорванными детонацией. Успех операции, однако, будет в значительной степени зависеть от разумного размещения зарядов. Кирпичная кладка также может быть очень эффективно разрушена зарядами пороха. Но каменная кладка и глыбы скал могут быть более эффективно разрушены пироксилином, тонитом или динамитом. Для работ такого характера электрический подрыв предлагает большие преимущества, так как, помимо удобства, он позволяет взрывать несколько зарядов одновременно, что является условием, которое всегда благоприятно, а во многих случаях и существенно для успеха.

Следующий весьма интересный и поучительный отчет об удалении путем взрывания некоторых препятствий в определенных реках Индии представлен лейтенантом А. О. Грином, Королевские инженерные войска.

Рис. 51.

Рис. 52.

Большой рис. 52 (47 кБ)

Он, в компании с несколькими помощниками, выехал из Калькутты в Малду 8 апреля 1874 года, где на следующий день они начали работу над обломками большого местного судна, которое лежало на дереве посреди потока, как показано на рис. 51. Были произведены промеры глубин над этим деревом и вокруг него, которое, как оказалось, имело около 3 футов 6 дюймов в диаметре у основания. Поскольку порох, предназначенный для использования в этих операциях, не прибыл, были изготовлены три 5-фунтовых заряда пироксилина; предполагалось, что под 15-футовым напором воды их будет достаточно, чтобы переломить дерево пополам. Пироксилин был в форме спрессованных дисков диаметром 2 1/2 дюйма и толщиной 2 дюйма, каждый диск весил около 5 унций. Эти диски были засыпаны в жестяной цилиндр до уровня примерно 4 дюймов от верха. Электрический детонатор с присоединенными проводами, будучи надежно вставлен в отверстие в центре верхнего диска, пустое пространство сверху было заполнено сначала слоем опилок, а затем слоем пластичной глины, хорошо утрамбованной. Все это было затем закрашено, а верхний конец завязан в покрытие из вощеной ткани, отверстия, через которые проходили провода детонатора, были тщательно замазаны. Заряд, изготовленный таким образом, показан в разрезе на рис. 52. Он был подорван с помощью динамо-электрической машины.

Первый заряд произвел лишь небольшой эффект; второй не сработал из-за того, что корпус не был водонепроницаемым; третий заряд был более эффективным, так как он частично поднял дерево и судно из воды. Положения этих зарядов пироксилина обозначены кружками на рисунке. На следующий день два пороховых заряда, примерно по 70 фунтов каждый, были помещены под судно, эти заряды были привязаны водолазами к коряге. Эти заряды состояли просто из обычных масляных канистр, тщательно очищенных и окрашенных краской на основе сурика. Заливочное отверстие было закрыто деревянной пробкой, просверленной для пропуска проводов детонатора. Эта пробка после вставки была покрыта водонепроницаемым составом. Эффектом двух зарядов стало полное разрушение судна. Еще один заряд в 50 фунтов удалил дерево под ним. Положения этих пороховых зарядов обозначены квадратами на рис. 51.

Следующим встреченным препятствием была песчаная отмель, вызванная судном, которое разломилось пополам, а затем затонуло. Песок почти покрыл судно, так что работать было почти не с чем. Заряд в 80 фунтов (один крупный заряд считался предпочтительнее двух или трех мелких при избавлении от песка), помещенный близко к той части судна, которая была видна, сделал значительную воронку, а второй заряд в 80 фунтов был помещен в гораздо более благоприятном положении, так как почти все судно было удалено, за исключением частей носа и кормы, которые потребовали двух отдельных зарядов по 50 фунтов каждый, прежде чем они исчезли. Через полчаса вся песчаная отмель была смыта потоком, и над местом, где раньше песок был высоко и сухо над водой, стало от 3 до 4 футов воды. Удаление этого препятствия было опасным из-за близости судна к поверхности, вследствие чего сопротивление выбросу его частей через воздух было небольшим, а также из-за величины использованных зарядов. Если бы, однако, использовались малые заряды, более чем вероятно, что сделанные ими небольшие воронки слишком быстро заполнились бы снова, чтобы быть полезными для облегчения размещения в нужном положении последующих зарядов.

На следующий день большое дерево манго, около 4 футов 6 дюймов в диаметре, было уничтожено двумя 50-фунтовыми зарядами, которые разбили его на три части, легко удаляемые на берег.

Несколько дней спустя большой ствол дерева, около 3 футов в диаметре, был удален двумя 50-фунтовыми зарядами; но глубина воды над ним была настолько мала, что большая часть ствола была выброшена на значительное расстояние на берег. На следующий день большое дерево, которое образовало песчаную отмель, было очень успешно удалено зарядом в 50 фунтов, помещенным среди корней, так как считалось, что заряд меньше 50 фунтов не достиг бы цели. Напротив Касимпура судно было удалено зарядом в 50 фунтов, помещенным в центре вверх по течению, который полностью разрушил его, причем все части были вытащены на берег. В Мутья большое хлопковое дерево, древесина которого чрезвычайно твердая, было обнаружено со множеством крупных ветвей, выступающих из воды. Заряд в 70 фунтов, привязанный под деревом у основания ветвей, эффективно разрушил его, и все части были вытащены на сушу. В трех милях ниже по реке была предпринята попытка уничтожить другое большое хлопковое дерево аналогичным зарядом, но он только разбил его на три части, и потребовались еще два заряда по 50 фунтов каждый, чтобы эффективно очистить его. Это дерево было, если не сказать больше, немного крупнее предыдущего, т. е. от 3 до 4 футов в диаметре, и воды над ним было меньше.

Дальше группа наткнулась на скопление из трех или четырех деревьев с переплетенными ветвями, лежащих на песчаной отмели возле Алумпур-Далда; они были достаточно разрушены 70-фунтовым зарядом, чтобы сделать их легкими для удаления силами кули. Напротив деревни еще одна неудобная коряга в виде большого дерева, торчащего из 30 футов воды, была уничтожена путем привязывания 70-фунтового заряда у его основания. Заряда в 50 фунтов пороха под этим напором воды, или даже меньшего количества, могло быть достаточно, но так как работу нужно было выполнить быстро, не особо учитывали несколько фунтов пороха больше или меньше, при условии, что цель была достигнута. В Гомаштапуре большое дерево, с ветвями и всем остальным, было обнаружено в 25 футах воды, лежащее в русле под берегом. Течение здесь было значительным, и возникли некоторые трудности с размещением зарядов. Один заряд в 70 фунтов переломил дерево пополам; другой в 50 фунтов у основания ветвей разбил их; а еще один такого же веса избавился от корней. Ниже Гомаштапура большое дерево манго было разрушено 60 фунтами пороха. Немного дальше встретилась плохая бамбуковая коряга. Эти бамбуковые коряги, которые были просто корнями бамбука, возможно, с дюжиной или около того целых стеблей, доставили много хлопот. Рис. 53 дает представление о том, как выглядят эти коряги. Оказалось невозможным поместить заряд под эту, поэтому между бамбуком было проделано отверстие, и заряд в 70 фунтов был забит довольно глубоко в середину. Это очистило все и открыло канал.

Рис. 53.

В Чандпуре, на входящем угле реки и в месте, особенно опасном для судоходства во время дождей, находилось огромное баньяновое дерево (Ficus Indica), главный ствол которого, судя по ветвям, должен был быть не менее 12–15 футов в диаметре. Приблизительное измерение было сделано шестом, но любое такое измерение может быть только очень грубым.

Рис. 54.

Рис. 55.

Ствол лежал в глубокой воде, но ветви, больше похожие на скопление больших деревьев, лежали, вытянувшись на значительное расстояние над берегом, покрывая площадь более 80 квадратных футов. Заряд в 200 фунтов пороха был изготовлен в резиновом мешке и помещен водолазами примерно в 28 футах воды, хорошо под ствол дерева. Эффектом этого стало расщепление ствола на несколько частей, каждая из которых впоследствии потребовала отдельного удаления. Затем под двумя самыми большими кусками в 18 футах воды был взорван 70-фунтовый заряд, и это полностью разрушило их. Израсходовав теперь все футляры для пороха, изготовили три заряда пироксилина, аналогичные первым, и взорвали их по отдельности, каждый поместив под хорошую толстую ветку, около 8 футов в обхвате. Эффект от всех трех был колоссальным; по-видимому, больше, чем от 70 фунтов пороха. Поскольку футляров больше не осталось, а время было дорого, в качестве временной меры были получены из деревни обычные глиняные горшки (ghurrahs). Они вмещали около 20 фунтов пороха; детонатор был помещен в центр в диске пироксилина, а горлышко было закрыто влажной землей, краской на основе белил и т. д., точно так же, как и заряды пироксилина. Веревка для привязывания их к препятствию была надежно закреплена вокруг горлышка, а провода детонатора были привязаны под этой обвязкой, оставляя небольшую петлю к детонатору свободной, чтобы избежать любого шанса возникновения натяжения на детонатор при опускании заряда. Рис. 54 и 55 показывают устройство этого заряда. Первый опробованный имел лишь небольшой эффект при размещении под веткой дерева в глубокой воде, и было решено подождать футляры из Калькутты; но после ожидания пять дней без их появления были опробованы еще три таких заряда, и на этот раз с очень отличными результатами. Они были действительно настолько удовлетворительными, что в тот же вечер были изготовлены и взорваны еще четыре. Первый — под деревом манго немного дальше вниз по реке. Это сломало его пополам, выбросив одну часть высоко и сухо на берег, а другую в глубокую воду. Остальные три были взорваны под оставшимися ветвями баньянового дерева с очень хорошим эффектом, срезав их.

Более чем вероятно, отмечает лейтенант Грин, что хорошие результаты, полученные со всеми этими зарядами в горшках, были полностью обусловлены тем, что диск пироксилина внутри заставлял сам порох детонировать, так что тонкость оболочки не имела большого значения в определении силы взрыва.

После прибытия жестяных футляров остальной порох был изготовлен в пять зарядов по 48 фунтов и три заряда в горшках по 20 фунтов каждый. Примерно в четырех милях дальше вниз по реке лежало старое дерево пипал посреди русла, с несколькими ветвями над водой. Две жестянки, одна помещенная под основание ветвей, а другая под корни, сбили нижние ветви, на которых покоилось дерево, и оно слегка осело в воде. Затем под стволом был взорван горшок с великолепными результатами, дерево исчезло полностью, за исключением одной ветки, для удаления которой потребовался еще один небольшой заряд. Ствол этого дерева был почти 8 футов в диаметре, но из мягкой волокнистой древесины.

По возвращении в лагерь небольшой заряд в 2 фунта пироксилина был изготовлен в секции бамбука и использован против баньянового дерева с очень хорошим эффектом, а заряд в горшке разрушил последнюю ветку, кроме одной. На следующий день 1 1/2 фунта пироксилина в куске бамбука закончили последнее из этого огромного дерева.

После расчистки еще нескольких деревьев фундаменты старой фабрики, которые сползли в поток, были удалены путем введения двух зарядов по 1 1/2 фунта пироксилина в концах двух бамбуковых стеблей глубоко в трещины кладки под водой.

Другое препятствие состояло из ряда старых свай, около 15 дюймов в квадрате, простирающихся поперек реки ниже поверхности воды. Шесть из самых опасных из них были удалены зарядами в горшках, привязанными к основанию свай.

Впоследствии был встречен старый колодец, который целиком упал в воду. Положение этого колодца показано на рис. 56. Заряд в 4 фунта пироксилина полностью уничтожил его.

Возле Азимгунджа был обнаружен ствол очень большого дерева пипал, затонувший в глубокой воде. Он был настолько велик, что сочли необходимым поместить под него 100-фунтовый заряд; этот заряд полностью разрушил его, но впоследствии потребовались два небольших заряда по 20 фунтов каждый, чтобы удалить куски.

Рис. 56.

Позже встретился колодец, похожий на тот, что был уничтожен ранее. Кирпичная кладка была удивительно хорошей и около 3 футов толщиной, а раствор был отличным. Один заряд в 4 фунта пироксилина разбил его на крупные куски; но потребовался еще один аналогичный заряд и два заряда по 20 фунтов пороха, чтобы уничтожить его полностью. В тот же день два дерева были удалены зарядами в горшках, которые использовались повсеместно для малых зарядов с неизменным успехом.

В месте под названием Фаррашданга было очень плохое препятствие в реке, вызванное остатками старого купального гхата и моста, которые были подмыты из берега водой, проникающей под кладку. Оба выступали примерно на 3 фута над водой, и в сезон дождей они образовывали центр очень неприятного и опасного водоворота, в котором, по словам исполнительного инженера отдела рек Нуддеа, было потеряно много лодок. Там была огромная масса кладки, но не было возможности поместить заряд под нее; поэтому заряд в 100 фунтов пороха был помещен вплотную к ней примерно в 15 футах воды. Это сдвинуло массу целиком в сторону и под воду. Затем под массу были помещены два 50-фунтовых заряда, и они полностью раздробили ее, за исключением одного куска, от которого избавились четвертым зарядом в 20 фунтов, помещенным хорошо под него. Исполнительный инженер, желая, чтобы крыло моста, которое находилось на суше в сухой сезон, также было удалено, сделал небольшое отверстие у основания видимой части кирпичной кладки, ввел в него заряд в 2 фунта пироксилина и взорвал его с лишь терпимым эффектом, кирпичная кладка треснула на расстоянии 3 или 4 футов от центра заряда. Затем с одной стороны крыла была вырыта яма глубиной около 5 футов, и был взорван заряд в 4 фунта пироксилина с хорошей забойкой. Забойка была выброшена, а фундаменты стены сильно треснули. Раскопку углубили до 6 футов, и под кирпичной кладкой сделали отверстие, достаточно большое, чтобы вместить 100-фунтовый заряд. Затем его хорошо забили и взорвали. Его эффект был отличным. Вся кирпичная кладка крыла была удалена, а в точке берега, которую требовалось удалить и которая была одной из главных причин водоворота, была выбита воронка шириной около 30 футов сверху, так что следующий подъем реки обязательно должен был унести все это. На следующий день старый пакка-гхат напротив Берхампура был полностью разрушен тремя 20-фунтовыми зарядами, и огромное количество старого кирпича было выброшено в реку.

Последняя предпринятая операция состояла во взрыве очень большого гхата напротив дворцов Наваба Муршидабада. Река во время последовательных дождей подмыла и проникла под ступени гхата, обрушив большие его массы в реку, где они образовали самые опасные препятствия для судоходства. Работа была неизбежно выполнена очень грубо, из-за отсутствия надлежащих инструментов. Глубокие раскопки были сделаны под тремя самыми большими массами кладки, примерно на расстоянии 25 футов друг от друга, и в них были введены три заряда по 50 фунтов и один заряд в 20 фунтов пороха. Эти заряды были хорошо забиты, соединены в раздельной цепи и взорваны одновременно. Вся кладка была полностью разрушена, так что ее можно было легко удалить впоследствии силами кули, что было всем, что требовалось.

Выводы, которые можно сделать из вышеприведенных заметок, заключаются в том, что крупные деревья, лежащие на мелководье, требуют для их эффективного удаления зарядов пороха от 50 фунтов и выше; но там, где много воды и деревья не очень большие, достаточно 20 фунтов.

Для этих малых зарядов, как было видно, обычный глиняный горшок (ghurrah) подходит восхитительно, и в подобных обстоятельствах, несомненно, было бы выгодно использовать их, так как они недороги и доступны почти в каждой индийской деревне.

Использованные заряды могли бы, во многих случаях, поначалу, без сомнения, быть сделаны меньшими с выгодой, как для безопасности, так и для экономии; но так как скорость была главной целью, об этом не особо задумывались.

Для удаления кладки под водой нет необходимости помещать заряд под массу, что часто невозможно; крупного заряда рядом с ней, как правило, вполне достаточно, чтобы разрушить ее довольно эффективно там, где есть достаточный напор воды. Меньшие заряды, конечно, могут быть легко использованы впоследствии, когда это потребуется, и для этих малых зарядов пироксилин очень эффективен, так как его можно легко ввести в конце бамбукового стебля в отверстия и трещины, куда было бы невозможно поместить любые, кроме самых малых зарядов пороха.

УКАЗАТЕЛЬ.

Appliances for firing blasting charges, 42

Auxiliary tools, 17

Batteries, firing, 62

Beche, 21

Bichromate firing battery, 62

Bits, borer, 31

Blasting gear, sets of, 22

—— sticks, 51

—— subaqueous, 164

Borer-bits, 31

Boring under water, 170

—— the shot-holes, 128, 142

Bornhardt’s firing machine, 57

Brain’s powder, 105

Bull, 20

Cables, 53

Cellulose dynamite, 105

Charging and firing, 150

—— the shot-holes, 132

Chemical compounds, 81

Claying iron, 20

Conditions of disruption, 110

Connecting wires, 52

Cotton powder, 103

Darlington drill, 26

Detonation, 95

Detonators, 54

Dislodged rock, removal of, 154

Disruption, conditions of, 110

—— force required to cause, 107

Division of labour, 155

Drills, dimension of, 6

—— form of, 4

—— hand, 1

—— hardening and tempering, 10

—— making and sharpening, 7

—— sets of, 13

Drivings, examples of, 157

Dubois-François carriage, 39

Dynamite, 100

—— composition of, 87

Electrical firing, advantage of, 153

Electric fuses, 47

—— tension fuse, 50

Example of a heading, 115

Examples of drivings, 157

Explosion, force developed by, 72

—— heat liberated by, 67

—— gases generated by, 69

—— nature of, 64

Explosive agents, nature of, 76

Firing batteries, 62

—— blasting charges, appliances for, 42

—— by electricity, 138

—— machines, 55

—— machine, Bornhardt’s, 57

—— —— induction coil, 61

—— —— Mowbray’s, 59

—— —— Siemens’, 60

—— —— Smith’s, 58

—— points of the common explosive agents, 102

—— table for frictional electric machine, 140

—— the charges, 137

Force developed by an explosion, 72

—— developed by gunpowder, 88

—— required to cause disruption, 107

Fuse, safety, 45

Fuses, electric, 47

Gases generated by an explosion, 69

Gun-cotton, 99

—— constitution of, 81

Gunpowder, 97

—— composition of, 80

—— force developed by, 88

Hammers, 14

—— patterns of, 15

Hand boring, 128

Heading, example of, 115

Heat, action of, in firing, 92

—— liberated by an explosion, 67

—— measure of, 66

—— specific, 66

Hoosac Tunnel, 158

Induction firing coils, 61

Joint and bedding planes, 118

Jumper, 3

Labour, division of, 155

Line of least resistance, 106

Lithofracteur, 104

Machine boring, 142

—— rock-drills, 23

Machines, firing, 55

Means of firing the common explosive agents, 92

Measure of heat, 66

Mechanical mixture, 76

Mowbray’s firing machine, 59

Musconetcong Tunnel, 159

Nature of an explosion, 64

Nitrated gun-cotton, 103

Nitro-glycerine, constitution of, 86

Obstructions in water-courses, 178

Operations of rock blasting, 128

Preparation of subaqueous charges, 164

Principles of blasting, 106

Rammer, 20

Relative strength of gunpowder, gun-cotton, and dynamite, 91

—— —— of the common explosive agents, 88

Removing dislodged rock, 154

Rock-drill supports, 34

Safety Fuse, 45

St. Gothard Tunnel, 157

Schultze’s powder, 104

Scraper, 18

Shot-holes, boring, 128, 142

—— charging, 132

Siemens’ firing machine, 60

Silvertown firing battery, 62

Sledges, 14

—— North of England, 17

—— North Wales, 17

—— South Wales, 16

Smith’s firing machine, 58

Some properties of the common explosive agents, 97

Some varieties of the nitro-cellulose and the nitro-glycerine compounds, 103

Squibs, 44

Steel, hardening and tempering, 9

Stemmer, 20

Sticks, blasting, 51

Stretcher bar, 37

Subaqueous blasting, 164

—— charges, preparation of, 164

Submarine rocks, removal of, 173

Swab-stick, 19

Tamping, 121

Tonite, 103

Water, boring under, 170

Water-courses, obstructions in, 178

Waterproofing composition, 165

Weight of explosive in bore-hole, table of, 109

Wires, connecting, 52

ЛОНДОН: ОТПЕЧАТАНО УИЛЬЯМОМ КЛОУСОМ И СЫНОВЬЯМИ, СТЭМФОРД-СТРИТ И ЧЕРИНГ-КРОСС.

Таблица I.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица I. (81 кБ)

Таблица II.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица II. (93 кБ)

Таблица III.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица III. (107 кБ)

Таблица IV.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица IV. (135 кБ)

Таблица V.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица V. (157 кБ)

Таблица VI.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица VI. (110 кБ)

Таблица VII.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица VII. (115 кБ)

Таблица VIII.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица VIII. (87 кБ)

Таблица IX.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица IX. (117 кБ)

Таблица X.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица X. (135 кБ)

Таблица XI.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица XI. (98 кБ)

Таблица XII.

Э. и Ф. Н. Спон. Лондон и Нью-Йорк.

Большая Таблица XII. (126 кБ)

Примечания транскриптора

Непоследовательное и необычное написание, расстановка дефисов, использование акцентов и макет были сохранены, за исключением случаев, упомянутых ниже.

Таблицы в конце текста связаны с более крупными версиями (доступны не во всех форматах).

Существует два набора пронумерованных иллюстраций: пронумерованные иллюстрации в тексте и пронумерованные иллюстрации в таблицах в конце книги. Были предоставлены гиперссылки на соответствующую таблицу или иллюстрацию.

Расчеты и таблицы были скопированы дословно, хотя некоторые из них содержат ошибки в расчетах.

Некоторые ссылочные буквы в тексте отсутствуют на иллюстрациях.

Внесенные изменения:

Таблицы и иллюстрации были перемещены между абзацами; некоторые из таблиц были повернуты.

Некоторые незначительные типографские ошибки были исправлены, а некоторые отсутствующие знаки препинания были добавлены без уведомления.

Страница 40: таблица V изменена на таблицу V.

Страница 109: Curtiss’ and Harvey’s изменено на Curtis’s and Harvey’s.

Страница 166: Curtis’s and Harvey изменено на Curtis’s and Harvey’s.

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back

back