Прогнозирование и оценка обстановки при взрывоопасных чрезвычайных ситуациях

Наиболее частым и опасным поражающим фактором являются взрывы. Взрывы могут быть ядерных и обычных боеприпасов, твердых взрывчатых веществ, газо-топливных, воздушно-пылевых и других смесей, горючих веществ и других материалов. Основным поражающим фактором любого взрыва является воздействие ударной волны.

Расчет зоны ЧС при взрыве конденсированных взрывчатых веществ.

Расчет зоны ЧС сводится к определению ее размеров, степени поражения людей и разрушения объектов.

Конденсированными называют твердые взрывчатые вещества (ВВ) с плотностью р = (1,5... 1,8) 10³ кг/м³, содержащие в своем составе количество кислорода, достаточное для осуществления взрывной реакции. Различают индивидуальные ВВ и их смеси (см. табл. В.З приложения). Главной характеристикой ВВ является теплота взрыва Q_v - количество энергии, выделяемое при взрыве 1 кг ВВ, кДж/кг. Взрывы конденсированных ВВ протекают в режиме детонации.

Избыточное давление во фронте ударной волны при взрыве заряда ВВ на поверхности земли определяется по формуле:

где: Др_ф - избыточное давление, кПа; т - масса тротилового заряда, кг;

R - расстояние от центра взрыва до объекта, м;

Формула справедлива для наземного взрыва, а также для воздушного взрыва на расстоянии R > 8 Н (Н - высота взрыва, м).

Для ВВ (кроме тротила) вместо т в формулу (8.17) подставляют значение т - am. Величину т называют тротиловым эквивалентом.

Разрешая формулу (8.17) относительно R и представляя ее в виде R = f(Ap.,m), получим соотношение

где х - параметр уровня поражения (без учета влияния подстилающей поверхности), х-4,7 (Др_ф = 50 кПа) - полные разрушения; х = 6,4 (Д/?_ф = 30 кПа) -

сильные разрушения; х = 8,2 (Др_ф=20 кПа) - средние разрушения; х = 13,5 (Др_ф = 10 кПа) - слабые разрушения.

Слабые разрушения - повреждения или разрушения крыш, оконных и дверных проемов. Ущерб - 10... 15 % от стоимости зданий.

Средние разрушения - разрушение крыш, окон, перегородок, чердачных перекрытий, верхних этажей. Ущерб - 30.. .40 %

Сильные разрушения - разрушения несущих конструкций и перекрытий. Ущерб - 50 %. Ремонт нецелесообразен.

Полное разрушение - обрушение зданий.

Степень поражения объекта экономики определяется по формуле:

где S_34C - площадь зоны ЧС, м²; S₀₃ - площадь объекта экономики, м².

Восстановление объекта экономики целесообразно, если слабые и средние разрушения зданий и сооружений не превышают 40 %.

По табл. 8.13 определяется степень поражения ударной волной взрыва незащищенных людей

Таблица 8.13

Степень поражения людей

Число безвозвратных потерь при взрывах в населенных пунктах (городах) можно оценить по формуле:

где - число безвозвратных потерь, чел.; Р - плотность населения или промышленного персонала, тыс. чел/км²; - масса ВВ, т.

По табл. 8.14 определяется степень разрушения элементов инженерно- технического комплекса (ИТК).

Таблица 8.14

Степень разрушения объектов (зданий, сооружений, транспорта) в зависимости от избыточного давления А/;_ф, кПа

Для оперативных расчетов радиусов зон полных, сильных, средних, слабых разрушений (с учетом влияния подстилающей поверхности) можно использовать зависимости:

- радиус зоны полных разрушений

- радиус зоны сильных разрушений R_c

- радиус зоны средних разрушений R

- радиус зоны слабых разрушений R_cn

при этом

где Ц - коэффициент, учитывающий свойства подстилающей поверхности в районе взрыва (железобетонная плита - 0,95, бетон - 0,85, плотный грунт - 0,7, средний грунт - 0,65); а - соотношение (см. таблицу В.З приложения); т - масса ВВ (ГВС), кг.

Возможные потери людей в зоне ЧС определяются как математическое ожидание (МО), равное сумме потерь персонала объекта в зависимости от степени его защищенности:

где N_f - число людей на объекте, чел.; C_i - процент потерь, % (табл. 8.15); п - число зданий на объекте.

Таблица 8.15

Потери рабочих и служащих на объекте С_п %

Взрыв газовоздушной смеси (ГВС). Для проведения расчетов необходимы значения теплоты взрыва Q_v, кДж/кг, НКП/ВКП (см. табл. В.4 приложения). Тротиловый эквивалент взрыва, кг, находят по формуле:

где т - масса горючего газа, кг; Q_v - теплота взрыва газа, кДж/кг; Q_VmT - теплота взрыва тротила, кДж/кг; т| = °Д - доля прореагировавшего при взрыве газа. Радиус зоны, м, бризантного действия взрыва (I зона):

где со - 0,8 - коэффициент перевода вещества в газообразное состояние. Для сжатых газов со = 1; р-р₍₎у^ = 0,07 кг/м³ - концентрация газа в смеси; п - процент газа в ГВС, %; т - масса ГВС, ТВС в смеси (резервуаре), кг.

Давление в пределах I зоны А/?_ф =1750 кПа. За т принимается 50 % вместимости резервуара при одиночном хранении и 90 % - при групповом.

Радиус зоны действия продуктов взрыва (радиус огненного шара объемного взрыва) - II зона:

Избыточное давление, кПа, в зоне разлета продуктов взрыва (на границе огненного шара) определяют по формуле:

где у - показатель адиабаты (для смеси газов у — 1,25); р - плотность ГВС, кг/м³; Q_v - удельная теплота взрыва смеси углеводородных газов, кДж/кг; р₀ - атмосферное давление, кПа.

После преобразований формула (8.29) упрощается:

Избыточное давление, кПа, в зоне действия воздушной ударной волны (R' > 1,7/?,) определяют по формуле:

Интенсивность, кДж/(м² с), теплового излучения взрыва ГВС (ТВС) на расстоянии R, кДж/(м² с):

где q₀ - удельная теплота пожара, кДж/(м² с); Т = 1 -0,058- InR₃ - прозрачность R²R

воздуха; ср = , ^{2 3}- - угловой коэффициент, характеризующий взаимное

VK+Дз²)³

расположение источника и объекта.

Продолжительность, с, существования огненного шара определяют по формуле:

где m - масса ГВС (ТВС) кг.

Тепловой импульс, кДж/м², определяют по формуле:

Безвозвратные потери людей от воздействия ударной волны определяют по формуле:

где т - масса ГВС (ТВС) в тоннах.

Поражающее действие ударной волны и теплового импульса определяют, сравнивая вычисленные значения Ар_ф и U_T с табличными (см. табл. 8.13; 8.14; 8.15; 8.16).

Таблица 8.16

Значения тепловых импульсов,

приводящих к поражению людей и воспламенению материалов, кДж/м²

Расчет зоны ЧС при взрыве емкости, находящейся под давлением газа (пара). Взрыв емкостей, находящихся под давлением, относится к группе физических взрывов, при которых при разрушении емкости происходит быстрое расширение газа и образование ударной волны и поля осколков. Наиболее частые причины такой ЧС: падение резервуара, разрывы швов. Энергия взрыва, Дж, определяется по формуле:

где р_Г - давление газа в емкости, Па; р₀ - атмосферное давление, Па; V - объем емкости, м³; у - значения показателя адиабаты (см. табл. В.5 приложения).

Масса эквивалентного заряда, кг, определяется (с учетом соотношения Е_уав~ 0,6Е) по формуле:

Избыточное давление во фронте ударной волны на расстоянии R определяется по формуле (8.17). Оценивая полученные значения Д»_ф с табличными,

оцениваем поражающее действие ударной волны. Расчет поля осколков производится по соотношениям:

где v₀ - начальная скорость полета осколков, м/с; g - ускорение силы тяжести, м/с².

Скорость v_o вычисляется по соотношению:

откуда

Здесь т_о - суммарная масса осколков, равная массе здания, резервуара и т.п., кг; Е_оск - энергия, идущая на разлет осколков, Дж; г|_м - коэффициент участия газа, пыли во взрыве в помещении (л_л ⁼ 0,5); Р_оск - доля энергии, идущая на разлет осколков (р_оск = 0,4); т - масса горючего вещества, кг; Q, - удельная теплота взрыва вещества, Дж/кг.

Соотношение (8.38) дает завышенные значения, т. к. L_mdX рассчитывается для полета в безвоздушном пространстве. Поэтому, дальность полета осколков ограничивают соотношением:

где т_э = т, Q_v = Q_Vtht ; r = 1 (для боеприпасов, бомб, снарядов, мин).

Масса цилиндрического резервуара:

Масса шарового резервуара

Объемы резервуаров соответственно:

где d = 7,8 г/см³ - удельный вес железа (металла); 8 - толщина оболочки, см; г и - внешний и внутренний радиус резервуара, см; L - длина цилиндрического резервуара, см.