книги / Развитие теории анализа аварийной ситуации при хранении взрывчатыхз веществ

Вероятность возникновения взрывного процесса на объекте хранения боеприпасов i-го объекта определим выражением:

	рi	(х1, х2 , х3 ) = p1i (x1 ) + p2i (x2 ) + p3i (x3 ) − p12i	(x1x2 ) −
		− p13i (x1x3 ) − p23i (x2 x3 ) + р123 (х1х2 х3 ),	(4.9)
где	p1i(x1), p2i(x2), p3i(x3) – вероятности взрыва группы боеприпа-
сов	от	осколочного, ударного и теплового	воздействия;

p12i(x1 x2), p13i(x1 x3), p23i(x2 x3) – вероятности взрыва группы боеприпасов от действий комбинации двух поражающих факторов; р123 (х1х2 х3 ) – вероятности взрыва группы боеприпасов от дейст-

вий комбинации трех поражающих факторов.

Значения вероятностей угрозы взрыва от действия различных факторов определяются путем статистического анализа причин, которые вызывают инициирование боеприпасов на объектах хранения. Другой способ определения влияния взрывоопасных факторов на вероятность угрозы взрыва связан с моделированием процессов возникновения и развития инициирования боеприпасов.

Моделирование возможно с помощью диаграмм причинноследственных связей типа «дерево происшествия» и «дерево событий» – возможных разрушительных исходов взрыва группы боеприпасов. Целью такого моделирования будем считать выявление закономерностей возникновения инициирования в группе боеприпасов. Данная модель должна состоять из одного головного события – собственно инициирования группы боеприпасов

ипредпосылок их инициирования. В структуру этого дерева включаются все те логически условные и безусловные связи между предпосылками, соблюдение которых необходимо и достаточно для возникновения конкретного разрушительного выброса энергии. В такой аналитической модели, помимо событий

исвязей между элементами, в качестве исходных данных также используются параметры, характеризующие вероятность или частоту исходных предпосылок на конкретном интервале времени, а также возможные исходы инициирования группы боеприпасов.

111

Процесс моделирования разобьем на два этапа. Первый этап – аналитический

Рассмотрим систему боеприпасов, находящихся на хранении, как площадной объект прямоугольной формы длинной L и шириной H и разобьем всю площадь условно на зоны пораже-

ния 1, 2, 3, … n (рис. 4.3).

Предположим, что боеприпас Ni2 инициирован под воздействием внешних факторов и является активным. Осколочные элементы, с учетом эффекта экранирования, воздействуют только на боеприпасы, находящиеся в зоне «видимости», вызывая, в свою очередь, их инициирование.

Вероятность инициирования зависит от ряда факторов и является их функцией:

Рин = f (R,α,m,Vоск , Кф, N) ,

(4.10)

где R – расстояние между боеприпасами; α – угол подхода осколка к поверхности боеприпаса; m – масса осколка; Vоск – скорость поражающих элементов; Кф – коэффициент формы осколка; N – количество осколков.

Рассмотрим характер инициирования боеприпаса Ni6 при начальных условиях R = 2 м, Vоск = 1000 м/с. Можно говорить о нескольких возможных исходах этого события: от одностороннего инициирования до инициирования с определенной разновременностью.

Самым очевидным исходом инициирования является Ni2-Ni6, но это маловероятно из-за воздействия на торец боеприпаса. Остальные исходы обусловлены цепочными реакциями: Ni2-Ni3-Ni6,

Ni2-Ni7-Ni6, Ni2-Ni1-Ni6, Ni2-Ni5-Ni6. Кроме того, мы имеем воздействие и на боеприпасы Ni9, Nij. Анализируя исходы инициирую-

щих воздействий и опираясь на результаты известных расчетов по поражению штатных образцов боеприпасов в зависимости от угла подхода поражающих элементов и их скорости, определим общую картину взрыва (рис. 4.4). В качестве поражающего элемента рассматривались осколки корпуса боеприпаса площадью 3 см2, летящие со скоростью 1000 м/с. Угол подхода к составным частям изменялся от 0 до 360°. Вероятность поражения зависит

112

Рис. 4.3. Идеальная схема инициирования боеприпасов в условиях группового хранения

113

как от энерговооруженности осколка, так и от угла подхода поражающего элемента к поверхности составной части, а также взаимной экранировки последних друг другом. В этих условиях боеприпасы Ni1 и Ni3 инициируют с вероятностью 0,8–0,98. Инициирование боеприпасов Ni5 и Ni7 зависит от их расположения относительно Ni2, при подходе осколков со стороны головной части вероятность инициирования практически равна 0, а со стороны хвостовой части колеблется в пределах от 0,25 до 0,65.

Рис. 4.4. Вероятности поражения боеприпасов в зависимости от скорости и угла подхода поражающих элементов

Вероятность инициирования Ni9,Nij чрезвычайно мала из-за малого угла подхода осколочных элементов к корпусу боепри-

паса: α < 25°.

Временная диаграмма последовательности инициирования представлена на рис. 4.5. Инициирование боеприпасов зоны «прямой видимости» при заданных условиях хранения происходит во

114

временном интервале от 0,0018 до 0,0053 с без учета времени реакции боеприпаса. В идеальном случае разновременность инициирования боеприпаса Ni6 будет равна 0. Реально же очевидно влияние вышеуказанных факторов: массы и скорости осколков, угла рикошета, коэффициента формы осколка и, пусть незначительного, смещения боеприпаса под воздействием воздушной ударной волны. Учитывая это, при прогнозировании скорости разлета поражающих элементов боеприпаса Ni6 целесообразно рассмотреть предельные случаи инициирования со стороны боеприпасов Ni1, Ni5, Ni3, Ni7 при инициировании с разновременностью –1 и 0. Таким образом, мы имеем три варианта осколочного поля боеприпаса Ni6. В каждом из них нам известны скорость и направление разлета поражающих элементов, угол подхода осколков к другим боеприпасам, находящимся на хранении. Кроме того, мы можем оценить ивременную последовательность инициирования для конкретного типа боеприпасов, что также необходимо для прогноза общей ситуациипри взрывев хранилище.

Рис. 4.5. Идеальная временная диаграмма последовательности инициирования группы боеприпасов

Второй этап – расчетно-экспериментальный Формируется семантическая модель в форме дерева проис-

шествия, обычно включающая головное событие, которое со-

115

единяется при помощи конкретных логических условий с промежуточными и исходными предпосылками, обусловившими в совокупности его появление. Головное событие «дерева» представляет собой инициирование группы боеприпасов, а его «ветвями» служат наборы соответствующих предпосылок – их причинные цепи. «Листья» же дерева происшествия – исходные события-предпосылки.

Для облегчения построения рассматриваемой модели предлагается способ формализации данной процедуры, основанный на использовании энергоэнтропийной концепции. Данный способ базируется на двух утверждениях [87]:

а) происшествия с боеприпасами всегда связаны с нежелательным высвобождением и распространением потоков энергии или вещества на различные объекты, оказавшиеся под их влиянием;

б) любое происшествие с боеприпасами является одновременно и результатом разрушительного выброса накопленной энергии, и следствием цепи соответствующих предпосылок.

При инициировании группы боеприпасов функции, увязывающие с помощью алгебры событий моделируемое головное событие с его промежуточными и исходными предпосылками при использовании вероятности в качестве объективной количественноймеры появления чрезвычайного происшествия, имеютвид:

Р1= Р12\/Р13\/Р14\/Р15\/Р16\/Р17\/Р1n
Р2= Р21\/Р23\/Р24\/Р25\/Р26\/Р27\/Р2n
Р3=Р31\/Р32\/Р34\/Р35\/Р36\/Р37\/Р3n
Р4= Р41\/Р42\/Р43\/Р45\/Р46\/Р47\/Р4n	(4.11)
Р5= Р51\/Р52\/Р53\/Р54\/Р56\/Р57\/Р5n

Р6= Р61\/Р62\/Р63\/Р64\/Р65\/Р67\/Р6n Р7= Р71\/Р72\/Р73\/Р74\/Р75\/Р76\/Р7n

Вероятности исходного инициирования боеприпасов в вышеуказанных зонах поражения определены экспериментально и приведены в табл. 4.1.

116

Таблица 4 . 1

Вероятности исходного инициирования боеприпасов в условиях группового хранения в зависимости от скорости поражающих элементов, геометрических размеров и угла подхода

Номер		Сектор с активным боеприпасом
пассивно-	1	2	3	4	5	6	7
го сектора
1	1	0,42	0	0	0,93	0,75	0
2	0,42	1	0,42	0	0,75	0,93	0,75
3	0	0,42	1	0,42	0	0,75	0,93
4	0	0	0,42	1	0	0	0,75
5	0,93	0,75	0	0	1	0,42	0
6	0,75	0,93	0,75	0	0,42	1	0,42
7	0	0,75	0,93	0,75	0	0,42	1
n	0	0	0,75	0,93	0	0	0,42

Рис. 4.6. Дерево событий-исходов

117

На рис. 4.6 представлено дерево событий-исходов процесса инициирования группы боеприпасов. При нахождении активного боеприпаса в секторе 1 сектора 2-й, 5-й и 6-й инициируются с вероятностями 0,42, 0,93 и 0,75 соответственно. Вероятность инициирования всей группы боеприпасов в этом случае будет равна 0,989. Аналогично и по другим секторам. Результаты расчетов показывают, что независимо от того, в каком секторе находится активный боеприпас, вероятность инициирования всей группы без использованиядополнительных мер близка к единице.

Таким образом, мы проанализировали процесс изменения состояния системы боеприпасов во времени при воздействии поражающих факторов и определили общий порядок моделирования протекания процесса инициирования на объектах хранения. Это позволяет анализировать характер аварийных воздействий, прогнозировать поведение системы боеприпасов в условиях инициирования, подтверждать расчетно-эксперименталь- ными и аналитическими методами заданный уровень безопасности боеприпасов.

4.2.Анализ мероприятий, направленных на снижение последствий взрыва

рассредоточенной группы зарядов

Основными направлениями поиска минимизации последствий взрыва (рис. 4.7) в РГЗ являются следующие:

1. Снижение вероятности возникновения самой аварии. Этот фактор определяется прежде всего надежностью оборудования для обслуживания боеприпасов, возможностью контроля за ними, а также исключением воздействия «человеческого фактора». При этом крайне важными являются исследования закономерностей возникновения крупномасштабных аварийных ситуаций с боеприпасами и возможности их прогнозирования. Для этой цели можно использовать методику построения «дерева событий-исходов» и соответствующие программные комплексы, позволяющие исследовать неоднозначное влияние различных факторов на объективные предпосылки и частоту возникновения аварий.

118

Рис. 4.7. Пути минимизации последствий взрыва

врассредоточенной группе зарядов

2.Уменьшение масштабов и направлений распространения физических полей воздействия от аварии в окружающем простран-

стве. Как показывает практика, эффективность этих действий взначительной мере зависит от правильного понимания и возможностей достоверного прогноза физических эффектов, связанных савариями при хранении боеприпасов, а также сценариев их развития и масштабов воздействия на окружающую среду. Уровень материальных затрат на снижение масштабов полей физического воздействия на окружающую среду должен в обязательном порядке увязываться по своей мере значимости с общей стратегией минимизации длярассматриваемой группы воздействия.

3. Уменьшение масштабов поражения. В первую очередь речь идет о поражении людей (технического персонала и населения). При этом важными являются следующие моменты: во-первых, правильное понимание специфики поражающих факторов в кон-

119

кретной аварийной ситуации; во-вторых, соответствующая подготовленность персонала и населения к адекватным действиям в условияхчрезвычайных ситуаций.

Проведенный анализ показывает, что разработку и осуществление мероприятий по снижению последствий взрыва необходимо рассматривать в комплексе, который может включать:

оптимизацию расположения боеприпасов в хранилище;

применение специальных инженерно-строительных решений при проектировании сооружений для хранения боеприпасов;

использование устройств для снижения воздействия воздушной ударной волны на сооружения арсенала;

совершенствование процессов управления хранением боеприпасов.

Варианты размещения боеприпасов в хранилище подробно рассмотрены в работе [87].

К выработке мероприятий по повышению устойчивости сооружений необходимо подходить обоснованно, оценивая их техническую и экономическую целесообразность. Эти мероприятия будут экономически обоснованы в том случае, если максимально увязаны с задачами, решаемыми с целью обеспечения безопасного хранения боеприпасов в условиях групповогоразмещения.

Повышение устойчивости подобных объектов достигается заблаговременным проведением комплекса инженерно-техни- ческих мероприятий, направленных на максимальное снижение воздействия поражающих факторов взрыва.

Одна из проблем – эффект усиления ударных волн за счет их наложения (отражения); он достаточно полно описан в трудах по классической теории взрыва [29, 87, 88]. Увеличение степени сжатия во фронте ударной воздушной волны (рис. 4.8) может доходить до 10 раз.

К числу мероприятий, повышающих устойчивость и механическую прочность зданий, сооружений и их конструкций, можно отнести следующие [87]:

1. Проектирование и постройка недорогих сооружений, являющихся альтернативой хранению под открытым небом, с жестким каркасом (металлическим или железобетонным), со сте-

120