Rozpojování hornin pomocí speciálních nábojek

Petr Nakládal a kol. ve složení:

Kocour (moravský), Knak, rodina Gumáků, Wikky, J. Stankovič, Z. Jáně a J. Dohnal

(Speleo 38; str.20—33; Praha 2003)

 

 

1. Úvod

Jako starý, věkem sešlý kmet pozoruji, jak se do jeskyní infiltruje nejen skapová voda, ale i nová generace jeskyňářů. Jak už to tak bývá, mladá generace při svých průzkumech občas pro nedostatek informací opakuje chyby svých předchůdců. To jsem si uvědomil na jedné z výprav na Slovensko při slovní rozepři s Knakem o rozpojování hornin s použitím speciálních nábojek. Tento způsob je všeobecně známý, avšak vzhledem k choulostivosti problematiky se stal jakýmsi českým jeskyňářským tabu. S ohledem na možné problémy s orgány státní správy nebyly zkušenosti s tímto druhem prací dříve veřejně ventilovány.

Protože se chci vyhnout možnému osočení z vykrádání cizích nápadů, považuji za potřebné seznámit laskavého čtenáře s postupným vývojem technologie rozpojování hornin pomocí speciálních nábojek, v jehož průběhu a potom dále v textu budu uvádět přezdívky nebo jména osob, které byly autory nebo zdrojem nových informací o podstatných úpravách ve způsobu použití popisované technologie. Doufám, že mi bude odpuštěn jednostranný pohled na tyto práce z hlediska jednotlivce, občas operujícího v Čechách, na Moravě či na Slovensku. Je možné, že v jiných oblastech se vývoj technologie těchto prací může jevit jinak.

Na závěr úvodu bych rád připomenul, že tento elaborát je určen hlavně pro jeskyňářskou veřejnost. Proto jsem si dovolil v dalších kapitolách hojně používat názvů (vývrt, naražeč, selhávka, střelmistr), které jsou v zákonech definovány trochu odlišně (např. zákon o hornické činnosti a výbušninách).

 

2. Trochu historie z vývoje technologie

Píše se rok 1994. Při jednom zimním pobytu v Moravském krasu u Plániváků pozoruji Kobliha, jak se souká z jeskyně Rudoleckého. Za ním vylézá i moravskej Kocour a vytahuje jakési podivné nářadí, z něhož rozeznávám pouze vrtačku, vidiový vrták ⌀ 8 mm a nastřelovací nábojky. Na dotaz, k čemu že ty nástroje jsou, je mi s potutelným úsměvem odpovězeno „na rozklínování kamenů“. Jak by s těmi osmimilimetrovými tyčkami mohli rozklínovat šutr, to mi bylo záhadou.

Na jaře téhož roku přichází Standa Bílek na cvičení speleozáchranky na Chlumu s novinkou, kterou prý publikovali v jednom časopise francouzští jeskyňáři. Údajně jde docela dobře lámat kameny pomocí nastřelovacích nábojek a nástrojů, v nichž se dalo poznat Kocourovo nářadí. Standa neváhal a na cvičení také donesl vlastní nářadí, zkusmo vyrobené podle návodu v časopise. Jednalo se o tzv. nabiják, zhotovený z ocelové kulatiny ⌀ 7 mm, určený k nabíjení vývrtu nastřelovacími nábojkami ⌀ 8 mm, a naražeč ze stejného materiálu o průměru ⌀ 8 mm k jejich odpálení. Nabiják i naražeč byly opatřeny závitem k našroubování závaží z ocelové kulatiny ⌀ 40 mm, sloužícího jako retardér zpětného rázu.

Pro první otestování jsme si vybrali kámen o velikosti kancelářského stolu. Po navrtání otvoru a vložení nastřelovací nábojky od firmy Hilti pomocí nabijáku byl do otvoru zasunut naražeč. Práce s odpálením nábojky se ujal Mojmír. Opatrně se přikradl k naražeči, kilogramovým kladivem do něj vší silou udeřil a hbitě odskočil. Poslední fáze jeho činnosti se ukázala jako opodstatněná. Po několikátém úderu následovala tlumená rána a z balvanu se odloupl „drobeček“ pronásledující prchajícího Mojmíra. Poté, co jsme drobečka ve třech odklidili poněkud stranou, pokračovaly v lomu další pokusy s formátováním kamenů. Jen na okraj, s tím suťákem na Chlumu nemáme nic společného, ten už tam byl.

Vzhledem ke způsobu zatloukání pádnými údery byl po několika pokusech naražeč tak zprohýbaný, že bylo nutné ho kladivem opět srovnat. Správný nápad měl tenkrát Paján. Naražeč obložil speleovaky a roznět realizoval lehkým zatloukáním. Jeho metoda odpalu se s ohledem na životnost naražeče osvědčila a používá se dodnes. Úspěšně se též vyzkoušelo nabití vývrtu několika nastřelovacími nábojkami. Účinnost těchto odstřelů byla v daných podmínkách až obdivuhodná. Pokusy byly ukončeny rozlomením naražeče v závitu u závaží. V hospodě v Srbsku pak bylo, vzhledem k situaci, kdy policie šla po trhavinách jako ohař, dohodnuto nabyté vědomosti o technologii rozpojování hornin pomocí speciálních nábojek nepublikovat, ale předávat je pouze ústním podáním.

 

Technologii prací jsme si tedy vyzkoušeli a získané poznatky bylo dále nutné ověřit praxí. Po prvních pokusech bylo jasné, že největším problémem při práci bude zvládnout rozlet kamene. Podcenění nebezpečí rozletu bývá i v současnosti důvodem většiny jak drobných tak už i vážných zranění. Jako příklad mohu uvést Síťákův knockout direktem do žaludku při pracích v jeskyni Nad Kačákem a Wikkiho zásah přesně mezi oči při odběru vzorku ve štole na Mokrsku. Od té doby oba jmenovaní dodržují bezpečný odstup od rozpojovaného kamene, jako kdyby se používaly standardní trhaviny.

Jako první způsob ochrany byl použit plexisklový štít na obličej, overal z tuhé látky, s případným použitím zábrany z pevného materiálu. Při následných ověřovacích pokusech v lomu Homolák, kde jsme za 8 hodin nalámali a odtěžili cca 8 m3 horniny, mi jeden zbloudilý kámen lehce pochroumal holenní kost (ten hrbol tam cítím dodnes). Při prezentaci na Speleofóru mi zase drobný odštěpek provrtal overal, svetr, triko a zarazil se pod kůži do ramene. To byl dosti výrazný signál, abychom změnili způsob ochrany proti rozletu.

 

Při dalších pracích, hlavně na prolongaci Lopače, jsme pro zamezení rozletu použili kus linolea nebo tuhého filcu s dírkou pro naražeč. Filc a linoleum účinně zabraňovaly rozletu drobných částic. K zamezení rozletu větších kusů jsme používali speleovaky, které tak dostávaly pořádně zabrat.

Na Lopači se též testovalo použití levnějších jatečních patron. Jejich nevýhodou však je středové umístění zápalky a typ náplně. Střelného prachu je v nich sice více, ale jeho rychlost hoření je pravděpodobně menší než u nastřelovacích nábojek. Pomocníci při prolongaci Lopače Pizíz a Ondra Dufek mohou dosvědčit, jakým fofrem je dokázal letící naražeč prohnat po jeskyni. S ohledem na nedobré zkušenosti jsme se pokorně vrátili k nastřelovacím nábojkám firmy Hilti.

Pokrok ve zvládnutí rozletu znamenaly práce při odběru vzorků v lomu v Žulové na Jesenicku. Tehdy jsme s Wikkim zapomněli na Rejvízu linoleum. Proto jsme jako zábranu použili kus starého koberce, nalezeného na blízkém smetišti. Tímto počinem se bezpečnost prací značně zvýšila. Při použití linolea totiž občas došlo k jeho mechanickému poškození a odletu naražeče. Koberec nejenže účinněji zabraňoval rozletu, ale též dokázal naražeč výrazně přibrzdit. Naprosto revoluční však byl nápad tartarosáckého Kuby, který mě obdaroval kolem vyříznutým z gumy pásového dopravníku s vyvrtanými otvory pro naražeč. Guma nejenže účinně zabraňuje rozletu kamene, ale také významně zamezuje odletu naražeče.

 

Určitým vývojem prošel i naražeč. Nepříjemnou vlastností naražečů jsou deformace při zatloukání kladivem a zpětným rázem způsobeným detonací nábojek. Zprvu se zdálo, že problém praskání závitů na spoji mezi naražečem a závažím lze vyřešit lisováním za tepla. Protože však takový naražeč není rozebíratelný, bylo nutné tahat k pracím poměrně dost železa. Na jednu akci bylo zapotřebí v průměru 3 až 4 naražeče z hlazenky. Převrat nastal používáním naražečů z houževnatějšího, avšak dražšího materiálu, a to kulatiny z nerezové oceli. Takové naražeče vydrží již více akcí. Nevýhodou je, že vzhledem k možným selhávkám je dobré vždy mít aspoň jeden naražeč navíc, takže se opět tahá víc železa, než je nezbytně nutné. Řešení spatřujeme v návratu k vhodně vyrobenému šroubení ve formě využívané v současné době Knakem.

Používat naražeče bez závaží působícího jako retardér zpětného rázu považuji za vysoce riskantní. Jednou při odběrech vzorků ve Vlastějovicích, kdy s ohledem na rychlost těžby Wikki nestačil s geigrem vyhledávat v odtěženém materiálu nějaké minerály obsahující thorium, došlo při odpalu k ulomení naražeče z hlazenky v místě lisovaného spoje. Byl to poslední funkční naražeč a mě bylo líto nechat ve skále sedm nepoužitých nábojek. Proto jsem pokračoval v zatloukání zbytku naražeče do nabitého vývrtu. Při následné detonaci nábojek byly sice kameny zastaveny linem a speleovaky, ale zbytek naražeče odlétl za svistu charakteristického pro projektily palných zbraní a zastavil se až o protilehlou stěnu rozsáhlé dobývky. Hledat zbytek naražeče nemělo cenu a bylo jasné, že opakovat podobný pokus v budoucnosti by nebylo příliš vhodné.

 

Při používání technologie rozpojování hornin pomocí nastřelovacích nábojek jsme narážel i nejen na problémy technického rázu, ale i na nejistotu v oblasti legislativních vztahů v rámci zákonů ČR.

Na jedné z mnoha cest na Slovensko mě Síťák informoval o tom, že nový, velmi aktivní člen skupiny Zlatý kůň jménem Škramlík nabízí zadarmo určité množství rozbušek a trhavin neznámého původu, a to, prosím, nezištně a zcela zadarmo. Nabízené zboží jsme sice neviděli, protože ale v té době jsme pracovali na získání střelmistrovského průkazu, bylo nám jasné, že s tou nezištností nebude něco v pořádku. Síťákovi bylo také známo údajné napojení Škramlíka na kruhy blízké policii. Protože krátce předtím byl schválen zákon umožňující policejní provokace trestných činů, tušili jsme, odkud vane vítr. Některým policistům totiž nedá spát v teple jejich kanceláří skutečnost, že po celý rok se v Čechách pohybují skupiny nadšenců, hrabající se pod zemí a světe div se, dokonce zadarmo. V tom určitě vidí podhoubí bující trestné činnosti. Jako důkaz policejních snah o získání informací lze uvést utajené nelegální ofotografování neoficiální nástěnky zabývající se problematikou historického podzemí, visící na akademické půdě přírodovědecké fakulty, nebo policejní vyšetřování některých mých spolužáků. Abychom snad někomu neublížili, rozhodli jsme se se Síťákem Škramlíka vyzkoušet. Řekli jsme mu, aby inkriminovaný materiál odnesl na boudu, uschoval jej tam a dál se o něj nestaral. Tento postup byl však pro Škramlíka neakceptovatelný. Chtěl předat rozbušky a trhaviny konkrétní osobě z ruky do ruky.

Protože jsme rozpojování hornin pomocí nastřelovacích nábojek aplikovali na kdejaké lokalitě, průšvih na sebe nenechal dlouho čekat. Zmlsáni poměry na Slovensku, kde rozšíření neprůlezné pukliny je pokládáno za chvályhodný počin a tamní skupiny mají vymezené pracovní lokality ve velikosti Českého krasu, jsme se s Petrem Olišarem pustili do prací v jedné puklině v lomu Na Kobyle. Co čert nechtěl, hned druhý den jakýsi Škramlík referoval na ochraně přírody v Karlštejně, že Olišar ze skupiny Zlatý kůň realizoval v lomu Na Kobyle rozbuškami trhací práce. Odněkud určitě věděl, že podobný průměr vývrtů je mimo jiné možné použít na rozpojování hornin pomocí bleskovice nebo elektrických rozbušek k průmyslovým trhavinám. S ohledem na vývrty ⌀ 8 mm bylo službu konajícímu správci Ondrovi Jägrovi vše hned jasné a místo na policii volal Petrovi. Osobně jsem si také od Ondry vyslechl něco o volech a pitomcích s vysvětlením, že v Krasu českém to chodí trochu jinak než na Slovensku. Závěr ať si laskavý čtenář udělá sám.

 

Po této události jsme ohledně rozpojování hornin pomocí nastřelovacích nábojek dostali trochu strach, co na to zákon. Proto jsme v průběhu střelmistrovského kurzu požádali pracovníky Báňského úřadu o názor na tento způsob rozpojování kamene. Dozvěděli jsme se, že je tento druh prací ze zákona nezajímá. Tuto informaci nám potvrdil i jeden ze známých potápěčů, státní zástupce a amatérský blázen do přírodních věd a všeho možného, JUDr. Kamil Švec. Po těchto ujištěních jsme se opět s klidným srdcem pustili do dalších prací.

Zbytečnost našich obav potvrdila a zbytky strachu rozptýlila událost z Moravského krasu. Na jaře roku 2000 došlo k uvíznutí nejeskyňáře v jeskyni Kostelík u obce Křtiny. Během akce Speleologické záchranné služby byl mladý jinoch uvolněn pomocí nastřelovacích nábojek ze sevření, do kterého se dostal vlastním přičiněním. Obvodní báňský úřad v Brně se o této akci dozvěděl ze sdělovacích prostředků a začal prošetřovat, zda SZS neporušila platné předpisy o trhacích pracích a použití výbušnin. Kocour, jako náčelník obviněné SZS, zareagoval na tuto úřední iniciativu oficiálním dopisem, ve kterém vysvětlil, o co šlo a jaké předpisy se na tuto činnost vztahují. Svým způsobem jde o trhací práci, neboť k rozpojení horniny zde bylo užito chemické výbuchové energie (definice trhací práce), avšak nejde o trhací práce ve smyslu zákona č. 61/1988 Sb. Tímto precedentem byla dána zelená dalšímu používání popisované techniky rozpojování hornin i tomuto sepsání dosavadních zkušeností s ní.

 

3. Technický popis používaných nástrojů

Nástroje, které používáme k rozpojování hornin pomocí nastřelovacích nábojek, byly pro účel jejich popisu seřazeny podle toho, jak je postupně budeme brát do ruky, a to následovně:

1. vrtačka, 2. vrták, 3. nastřelovací nábojka, 4. nabiják, 5. krytí odstřelu, 6. naražeč a 7. kladivo.

 

1. Vrtačka

Jako vrtačku k vrtání otvorů pro nábojky lze použít jak vrtací kladivo, tak i dle zkušeností vrtačky s příklepem. Rozdíl mezi vrtacím kladivem a vrtačkou s příklepem je ve způsobu působení nástroje na vrták. Vrtací kladivo většinu energie vloží do úderu pístu zezadu na vrták, který má v podélném směru definovanou vůli, a po podrcení materiálu a odskočení vrtáku jej pootočí a opět přitlačí na čelbu a udeří. Vrtačka s příklepem vrtákem pouze otáčí a pomocí příklepu (např. rohatkou) s ním chvěje.

Účinnost vrtacího kladiva je ve srovnání s příklepovou vrtačkou o stejném příkonu nesrovnatelně větší. Proto se k tomuto účelu nejlépe hodí profesionální vrtací kladiva s pneumatickým, případně pružinovým příklepem a upnutím nástroje systémem SDS plus. Hlavní nevýhodou tohoto vrtacího kladiva je poměrně značná cena, jež je však vyvážena vysokým výkonem a spolehlivostí. Je nutno varovat před výrobky tzv. „Hobby“ třídy, které jsou sice levnější, ale mají nižší výkon a především jsou stavěny pouze pro příležitostné použití v domácnosti. Při nasazení v jeskyni obvykle nevydrží požadované pracovní zatížení a zejména vlhko, při akci často selhávají a náklady na opravy pak pohltí to, co jsme ušetřili nižší nákupní cenou.

Je-li dostupná elektrorozvodná síť, je možné použít produkty s připojením do sítě, samozřejmě za dodržení příslušných zásad bezpečného použití el. proudu v podzemí, jinak je nutné používat výrobky akumulátorové. Při použití akumulátorových vrtaček a vrtacích kladiv je největší problém se zásobou energie, nutnou pro vyvrtání požadovaného počtu děr.

Akumulátory dodávané firmami k vrtačkám svou kapacitou umožňují vyvrtat pouze omezený počet děr. Pro práce většího rozsahu je tedy nutné si vytvořit větší zásobu energie v podobě externí akumulátorové baterie. Protože pracuji s vrtacím kladivem firmy Hilti, typ TE5A na napětí 24 V s odběrem cca 12 A, používám pro vrtání většího počtu otvorů olověné gelové akumulátory v sestavě buď 2×12 V / 12 Ah, nebo 2×12 V / 17 Ah. Sestavy jsou zabudovány do kanystrů opatřených zásuvkou (3×380 V / 16 A) a jsou vzhledem k váze a objemu transportovatelné ve speleovacích po jeskyních.

Zajímavý nápad měli Gumáci při práci v jeskyni Nad Kačákem, kde vrtací kladivo Black & Decker na 220 V napájeli stejnosměrným proudem z akumulátorové baterie, sestavené z 16 kusů gelových akumulátorů 12 V / 7 Ah spojených do série po čtyřech kusech do čtyř celků. V této sestavě akumulátorů je podle zkušeností dost energie na celodenní akci, je transportovatelná a navíc umožňuje použití i klasické prodlužovací šňůry. Zkušenost s tímto cenově dostupným způsobem vrtání je vcelku uspokojivá.

 

 

Obr.1: Typy vrtáků: a) plochý, b) křížový, c) vícebřitý.

 

 

2. Vrták

Samozřejmě, že vrtáky k vrtání otvorů musejí být vidiové, uzpůsobené k vrtání do kamene a s úchytem do příslušného typu vrtačky. Nejčastěji používanými vrtáky jsou dle tvaru vidiové hlavy vrtáky ploché, křížové, případně i vícebřité (viz obr.1). Na trhu jsou dostupnější vrtáky ploché. Jejich nevýhodou pro popisovanou technologii rozpojování kamene je rychlejší opotřebení, projevující se mimo jiné i zmenšením průměru vrtaného otvoru a významným poklesem produktivity vrtání (až na jednu desetinu výkonu), což je zvláště podstatné u akumulátorových vrtacích kladiv. Zmenšení průměru vrtaného otvoru pak způsobuje problémy se zasouváním nábojek a zatloukáním naražeče. Bývá to také jedna z častých příčin selhávek. V takovém případě lze průměr otvoru trochu zvětšit opakovaným vytažením vrtáku za chodu až k ústí otvoru a opětným zatlačením zpět až na dno vývrtu. Stopka vrtáků může být válcová pro upnutí do sklíčidla (příklepové vrtačky). Pro vrtací kladiva se nejčastěji používá upínací mechanizmus typu SDS+.

 

3. Nastřelovací nábojka

Na základě dlouhodobých testů se jako nejvhodnější ukázaly nábojky o vnějším ⌀ 8 mm, délky 18 mm s okrajovým zápalem. Nábojky se středovým odpalem a nábojky do jatečních pistolí nejsou pro popisované účely vhodné. Schematický řez nejčastěji používanou nábojkou řady 6,8/18M vyráběnou firmou Hilti je na obr.2. Nábojka se skládá z kovového pláště, roznětné vrstvy a pracovní náplně z bezdýmného střelného prachu. Kovový plášť nábojky bývá zpravidla z mosazi. Nelze vyloučit, že některé firmy mohou vyrábět pláště z jiných materiálů (plasty, ocel). Hlava nábojky je nevodotěsně slisovaná do špičky a opatřena barevným nátěrem podle síly prachové náplně. Špičku lze zvodotěsnit použitím jakéhokoliv vodotěsného tmelu nebo lepidla, přilnavého ke kovu (například silikonové tmely). Pata nábojky je opatřena prolisem, vyplněným roznětnou chemikálií (nevím, o co se jedná, ale je to žlutý homogenní materiál). Pozor nábojky časem stárnou a jejich schopnost rozpojovat materiál se zmenšuje.

Po úderu do nábojky v místě roznětné chemikálie dojde k explozivnímu hoření roznětné slože, které se přenese na prachovou pracovní náplň. Odhadovaná rychlost explozivního hoření prachové náplně by se měla pohybovat v rozmezí 500—900 m.s−1. Podrobnější popis práce prachové náplně bude rozveden v kapitole 6.

 

 

Obr.2: Řez nábojkou s okrajovým zápalem.

 

 

4. Nabiják

Nabiják slouží k ládování vývrtů příslušným počtem nábojek. Skládá se z obrobené ocelové tyče a závaží (viz obr.3). Obecně lze říci, že pro snadnou manipulaci s nabijákem ve vývrtu je vhodné použít tyčoviny s průměrem o 1—2 mm menším, než je světlost vývrtu. Protože používáme nábojky s průměrem 8 mm, jsou naše nabijáky vyhotoveny z tyčoviny o ⌀ 8 mm, odsoustružené na ⌀ 7 mm. S ohledem na okrajový odpal nábojky jsou nabijáky na jednom konci opatřeny rovnou ploškou, na druhém konci závitem pro uchycení do závaží, nebo jsou do závaží zalisovány. Závaží o hmotnosti minimálně 0,5 kg slouží pro preventivní zachycení rázu při možném roznětu nábojky v průběhu nabíjení (hojné například u nábojek české výroby). Závaží lze například vyrobit z ocelové kulatiny o ⌀ 40 mm a délce 70 mm. Samozřejmě lze za podmínky stejného závitového spoje použít totožné závaží jak k nabíjení tak i k odpalu. Vhodné je také osadit nabiják kovovou deskou pevně a hlavně těsně přichycenou k naražeči jako stínění drobných úlomků hornin a kovových střepin vystřelujících z vývrtu při náhodném roznětu nábojky v průběhu nabíjení (úprava podle J. Stankoviče). Nejčastější délka celého nabijáku se může pohybovat v intervalu 0,25—0,4 m podle způsobu použití.

 

 

Obr.3: Nabiják.

 

 

5. Krytí odstřelu

Krytí odstřelu je možné rozdělit na hlavní a pomocné. Hlavní krytí chrání pracovníky hlavně před rozletem drobných částic po trhající se hornině a kovových střepin vytržených z pláště nábojek z otvorů kolem naražeče. Tyto drobné částice letící vysokými rychlostmi často rotují a jsou příčinou častých a vážných úrazů. Zčásti pak hlavní krytí chrání i před vlastním rozletem rozpojovaných hornin. Jako hlavní krytí je nutné použít silnostěnný gumový materiál o průměru minimálně 10 cm s vyvrtaným středovým otvorem o průměru menším než průměr naražeče. Používá se například guma z pásového dopravníku nebo seříznutý zvon k uvolňování zanesených odpadů. Vhodné je také podpořit hlavní krytí kovovou deskou pevně a hlavně těsně přichycenou k naražeči. Úprava (podle J. Stankoviče) byla realizována na základě zkušenosti, kdy kovová střepina prošla mezi hlavním krytím a naražečem, vnikla do ruky pod zápěstím a zastavila se pod loktem (odpal 14 nábojek!). (Praxe ukázala, že je vhodnější umístit ochrannou protiprůšlehovou kovovou podložku před krycí gumu, tj. těsně na skálu.)

Pokud je střelmistr vhodně chráněn před rozletem hornin, například dostatečně dimenzovanou zábranou (podlážka), není nezbytně nutné použít pomocné krytí.

K pomocnému krytí odstřelu je nejvhodnější použít desky o minimálním rozměru 0,5×0,5 m ze silnostěnného gumového materiálu s textilní vložkou (pás z dopravníku) s vyvrtanými otvory pro naražeč. Počet otvorů o průměru 1—2 mm menším než je průměr naražeče je omezen pouze pevností použitého materiálu a ztrátou funkčnosti zábrany (je jasné, že guma provrtaná v síti 1×1 cm bude k ničemu). Optimální počet děr je tak do deseti. Jako pomocné krytí je možné také použít obložení hlavního krytí pevnými tuhými materiály, například koberci, pytli, mokrými hadry nebo v nouzi speleovaky. Používání speleovaků jako krytí však velmi výrazně snižuje jejich životnost. V případě použití pomocného krytí spočívajícího v obložení hlavního krytí je nezbytně nutné zvážit mechanické účinky odpalu a rozletu hornin, aby nedošlo k odhození nebo významné mechanické destrukci krytí a ke zranění pracovníka letící horninou.

Je samozřejmé, že můžeme vhodně spojit funkci hlavního a pomocného krytí. Jako optimální se jeví kolo o průměru minimálně 0,5 m (R=0,25 m) nebo obdélník 0,5×0,7 m (varianta od moravského Kocoura) vyříznutý z gumového dopravníkového pásu o tloušťce 10 mm opatřený čtyřmi otvory o průměru 7 mm (viz obr.4). Hlavní otvor je umístěn uprostřed a druhý ve vzdálenosti ½R od středu a zbylé dva jsou umístěny ⅓R a ⅙R od obvodu (v případě Kocourovy varianty v rozích). Jeden z otvorů na obvodu nebo v rohu slouží k možnému uchycení krytí, zbylé otvory se používají pro odpal nebo pro likvidaci selhávek. Přesto, že vlastním popisovanou pomůcku, darovanou tartarosáckým Kubou, při použití větších dávek nábojek pro jistotu i tuto gumu obkládám jedním nebo dvěma speleovaky.

 

 

Obr.4: Krytí podle návrhu „tartarosáckého Kuby“.

 

 

6. Naražeč

Hlavní funkcí naražeče je stlačit nábojky a jejich náplň pokud možno do co nejmenšího prostoru a poté iniciovat roznětnou náplň. S ohledem na okrajový roznět používaných nábojek bývá naražeč na jednom konci nejčastěji obroben do čtyřbokého jehlanu. Hrot jehlanu je otupen do plošky, jenž zatlačuje nábojky. Používá se také hrot v podobě otupeného plochého sekáče (viz obr.5). Protože síly vzniklé při detonaci nábojek na naražeč působí velmi intenzivně, bývá naražeč pracemi značně deformován. Je proto vhodné použít na rozdíl od nabijáku kvalitnějších ocelí. Jako plně vyhovující se ukázaly naražeče vyrobené z nerez nebo z kvalitní pérové oceli. V případě použití nábojek o vnějším ⌀ 8 mm používáme naražeče vyrobené z kulatiny ⌀ 8 mm. Zde je zdánlivý paradox, kdy do otvoru po vrtáku o ⌀ 8 mm vkládáme naražeč také o ⌀ 8 mm. Používané, na trhu dostupné vrtáky totiž vytvářejí otvor o něco málo větší než je jmenovitý průměr vrtáku (8,4—8,5 mm). S ohledem na fyzikální jevy v průběhu odpalu považuji za nevhodné realizovat otvory pro popisovaný typ technologie rozpojování hornin vrtákem s jmenovitým průměrem o 1 mm větším než je průměr naražeče. Tak jako u nabijáku je možné pro menší odpaly zmenšit průměr alespoň části naražeče, maximálně však do vzdálenosti 5 cm od jeho hrotu. Druhý konec naražeče je nutné opatřit závažím – retardérem zpětného rázu, jehož hmotnost by neměla být nižší než 0,7 kg. Závaží, tak jako u nabijáku, se může s naražečem spojovat šroubením nebo lisováním za tepla. Vhodným materiálem k výrobě závaží je kulatina z běžné konstrukční oceli o průměru 50—70 mm patřičné délky.

 

 

Obr.5: Naražeč.

 

 

7. Kladivo

Kladiva používaná pro práci není nutné blíže popisovat. Jako nejvhodnější se ukázala ta s hmotností minimálně 800 g. Při použití lehčích kladiv vznikají potíže s odpalem.

 

4. Metodika práce

Metodika práce je poměrně jednoduchá:

Nic však není jednoduché, jak by se na první pohled mohlo zdát. Podle mého názoru bude tedy vhodné na realizaci jednotlivých bodů se podívat trochu podrobněji.

ad 1. Vhodné navrtání horniny je prakticky ta nejdůležitější činnost výrazně ovlivňující produktivitu a bezpečnost naší práce. Jak horninu navrtat, aby nedošlo k přecenění účinnosti vložených nábojek, výrazně závisí na zkušenosti střelmistra. Jako určitý přibližný návod k situování vývrtů slouží kapitola 6.

ad 2. Jako návod k dávkování nábojek do vývrtu slouží opět kapitola 6. Vlastní nábojky zasouváme pomocí nabijáku do vývrtu vždy po jedné, orientované špičkou ke dnu vývrtu nebo k nábojce již zasunuté. Pokud nábojka volně neklouže vývrtem, můžeme jí pomoci poklepáním na nabiják. Přestože se k nábojkám od firmy Hilti chovám v tomto směru velmi neohleduplně, během cca 6 let používání nikdy nedošlo k odpalu nábojek během ládování vývrtu. Přesto je vhodné, hlavně u nábojek české výroby, s touto eventualitou počítat a pro jistotu mít nabiják o průměru minimálně o 1 mm menším než je nabíjený otvor, opatřený závažím k pohlcení energie zpětného rázu. Z tohoto důvodu není také vhodné stát při nabíjení přímo ve směru podélné osy návrtu. Během ládování je nutné průběžně kontrolovat hloubku zasunutí nábojek. Stává se totiž, že při nevhodně vyčištěných vývrtech se nábojka ve vývrtu vzpříčí, což má za následek selhávku. Ke stejné situaci může dojít pokud vrtáme otvor starým vrtákem s plochým ostřím, kdy vrtaný otvor bývá u čelby menšího průměru než průměr nábojky. V takovém vývrtu nemůže dojít k úplnému stlačení nábojek do co nejmenšího prostoru a vzniklé vzduchové mezery významným způsobem snižují účinky odpalu.

ad 3. Vhodné krytí odpalu bylo již obšírně popsáno v kapitole 3. Jen pro úplnost by bylo vhodné připomenout, že v současné době je systém krytí poměrně dobře propracován. Proto si můžeme dovolit vývrty sloužící pouze k rozpojení hornin, nikoliv ale pro záchranu zaklíněných osob, mírně přeládovat. Zvýší se sice potenciální rozlet hornin, avšak sníží se tím pravděpodobnost nedostatečného rozpojení hornin z důvodů přecenění účinnosti nábojek. Vhodné zakrytí odpalu si musí každý střelmistr rozmyslet dle vlastních zkušeností a místních podmínek sám. Obecně však lze doporučit, aby nejvíce pomocného krytí bylo instalováno směrem do místa pobytu střelmistra v době odpalu.

ad 4. Naražeč je vhodné před zasunutím do otvoru nejdříve namazat olejem nebo vazelínou. Naražeč nejprve zasuneme do otvoru volně rukou a mírným pootáčením zkusíme, zda jej bude možné zasunout hlouběji nebo již dosednul na nábojky, případně se v otvoru vzpříčil. Poté mírným klepáním na závaží naražeč zatloukáme hlouběji do vývrtu. Je vhodné přitom sledovat rychlost posunu naražeče v otvoru. Pokud naražeč nevniká dále do otvoru a každý úder kladiva do závaží je provázen charakteristickým zvonivým zvukem, jedná se s největší pravděpodobností opět o selhávku z technických příčin. V případě, že se z naražeče odlomí v průběhu odpalu závaží, považuji za vhodné v zatloukání narážeče nepokračovat a odpal považovat za selhávku.

ad 5. Útěk nebo uhnutí před letícími kameny nepovažuji za zbabělost. Mít pro všechny případy rozmyšlenou ústupovou cestu z místa odpalu lze považovat za prozřetelné. Nikdy totiž nelze s naprostou jistotou stanovit, co se během nebo po odpalu stane. Často se však tento manévr nepodaří celý úspěšně realizovat. Proto je lépe takové situaci předcházet. Stejně jako krytí odpalu je důležitá z bezpečnostních hledisek i pozice střelmistra během odpalu. Nejnebezpečnější pozice je přímo v ose vývrtu, kde je střelmistr přímo ohrožen letícím naražečem. Další nebezpečnou pozicí je nacházet se v blízkosti odpalu opřen o skálu. Je méně nebezpečné a bolestivé, když nás zbloudilý kámen odhodí, než když nás přirazí ke skále. Vhodná pozice hlavy střelmistra je zhruba v úhlu 45° od osy vývrtu minimálně ve vzdálenosti 0,6 m vlevo, vpravo nebo nad, ale nikdy ne pod závažím naražeče.

Tělo střelmistra nechť je dle vlastního uvážení situováno kdekoliv, jen ne v místě předpokládaného dopadu rozpojených hornin. Při odpalu v úzkých prostorách je lépe použít „prodlužovací“ tyče. Jde o ocelovou tyč o délce 1—1,5 m a průměru kolem 20 mm, která je na jednom konci opatřena ocelovým nástavcem, jenž lze nasadit na závaží naražeče a úderem kladiva na opačný konec tyče provést odpal z bezpečné vzdálenosti. Tou bývá obvykle místo před úžinou, kde je více prostoru a střelmistr tak není nucen být při odpalu v úžině, kde nemůže zaujmout prakticky jinou pozici, než přímo před naražečem.

 

5. Selhávky a komplikace při odpalu

Pokud při odpalu nedojde k výbuchu nábojky, jedná se o selhávku.

1. Selhávky bývají nejčastěji způsobené selháním nebo vzpříčením nábojky, menším průměrem vývrtu, rozlomením naražeče atd. Jejich společným jmenovatelem je vysoká nebezpečnost při následné likvidaci. Ponechat selhávku svému osudu považuji za hazard se zdravím cizích osob. V rámci prací při jejich odstraňování může dojít k dodatečnému odpálení nábojek s negativním dopadem na zdraví a psychiku, případně oděv okolo srocených pracovníků. Je samozřejmé, že s uvízlým naražečem raději nemanipulujeme. Evidentně tak máme zablokované hlavní, často i pomocné krytí odpalu. Bezpečná likvidace selhávky spočívá v navrtání nového vývrtu v ose a ve vzdálenosti minimálně 0,1 m od vývrtu původního tak, aby účinky nového odpalu spolehlivě odstranily horninu i se selhávkou. Pro tyto účely je vhodné nálož v novém vývrtu předimenzovat a ve větší míře se pak chránit proti rozletu rozpojované horniny. Pro odstraňování selhávek je velmi dobře použitelné již dříve vychvalované gumové kolo vystřižené z dopravníkového pásu opatřeného více otvory. V případě, že v jednom z otvorů uvízne vlivem selhávky naražeč, můžeme bez problému realizovat s tímto krytím, ale s jiným naražečem další odpal k odstranění selhávky. Použijeme při tom pouze některý jiný vhodný otvor. Nalezené poškozené neodpálené nábojky ze selhávek je nutné odborně zlikvidovat, nejlépe utopením ve vodě případně zahrabáním pod zem. Likvidace spálením je nepřípustná.

2. Nedostatečný účinek odpalu. Tyto komplikace, nepředstavující nebezpečí pro další práce, bývají nejčastěji způsobeny podceněním pevnosti rozpojované horniny, přeceněním účinnosti nábojek nebo existencí neočekávaných nehomogenit v hornině (puklina, kaverna). Přítomnost nehomogenit v hornině však lze odhadnout už v průběhu vrtání. Jedinou nepříjemnou vlastností nedostatečného účinku odpalu bývá často uvíznutí naražeče ve vývrtu a zablokování hlavního krytí k dalšímu použití. Problém lze překonat pouhým vyjmutím naražeče z vývrtu, nejčastěji kroutivými pohyby nebo opatrným vyklepáváním. Pokud naražeč nelze takto vyjmout,je nutné dále postupovat jako při likvidaci selhávky. Vývrt po nedostatečně účinném odstřelu bývá často narušený, proto je nevhodné ho opět naládovat a pokusit se o opětovný odpal. Tlak nutný k porušení horniny totiž velmi rychle uniká puklinami po předchozím odpalu. Pokud není zbytí a je nutné realizovat druhý odpal ve stejném vývrtu, je nutné vývrt vyčistit od zbytků nábojek, případně je natlačit až na dno. Pro tento případ je nutno zvýšit výkon nálože až dvakrát. Dá se to realizovat buďto použitím dvojnásobného množství nábojek nebo nábojky o vyšší účinnosti.

 

6. Teorie rozpojování hornin

(ke čtení jen pro otrlé teoretiky)

Rozpojování hornin pomocí nastřelovacích nábojek je svými účinky na rozrušovanou horninu diametrálně odlišné od účinku trhacích prací klasickými trhavinami. Pro zvýraznění rozdílu považuji za vhodné nejprve čtenáře seznámit s účinky detonace trhavin na horninový masiv.

 

Předpokládáme ideální stav, kdy trhavina je umístěna na čelbě vývrtu v homogenní isotropní hornině, působí pouze proti jedné volné stěně a je dobře utěsněna ideální ucpávkou chovající se jako horninový masiv (viz obr.6). Detonací trhaviny vznikne rázová vlna přecházející z prostoru vývrtu do horniny. Pro nejúčinnější přenos energie rázové vlny do horniny je nutné, aby rychlost detonace trhaviny byla přibližně stejná jako rychlost zvuku v hornině. Rázová vlna se horninou směrem od vývrtu šíří všemi směry rovnoměrně hlavně jako vlna podélná. Příčné vlnění vyvolané detonací je nyní proti vlně podélné zcela zanedbatelné. Hornina je v tomto okamžiku namáhána hlavně na tlak. Tlaková pevnost hornin je však vysoká, a proto se s horninou ještě nic neděje. Když rázová vlna dorazí k volné stěně, dojde k jejímu rozštěpení na tři komponenty. Jedná se o vlnu podélnou a příčnou odraženou zpět do horniny a o vlnu podélnou procházející do vzduchu. Protože energie jednotlivých komponent závisí na způsobu šíření vln a poměru akustických vodivostí prostředí, lze předpokládat, že se směrem zpět do horniny odrazí větší část energie ve formě vln příčné a podélné, jenž začnou namáhat horninu i na tah. Jen menší část energie je odvedena vzduchem jako vlna podélná (příčné vlnění se vzduchem nešíří). Pevnost hornin v tahu je poměrně malá, proto dochází ke vzniku trhlin směrem od volné plochy k vývrtu. Hornina je tak směrem od volné plochy rozrušována a směrem od vývrtu namáhána tlakem plynů po detonaci trhaviny. V okamžiku, kdy zbytek rozrušovaného horninového masivu není schopen udržet tlak plynů, jsou horniny vymeteny směrem od vývrtu do volného prostoru. Tím je práce trhaviny ukončena.

 

 

Obr.6: Postup výlomu trhavinou.

 

 

Rozpojování pomocí nastřelovacích nábojek působí na horninu naprosto odlišně. Opět tedy předpokládejme ideální stav, kdy nábojka je umístěna na čelbě vývrtu v homogenní isotropní hornině a působí pouze proti jedné volné stěně (viz obr.7). Nábojka stlačovaná hrotem naražeče na minimální objem utěsňuje naražeč ve vývrtu. Po úplném stlačení nábojky je teprve zažehnuta zápalka na jejím obvodě. Vliv explozivního hoření střelného prachu uvnitř nábojky však vzhledem k nepoměru mezi rychlostí hoření střelného prachu a rychlostí zvuku v hornině vymizí v oblasti vývrtu. Má to však za následek drobné podrcení hornin v jeho těsném okolí. V malém prostoru omezeném stěnami vývrtu a naražečem vzniká obrovský tlak, jenž vytlačuje naražeč z otvoru. Proti této síle však působí síla setrvačná vyvolaná pohybem závaží po úderu kladiva. V tomto okamžiku je dřík naražeče intenzivně namáhán, což způsobuje jeho charakteristické zprohýbání při jeho dlouhodobém používání. Vyvolaný tlak v malém prostoru okamžitě namáhá horninu mezi vývrtem a volnou plochou na tah. Hornina začíná směrem od vývrtu praskat. Přitom využívá drobné diskontinuity vlastní stavby (krystalické plochy, zkameněliny, drobné trhlinky). V tomto okamžiku povoluje sevření naražeče a uvolněným prostorem mezi jím a stěnou vývrtu dochází k unikání tlaku plynů vzniklých po hoření střelného prachu, vytlačování naražeče a vymetení drobné horninové drtě, včetně drobných střepin odtržených z pláště nábojky, vysokou rychlostí ven z vývrtu. Tlakové trhliny pak prostupují celou horninou od vývrtu až dosáhnou volné stěny. Zbytkový tlak plynů proniklý z vývrtu do puklin pak vymete rozrušenou horninu směrem od vývrtu do volného prostoru. Tím je práce nábojek ukončena.

 

 

Obr.7: Postup výlomu nastřelovacími nábojkami.

 

 

Jak je z popisu patrné, na rozdíl od trhavin, kdy účinek detonace prostupuje celou horninou, je vliv rozpojování pomocí nastřelovacích patron pro horninu šetrnější. Proto se ho často používá při odběru vzorků hornin, minerálů a zkamenělin. Dále je zřejmé, že s ohledem na rozdílnost fungování výše uvedených dvou principů rozpojování hornin nebude možné dostatečně účinně razit v homogenní hornině pomocí speciálních nábojek štolu nebo šachtu. Vyhotovit zálom potřebný pro další postup prací je metodou rozpojování hornin pomocí speciálních nábojek obtížně realizovatelné. Vytvořená teorie rozpojování také osvětluje konstrukci používaných přípravků a umožňuje přepočítávat základní parametry odpalu jako je geometrie vývrtu, množství použitých nábojek a jejich síla. Na základě empirických zkušeností byla vytvořena tabulka dávkování nábojek používaných v nastřelovacích pistolích od firmy HILTI včetně geometrie optimálního vývrtu (obr.8) a účinku vyjádřeného v hmotnosti vylomené horniny. V tabulce jsou uvedeny také poznámky k účinnosti odpalu na člověka pro případné použití při záchranných pracích.

 

Obr.8: Geometrie optimálního vývrtu (a – šířka odlomu, b – hloubka vývrtu).

 

 

V prvních třech kolonkách jsou uvedena identifikační označení nábojek dle dostupného katalogu firmy Hilti. Ve sloupci označeném „šířka odlomu“ uvádíme doporučenou vzdálenost vývrtu od nejbližší volné stěny, paralelní s podélnou osou vývrtu tak, aby při vyvrtání otvoru o doporučené délce (hloubka vývrtu) došlo po odpalu příslušné nábojky k vylomení testované horniny přibližně o hmotnosti uvedené v předposledním sloupci. V kolonce tabulky označené „bezpečný kontakt s:“ jsou zaznamenány subjektivní pocity osoby (Knaka), který přes tenkou podložku z měkčeného PVC zkoumal účinky odpalů na lidský organismus.

 

Označení nábojky (viz katalog Hilti) Síla nábojky (viz katalog Hilti) Číslo výrobku Šířka odlomu
[cm]		 Hloubka vývrtu
[cm]		 Hmotnost vylomené horniny
[kg]		 Bezpečný kontakt s:
6,8/11M bílá velmi slabá 50351/7 5 5 1,5 tělem
6,8/11M zelená slabá 50351/6 5 8 2 tělem
6,8/18M zelená slabá 50601/4 8 8 2,5 tělem
6,8/11M žlutá střední 50352/4 5 8 3 tělem
6,8/18M žlutá střední 50602/2 8 8 4 tělem
6,8/18M modrá silná 50606/3 8 8 4 rukou
6,8/11M červená velmi silná 50353/2 8 8 4 rukou
6,8/18M červená velmi silná 50603/0 10 10 5 —
6,8/11M černá nejsilnější 50354/0 8 8 4 —
6,8/18M černá nejsilnější 50604/8 12 12 10 —

Poznámka: Pro nepatrně větší vnější průměr je nabíjení nábojek řady 6,8/11M obtížnější.

 

 

Je zřejmé, že tabulka byla vyhotovena na základě empirického měření za přesně definovaných podmínek. Těmi jsou použití pouze jedné nábojky a trhání bloku vápence s orientační hustotou 2,58 kg.m−3 oproti dvěma volným plochám. Tyto údaje lze však velmi jednoduše přepočítat na další případy nejčastěji používaných odpalů.

Nejdříve by bylo vhodné definovat pojem volná plocha horninového bloku. Opíšeme-li rozstřelovanému kusu horniny kvádr, pak volnou plochou rozumíme ty strany kvádru, jenž splývají s povrchem horniny. Například hladký povrch skalního masivu má jen jednu volnou plochu, zatímco volně ložený balvan šest. Další úvahy o dávkování nábojek se odvíjejí také od linearity vztahu mezi množstvím trhaviny a hmotností vylomené horniny. Předpokládáme tedy, že za stejných podmínek vylomí dvojnásobné množství trhaviny dvojnásobné váhové množství horniny atd.

Jak tedy při výpočtech postupovat?

Například nábojka 6,8/18M černá (v.č. 50604/8) při vrtání 12 cm od stěny bloku vápence (kolonka „šířka odlomu“ v tabulce) do hloubky také 12 cm (kolonka „hloubka vývrtu“) a dvou volných plochách vylomila 10 kg horniny (předposlední sloupec tabulky). Je otázka, jak velký volně ložený kámen stejného materiálu by byla schopna rozlomit. Volně ložený kámen má šest volných ploch. Maximální hmotnost kamene by tedy neměla převyšovat:

 

 

Poznámka – výpočet byl ověřen pokusem.

 

Jiný případ nastane, když místo jedné nábojky použijeme dvě. Otázkou je, jak máme navrtat vývrt v případě podle předposledního sloupce tabulky a dvou volných ploch.

Vyjdeme z úvahy, že dvojnásobné množství trhaviny vylomí dvojnásobné množství horniny. Vylomenou horninu si lze pro zjednodušení představit jako krychli o objemu a3, kde „a“ je délka hrany. Protože pro krychli platí, že objem V = a3, lze předpokládat, že délku a hloubku vývrtu zvýšíme 3√n krát, kde „n“ je počet použitých nábojek. V našem případě je to o 3√2×, tedy 3√2×12≅1,26×12≅15 [cm].

Je evidentní, že další počítání je jenom vhodnou kombinací výše uvedených dvou případů. Tabulka i výpočty jsou ale platné pouze pro rozpojování vápence, v našem případě o orientační hustotě 2,58 kg.m−3. Při pokusech o rozpojování jiných druhů hornin bude hmotnost výlomu úměrná poměru pevností v tahu rozpojované a testované horniny. Je však nutné si uvědomit, že uvedené teorie jsou pouze prvním pokusem kvantifikovat jevy související s technologií trhání hornin pomocí speciálních nábojek. Budu tedy nesmírně rád, když se najde podobný blázen, který se bude snažit zde nastíněné teorie a výpočty zdokonalit a upřesnit. Osobně si však myslím, že nad všechny výpočty a teorie je rozum a uvážlivost zkušeného střelmistra.

 

 

Foto: Nedoporučený způsob odpalu nastřelovacích nábojek.

 

 

7. Nástin bezpečnostních předpisů a legislativní otázky

Dodržování bezpečnostních předpisů nepatří mezi silnou stránku obyvatel naší republiky, a proto bych raději apeloval v rámci rozpojování hornin pomocí nábojek na zdravý rozum a rozvahu. Mimo obecně platné a pochopitelné ustanovení jako například nevěnovat pozornost při odpalu milostným hrátkám se slečnami atd. bych jen zmínil několik bodů, vyplývajících z dlouhodobých zkušeností, kterými by bylo vhodné se při pracích řídit.

 

 

A na závěr trochu toho nezbytného poučení o souvisejících zákonech získané od moravského Kocoura:

„Používání této technologie má jednu velkou výhodu – nepotřebujeme pro ni povolení trhacích prací – což je jinak značná úřední překážka. Zde však žádný zdlouhavý a složitý souboj s byrokracií podstupovat nemusíme. Zákon č. 61/1988 Sb. o hornické činnosti, výbušninách a státní báňské správě v §21, odst.2, totiž říká, že předpisy o výbušninách se nevztahují na střelivo, a naše nábojky jsou jednoznačně střelivem do jednoúčelových nastřelovacích pistolí, takže jsme se tím dostali mimo působnost báňských předpisů. Zákon č. 49/1990 Sb. o zbraních a střelivech sice upravuje podmínky prodeje a skladování střeliva, ale na naši činnost se nevztahuje“.

Od napsání tohoto článku už uběhl nějaký čas a tak pravděpodobně již mnozí vyzkoušeli tuto techniku. Novým adeptům doporučujeme nechat si ukázat použití výše popsané metody v praxi od někoho zkušeného. Přejeme všem mnoho úspěchů a stálé zdraví!

 

 

Poznámka: Ve zpravodaji Speleo 38 plynule navazuje článek: „Informace o nábojkách používaných pro mikrotrhací práce ve speleologii“ [W6].