Скважинный заряд взрывчатого вещества для обводненных скважин

Полезная модель относится к конструкции скважинного заряда и может быть использована в горнодобывающей промышленности при отбойке горных пород с невысоким уровнем обводненности скважин. Сущность полезной модели: скважинный заряд взрывчатого вещества в нижней обводненной части скважины содержит аммиачно-селитренное патронированное взрывчатое вещество с плотностью более 1000 кг/м ³, в верхней сухой части скважины содержит россыпное неводоустойчивое взрывчатое вещество на основе аммиачной селитры, отделенные друг от друга слоем инертного низкоплотного сыпучего материала; боевики устанавливаются в нижней части заряда из патронированного взрывчатого вещества и верхней части заряда из россыпного взрывчатого вещества, если вытесненный патронами столб воды при этом допускается устанавливать боевик только в верхней части заряда из россыпного взрывчатого вещества, если вытесненный патронами столб воды и слой инертного низкоплотного материала находятся ниже уровня расположения верхнего торца верхнего патрона колонки взрывчатого вещества, и верхняя и нижняя части зарядов контактируют между собой. 1 фиг., 3 зав.п. формулы.

Полезная модель относится к конструкции скважинного заряда и может быть использована в горнодобывающей промышленности при отбойке горных пород с невысоким уровнем обводненности скважин.

Разработка рациональных конструкций скважинных зарядов взрывчатых веществ для дробления обводненных горных пород определяется стремлением использовать дешевые аммиачно-селитренные взрывчатые вещества, изготовляемых на местах ведения взрывных работ и имеющих достаточно широкий спектр детонационных и энергетических характеристик. Отбойка горных пород с невысоким уровнем обводненности скважин чаще всего осуществляют с помощью комбинированных зарядов: обводненная часть скважины выполняется из водоустойчивых взрывчатых веществ с плотностью более 1000 кг/м³, например, алюмотола, гранулотола и др. (1-3). Сухая часть скважины выше уровня воды заполняется сыпучим неводоустойчивым взрывчатым веществом. Основным недостатком зарядов такой конструкции является высокий расход дорогостоящих водоустойчивых взрывчатых веществ из-за необходимости заполнения ими скважины до полного перекрытия водного столба колонкой водоустойчивого взрывчатого вещества.

При заряжании обводненных скважин уровень воды поднимается за счет вытеснения ее водоустойчивыми гранулами или патронами взрывчатого вещества с плотностью более 1000 кг/м³. Уровни воды и взрывчатого вещества сравниваются при высоте колонки заряда (l₃) равной l₃=hв/[1-(dn/d_скв )²] или l₃=hв/(1-р_вв/р_гр ), где hв - высота воды в скважине до загрузки в нее взрывчатого вещества, м; с/га-диаметр патрона, м; d_cкв - диаметр скважины, м; р_вв - насыпная плотность взрывчатого вещества, кг/м³, р_гр - плотность гранулы взрывчатого вещества, кг/м³. Приведенная зависимость показывает, что колонка из водоустойчивого (патронированного при соотношении диаметра патрона к диаметру скважины 0,8 или гранулированного россыпного) должна быть по высоте в три раза больше, чем исходная высота столба воды в скважине, чтобы перекрыть ее верхний уровень, т.е. на 1 м высоты столба воды в скважине требуется не менее 3 м высоты колонки взрывчатого вещества.. При высоком уровне обводненности скважин применение комбинированных зарядов из водоустойчивых и неводоустойчивых взрывчатых веществ теряет практический смысл, т.к. высота колонки заряда из водоустойчивого взрывчатого вещества должна заполнить скважину на всю ее глубину до устья или выполняться из патронов, диаметр которых значительно ниже диаметра скважины.

Наиболее близким из известных технических решений к заявляемой полезной модели является комбинированный скважинный заряд с водным промежутком. Заряд состоит из участка водоустойчивого взрывчатого вещества, размещенного в нижней обводненной части скважины, и участка из неводоустойчивого взрывчатого вещества в полимерном рукаве в верхней сухой части скважины, разделенных водным промежутком, образованным столбом воды скважины при неполном совмещении высот колонок воды и взрывчатого вещества; высота водного промежутка определяется высотой столба воды в скважине и заданной высотой колонки заряда из водоустойчивого взрывчатого вещества (4), принятого авторами в качестве прототипа. Недостатком заряда является использование дорогостоящих водоустойчивых взрывчатых веществ таких, как гранулотол, алюмотол, гексонит и др., используемых для формирования нижнего участка комбинированного скважинного заряда.

Технической задачей полезной модели является повышение технико-экономической эффективности ведения взрывных работ за счет повышения взрывного воздействия на разрушаемую горную породу, снижения стоимости, повышения безопасности, возможности изготовления взрывчатых веществ на местах ведения взрывных работ.

Техническая задача была решена разработкой конструкции скважинного заряда взрывчатого вещества для обводненных скважин, включающего комбинированный заряд взрывчатого вещества, средство инициирования, забойку из инертного материала, комбинированный заряд которого в нижней обводненной части скважины содержит аммиачно-селитренное патронированное взрывчатое вещество с плотностью более 1000 кг/м³, в верхней сухой части скважины содержит россыпное неводоустойчивое взрывчатое вещество на основе аммиачной селитры, отделенные друг от друга слоем инертного низкоплотного сыпучего материала с низкой водопроницаемостью; боевики устанавливаются в нижней части заряда из патронированного взрывчатого вещества и в верхней части заряда из россыпного взрывчатого вещества, при этом допускается устанавливать боевик только в верхней части заряда из россыпного взрывчатого вещества, если вытесненный патронами столб воды и слой инертного низкоплотного материала находятся ниже уровня расположения верхнего торца верхнего патрона взрывчатого вещества, и верхняя и нижняя части зарядов контактируют между собой.

Технический результат может быть достигнут только в сочетании всех признаков полезной модели.

Россыпное взрывчатое вещество изготавливают на основе аммиачной селитры, обладающее чувствительностью к инициирующему импульсу средства взрывания, способного инициировать патронированное взрывчатое вещество, находящееся с ним в контакте. Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества и патроны из них могут изготавливаться на местах ведения взрывных работ, что снижает стоимость и повышает безопасность ведения взрывных работ.

Разделительный слой между неводоустойчивым россыпным и патронированным взрывчатыми веществами с плотностью не менее 1000 кг/м³ высотой не менее двух-трех диаметров скважины должен выполняться из инертного низкоплотного сыпучего материала с низкой водопроницаемостью. В качестве таких материалов могут использоваться водо- и влагонепроницаемый вспененный полистирол (пенополистирол) с плотностью 0,02-0,1 г/см³ или слой дизельного топлива и слой вспученного перлитового песка или щебня с плотностью 0,03-0,075 г/см³ в соотношении высоты слоев от 1:2 до 1:4. Низкоплотные инертные наполнители могут размещаться в герметичных полимерных оболочках, выполняя роль поплавка, на котором размещается слой неводоустойчивого сыпучего взрывчатого вещества. Например, в качестве низкоплотного вещества могут использоваться гранулы пористой аммиачной селитры с плотностью 0,70-0,75 г/см³, сухие опилки, поролон, пенопласт, помещенные в полиэтиленовые или полипропиленовые цилиндрические герметично заделанные по торцам оболочки.

Наличие воды в нижней части скважинного комбинированного заряда, слоя инертного низкоплотного материала, двух разных по составу взрывчатых веществ позволяет рассредоточить скважинный заряд на две части и использовать эффект взаимодействия волн напряжений, возникающих при взрыве различных частей заряда. На границе раздела двух взрывчатых веществ давление, плотность, скорость имеют разные величины, возникают и распространяются навстречу друг другу две ударные волны от нижнего и верхнего участков заряда. При их столкновении образуются две отраженные детонационные волны, движущиеся в обратных направлениях. При столкновении ударных и детонационных отраженных вол скачкообразно повышается напряжение в окружающем заряд массиве горных пород, что приводит к повышению интенсивности их дробления.

Одновременно за счет встречно-направленных ударных волн происходит мгновенное сжатие воды с повышением ее плотности и температуры, вода переходит в парообразное состояние. Парогаз за счет высокого парциального давления, эффекта расклинивания проникает в трещины породного массива и тем самым достигается более интенсивное дробление горной породы.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой приведен вид предлагаемой конструкции комбинированного скважинного заряда:

а - уровень воды в скважине и высота слоя инертного низкоплотного материала выше уровня размещения верхнего патрона;

б - уровень воды в скважине ниже уровня торца верхнего патрона, а высота слоя инертного низкоплотного материала выше уровня верхнего торца патрона;

в - уровень воды в скважине и высота слоя инертного низкоплотного материала ниже уровня верхнего торца патрона.

Обозначения:

1 - скважина;

2 - патроны взрывчатого вещества;

3 - вода;

4 - россыпное взрывчатое вещество;

5 - слой инертного низкоплотного материала;

6 - боевики;

7 - забойка из инертного материала;

h - высота столба воды в скважине после загрузки патронов взрывчатого вещества;

dn - диаметр патрона;

Dскв. - диаметр скважины.

Нижний участок скважинного заряда выполнен из патронов 2, заполненных неводоустойчивым аммиачно-селитренным взрывчатым веществом с плотностью более 1000 кг/м³ (больше плотности воды). Верхний участок выполнен из неводоустойчивого россыпного взрывчатого вещества 4, например, на основе пористой аммиачной селитры. Патронированная и россыпная части заряда отделяются друг от друга слоем инертного низкоплотного сыпучего материала 5 с низкой водопроницаемостью. Боевики 6 устанавливаются в нижней части заряда из патронированного взрывчатого вещества и верхней части заряда из россыпного взрывчатого вещества (фиг.1а, 1б). Допускается устанавливать один боевик 6 только в верхней россыпной части заряда, если вытесненный патронами столб воды и слой инертного низкоплотного материала находятся, ниже уровня верхнего торца верхнего патрона, а россыпная и патронированная части зарядов контактируют между собой (фиг.1в)

Процесс формирования колонки скважинного заряда состоит в следующем. Замеряют уровень воды в скважине. В зависимости от величины столба воды в скважине, соотношения диаметров патронов и скважины, высоты патрона определяют оптимальное количество патронов, потребное для загрузки обводненной скважины. Патроны последовательно один за другим опускают в скважину. Затем формируют слой из инертного низкоплотного материала, на который загружают сыпучее неводоустойчивое взрывчатое вещество. В зависимости от уровня столба воды, вытесненной патронами, и местонахождения слоя инертного низкоплотного материала устанавливают известным способом боевики - или в патронированной и россыпной частях скважинного заряда, или только в россыпной части скважинного заряда.

Примеры осуществления полезной модели.

Пример 1 (1б).

Глубина скважины - 10 м, диаметр скважины - 0,2 м, первоначальная высота столба воды в скважине - 1 м. Диаметр патрона - 0,16 м, длина патрона ln - 1 м. Рассчитывается высота колонки заряда патронированного взрывчатого вещества: l₃=1((1-(0,16:0,2)²)2,8 м, при равной высоте столба воды в скважине после загрузки в нее патронов взрывчатого вещества. Устанавливается 3 патрона длиной по ln=1 м.. При размещении патронов в скважине (под углом друг к другу) верхний торец верхнего патрона находится на уровне столба вытесненной воды или несколько выступает над ним. В верхнем патроне устанавливается боевик, насыпается слой инертного низкоплотного материала, например, вспененного полистирола высотой ln=0,6 м. Затем на слой инертного низкоплотного материала насыпается слой россыпного взрывчатого вещества на основе пористой аммиачной селитры высотой lвв3,0 м с установкой в нем второго боевика, верхняя часть скважины заполняется забойкой. Инициирование заряда осуществляется общепринятым способом.

Пример 1 (1в).

Глубина скважины - 10 м, диаметр скважины - 0,2 м, высота воды в скважине hв=0,8 м. Диаметр патрона dn=0,16 м, длина патрона ln=1 м. Рассчитывается минимально допустимая высота колонки заряда патронированного взрывчатого вещества: l₃=0,8((1-(0,16:0,2)²)2,2 м. В обводненную часть скважины устанавливается 3 патрона длиной по ln=1 м. Торец верхнего патрона будет находиться выше уровня столба воды, вытесненной патронами. Насыпается слой инертного низкоплотного материала, например, вспененного полистирола высотой ln=0,6 м, а затем слой россыпного взрывчатого материала высотой lвв3 м. Вытесненный патронами столб воды и слой инертного низкоплотного материала находятся ниже верхнего торца верхнего патрона, поэтому россыпное и патронированное взрывчатые вещества будут контактировать между собой. В россыпной части заряда устанавливается боевик, верхняя часть скважины заполняется забойкой. Инициирование заряда осуществляется общепринятым способом.

Заявленный технический результат - повышение технико-экономичеккой эффективности ведения взрывных работ - обеспечивается конструкцией заряда в сочетании с предлагаемыми взрывчатыми веществами:

- повышение эффективности взрывного воздействия на разрушаемую породу за счет конструкции комбинированного заряда, состоящего из россыпного взрывчатого вещества и патронированного аммиачно-селитренного взрывчатого вещества в комбинации с низкоплотным инертным разделительным слоем;

- надежная передача детонационного импульса между частями комбинированного заряда за счет использования россыпного взрывчатого вещества на основе аммиачной селитры;

- снижение стоимости ведения взрывных работ за счет сокращения использования количества дорогостоящих водостойких взрывчатых веществ для заполнения обводненной части скважины, и возможности изготовления взрывчатых веществ на местах ведения взрывных работ, исключения перевозок взрывчатого вещества по дорогам общего пользования.

Выполненная в производственных условиях проверка заявляемого заряда взрывчатого вещества показала его безотказную и надежную работу при дроблении горных пород в скважинах глубиной до 15 м с первоначальным уровнем столба воды в скважинах до 3 м.

Источники информации:

1. Патент РФ 2260770.

2. Юматов Б.П., Шебаршов А.А., Власов В.М. «Экспериментальные исследования конструкции «плавающего заряда», М. «Недра», сб. «Взрывное дело», 74/31.

3. Патент РФ 2205168.

4. Патент РФ на полезную модель 65644

1. Скважинный заряд взрывчатого вещества для обводненных скважин, включающий комбинированный заряд взрывчатого вещества, средство инициирования, забойку из инертного материала, отличающийся тем, что комбинированный заряд взрывчатого вещества в нижней обводненной части скважины содержит аммиачно-селитренное патронированное взрывчатое вещество с плотностью более 1000 кг/м³, в верхней сухой части скважины содержит россыпное неводоустойчивое взрывчатое вещество на основе аммиачной селитры, отделенные друг от друга слоем инертного низкоплотного сыпучего материала с низкой водопроницаемостью, боевики устанавливаются в нижней части заряда из патронированного взрывчатого вещества и верхней части заряда из россыпного взрывчатого вещества, при этом допускается устанавливать боевик только в верхней части заряда из россыпного взрывчатого вещества, если вытесненный патронами столб воды и слой инертного низкоплотного материала находятся ниже уровня расположения верхнего торца верхнего патрона взрывчатого вещества, и верхняя и нижняя части зарядов контактируют между собой.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что слой инертного низкоплотного материала выполняется из вспененного полистирола с плотностью 0,02-0,1 г/см³.

3. Заряд по п.1, отличающийся тем, что слой инертного низкоплотного материала выполняется из слоя дизельного топлива и слоя вспученного перлитового песка или щебня с плотностью 0,03-0,075 г/см³ в соотношении высот слоев от 1:2 до 1:4.

4. Заряд по п.1, отличающийся тем, что слой инертного материала выполняется из низкоплотного наполнителя - сухих опилок, поролона, пенопласта, пористой гранулированной аммиачной селитры, помещенных в герметичные полимерные оболочки.