Заряд взрывчатого вещества для крупномасштабного взрыва

Полезная модель относится к зарядам взрывчатых веществ, используемых при возведении профильных земельно-скальных сооружений - каналов, взрывонабросных плотин, дамб и перемычек транспортного и водохозяйственного назначения. Суть полезной модели: заряд взрывчатого вещества для крупномасштабного взрыва включает подземную горную зарядную выработку, штабель из слоев упаковок взрывчатого вещества в виде мягких полимерных малотоннажных контейнеров с верхними грузозахватными петлями, заполненных не более, чем на 90% взрывчатым веществом, при этом слои штабеля могут быть выполнены из взрывчатого вещества одного или разного компонентного состава, а объем подземной зарядной выработки превышает объем штабеля с упаковками взрывчатого вещества и рассчитывается по приведенной в описании формуле. Повышается эффективность ведения крупномасштабных взрывов - прирост объема взорванной горной породы, перемещенной в проектный профиль взрывонабросной плотины, снижения удельного расхода взрывчатого вещества, механизированная укладка упаковок взрывчатого вещества в штабель, снижение трудоемкости, времени укладки штабеля, экологической вредности, повышение безопасности формирования заряда. Увеличение эффективности крупномасштабного взрыва осуществляется за счет прироста объема взорванной горной массы, перемещенной в проектный профиль взрывонабросной плотины, снижения удельного расхода взрывчатого вещества, сокращения времени, трудоемкости и ликвидации ручных операций, повышения безопасности и экологической чистоты ведения работ при укладке штабеля. 2 фиг.

Полезная модель относится к зарядам взрывчатых веществ, используемых при возведении профильных земельно-скальных сооружений - каналов, взрывонабросных плотин, дамб и перемычек транспортного и водохозяйственного назначения.

Среди различных направлений использования взрывчатых веществ особое значение имеют взрывные работы крупных масштабов, основной задачей которых является перемещение больших объемов горной породы непосредственно самим действием взрыва без применения других средств транспорта и разработки породы. К крупномасштабным зарядам взрывчатых веществ принято относить удлиненные и сосредоточенные заряды выброса и сброса массой взрывчатого вещества не менее 1000 т.

Известен камерный заряд взрывчатого вещества, состоящий из аммиачной селитры и дизельного топлива, формируемый в зарядной выработке чередованием слоев аммиачной селитры во влагонепроницаемых мешках с предварительным определением пустотности такого слоя и слоев россыпной аммиачной селитры, обработанных дизельным топливом путем подачи его по специально проложенному трубопроводу (1, 2). Известен многослойный камерный заряд, имеющий примерно одинаковую плотность по высоте заряда за счет того, что взрывчатое вещество в оболочках размещают в оболочку из термоусадочной пленки, после чего производят уплотнение взрывчатого вещества до заданной плотности с одновременным принудительным выдавливанием лишнего воздуха из оболочек, непосредственно после уплотнения производят обогрев термоусадочной оболочки горячим воздухом, далее размещают на дно заряжаемой выработки оболочки с взрывчатым веществом с наименьшей объемной плотностью, т.е. избытком воздуха, который принудительно не удаляли из оболочек, затем оболочки с взрывчатым веществом, из которых частично был удален воздух, а в верхнюю часть заряда укладывают оболочки с взрывчатым веществом, из которых удален воздух настолько, насколько технически это было возможно в данных конкретных условиях (3). Недостатком указанных камерных (штольневых) зарядов является экологическая вредность и высокая трудоемкость формирования слоев заряда взрывчатого вещества по высоте штабеля.

Известен заряд для крупномасштабного взрыва, выполненный в виде штабеля взрывчатого вещества из заводских упаковок (мешки массой 40-42 кг) (4), принятый авторами в качестве прототипа.

Недостатком заряда-прототипа является его повышенная стоимость, высокие трудозатраты, большой объем ручных работ и экологическая вредность при формировании слоев штабеля из заводских упаковок (мешков) взрывчатого вещества массой 40-42 кг. Несмотря на возможность изготовления указанных упаковок взрывчатого вещества на местах ведения взрывных работ, механизацию отдельных операций при укладке штабеля без разрезания мешков (формирование пакетов из мешков на поддоны, доставка поддонов со склада на припортальную площадку у устья зарядных штолен для накопления и кратковременного хранения, доставка их непосредственно к месту укладки штабеля), объем ручных операция при этом весьма велик, т.к. штабель из мешков выкладывается вручную. Так для заряда массой ~2000 т необходимо уложить вручную ~50000 мешков.

Технической задачей создания полезной модели является повышение эффективности ведения крупномасштабных взрывов за счет снижения трудоемкости, времени укладки штабеля, экологической вредности, повышения безопасности, механизированной укладки упаковок взрывчатого вещества в штабель, прироста объема взорванной горной породы, перемещенной в проектный профиль взрывонабросной плотины, снижения удельного расхода взрывчатого вещества.

Техническая задача была решена разработкой заряда взрывчатого вещества для крупномасштабного взрыва, включающего подземную горную зарядную выработку, штабель из слоев упаковок взрывчатого вещества, средства инициирования и забойку из инертного материала, который содержит в качестве упаковок мягкие полимерные малотоннажные контейнеры с верхними грузозахватными петлями, заполненные не более, чем на 90% взрывчатым веществом, при этом слои штабеля могут быть выполнены из взрывчатого вещества одного или разного компонентного состава, а объем подземной зарядной выработки превышает объем штабеля с упаковками взрывчатого вещества и рассчитывается по формуле: V_Ш=0,25П_ПР. Q, м³,

где: V_Ш - объем подземной зарядной выработки, м³;

П_ПР. - показатель простреливаемости горных пород, м³/т;

Q - масса заряда взрывчатого вещества, т.

Q - масса заряда взрывчатого вещества, т.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-3:

Фиг. 1 - заряд, состоящий из слоев взрывчатого вещества виде мягких полимерных малотоннажных контейнеров (в разрезе).

Фиг. 2 - процесс формирования штабеля из упаковок взрывчатого вещества.

Отличительной особенностью предлагаемого заряда взрывчатого вещества является:

- штабель из слоев взрывчатого вещества в виде мягких полимерных малотоннажных контейнеров (биг-бегов) с грузозахватной петлей

- наличие до 10% воздушного (компенсационного) пространства в биг-беге при заполнении его взрывчатым веществом;

- определенный объем зарядной камеры, превышающий объем штабеля из упаковок взрывчатых веществ, наличие воздушной полости над штабелем биг-бегов с взрывчатым веществом.

Одной из основных трудностей, сдерживающей быстрое развитие взрывных работ при крупномасштабных взрывах, является доставка к месту работ взрывчатых веществ в большом количестве за ограниченный промежуток времени для формирования заряда массой более 1000 т.

При выборе взрывчатого вещества для массовых взрывов учитываются следующие основные факторы:

- возможность обеспечения выпуска взрывчатого вещества в необходимом количестве в минимально возможные сроки;

- разработка технологии завоза, хранения и формирование зарядов взрывчатых веществ, обеспечивающих безопасность работ и стабильность свойств взрывчатых веществ в течение продолжительного времени;

- стоимость взрывчатого вещества с учетом его транспортирования к месту формирования заряда;

- возможность механизации работ по заряжанию горных подземных выработок (штолен);

- факторы безопасности.

Особенностью крупномасштабных взрывов на выброс и сброс является значительный удельный расход взрывчатого вещества, поэтому с экономической точки зрения наиболее целесообразными являются сравнительно дешевые аммиачно-селитренные взрывчатые вещества, имеющие, широкую сырьевую базу, пониженную чувствительность к внешнему импульсу для организации производства на местах ведения взрывных работ. В настоящее время имеются все предпосылки для организации производства аммиачно-селитренных взрывчатых веществ на местах ведения крупномасштабных взрывов: разработана плотная и пористая мелко гранулированные аммиачные селитры (5), оборудование для ее измельчения (6), что позволяет изготавливать взрывчатые вещества одного компонентного состава, значительно отличающиеся своей плотностью и скоростью детонации; технологический процесс и оборудование, позволяющие изготавливать неограниченное количество взрывчатого вещества вблизи места ведения крупномасштабных взрывных работ: передвижные смесительные установки, в том числе мобильные для производства аммиачно-селитренных взрывчатых веществ с приемом его в мягкие малотоннажные контейнеры с повышенной грузовместимостью (7-9). Приготовление аммиачно-селитренных взрывчатых веществ на местах ведения взрывных работ уменьшает их стоимость на 20-30% в сравнении с взрывчатыми веществами заводского изготовления, повышает безопасность работ из-за отсутствия их перевозки по дорогам общего пользования, а прием изготавливаемого взрывчатого вещества в полимерные малотоннажные контейнеры с загрузкой их от 0,8 до 2 т с верхними грузозахватными петлями позволит механизировать и сократить время заряжания скважин в 5-6 раз при использовании телескопических погрузчиков, оснащенных различными грузозахватными устройствами Заводские упаковки (мешки) массой 0,04-0,042 т не имеют грузозахватных петель, поэтому заряд из мешков формируется вручную. При производстве взрывчатого вещества на месте ведения крупно масштабного взрыва, с использованием контейнеров повышенной грузовместимости решаются вопросы, связанные с потерей взрывчатыми веществами взрывчатых и детонационных свойств вследствие сокращения срока хранения, воздействия температуры, гигроскопичности, слеживаемости, а также возможности загорания или преждевременного взрыва.

В предлагаемой полезной модели в качестве упаковок взрывчатого вещества предлагается использовать мягкие малотоннажные контейнеры с грузовместимостью 0,8-2 т с верхними грузозахватными петлями (далее по тексту - контейнер). Заряд формируется путем плотного соприкосновения упаковок между собой. В предлагаемой полезной модели контейнер заполняется взрывчатым веществом не более, чем на 90%. Наличие в контейнере не менее 10% свободного, не занятого взрывчатым веществом пространства (компенсационного пространства), позволяет перераспределяться сыпучему взрывчатому веществу по объему полимерного контейнера при контакте его с поверхностью зарядной камеры или поверхностью другого нижележащего контейнера с взрывчатым веществом. В результате этого подвешенный, например, на штыревом захвате контейнер при установке его на твердую поверхность под действием массы взрывчатого вещества заполняет свободный объем в штабеле между смежными контейнерами за счет эластичности материала оболочки полимерного контейнера. При плотной укладке контейнеров друг к другу ликвидируется пустотность штабеля по вертикали за счет перераспределения сыпучего взрывчатого вещества в вертикальном направлении, при этом повышается площадь контакта между контейнерами в горизонтальном направлении за счет массы вышележащих слоев и эластичности оболочки. Один мягкий малотоннажный контейнер с грузовместимостью 1000 кг может заменить до 25 заводских упаковок (мешков) по 40 кг. Мешки не имеют своих грузозахватных петель, что не позволяет механизировать процесс укладки их в штабель. Предлагаемый заряд формируется с помощью телескопического погрузчика, оснащенного штыревым захватом, со стрелой вылета до 10-17 м. Высота воздушной полости над штабелем контейнеров с взрывчатым веществом берется не менее высоты контейнера с взрывчатым веществом в подвешенном состоянии для обеспечения доставки и установки контейнеров в верхний слой штабеля. Полезная работа взрыва зависит от плотности заряжания взрывчатого вещества в зарядной полости. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что имеется вполне определенная оптимальная плотность заряжания, при которой полезно используемая доля энергии взрыва максимальна. При этом для различных грунтов и различных по мощности взрывчатых веществ оптимальные значения плотности заряжания различны и зависят от величины показателя простреливаемости горных пород (П_ПР), численно равных объему образующейся камуфлетной полости к массе заряда взрывчатого вещества. Значения П_ПР определяются экспериментально или рассчитываются теоретическим путем. Показатель простреливаемости горных пород является устойчивой характеристикой разрушаемой среды, определяющей ее способность пластично уплотняться под действием взрыва. Оптимальный объем зарядной камеры (V_Ш) Для совершения максимально полезной работы в фазе камуфлетного действия подземного взрыва рассчитывается по вышеприведенной формуле V_Ш=0,25 П_ПР. Q, м³, где V_Ш - объем подземной зарядной выработки, м³; П_ПР. - показатель простреливаемости горных пород, м³/т; Q - масса заряда взрывчатого вещества, т.

Заряд взрывчатого вещества для крупномасштабного взрыва состоит из штабеля 1, слои 2 которого сформированы мягкими полимерными малотоннажными контейнерами 3 с верхней грузозахватной петлей 4, средства инициирования 5 и забойки 6, размещенных в подземной горной выработке 7 с воздушной полостью 8 над штабелем взрывчатого вещества. Штабель может быть выполнен из контейнеров, заполненных одним и тем же взрывчатым веществом или контейнеров с разными взрывчатыми веществами. В мягком полимерном малотоннажном контейнере после заполнения его взрывчатым веществом 9 имеется свободный (компенсационный) объем 10. Формирование штабеля 1 из контейнеров 3 осуществляется с помощью телескопического погрузчика 11 со штыревым захватом 12, имеющего стрелу вылета 10-17 м. Высота воздушной полости Н_воз._пол. над штабелем контейнеров взрывчатого вещества больше высоты контейнера h _к в подвешенном состоянии для обеспечения возможности доставки и укладки их в верхний слой штабеля (фиг. 2). Контейнер, заполненный взрывчатым веществом не более, чем на 90%, при соприкосновении с твердой поверхностью дна подземной горной выработки или поверхностью ранее уложенного контейнера, изменяет свою форму. Выпуклая поверхность 13 дна подвешенного контейнера 3 под действием массы взрывчатого вещества при установке контейнера на твердую поверхность становится плоской. Сыпучее взрывчатое вещество под действием собственной массы и массы вышележащих слоев, эластичности полимерной оболочки контейнера перераспределяется по высоте контейнера, заполняя пустотности между установленными ранее контейнерами.

Инициирование штольневого заряда осуществляется промежуточным детонатором, установленным в торцевой части заряда. Забойка незаряженной части штольни выполняется до ее устья инертным сыпучим материалом.

Заявленный технический результат - повышение эффективности ведения крупномасштабных взрывов - обеспечивается конструкцией заряда взрывчатого вещества:

- повышение безопасности и экологической чистоты за счет использования мягких полимерных малотоннажных контейнеров с верхней грузозахватной петлей, с повышенной грузовместимостью, позволяющих механизировать процесс укладки штабеля взрывчатого вещества,

- снижение стоимости крупномасштабного взрыва за счет замены заводских упаковок массой 40 кг на мягкие полимерные малотоннажные контейнеры с верхними грузозахватными петлями с грузовместимостью не менее 0,8 т, позволяющей полностью механизировать и сократить время укладки штабеля взрывчатого вещества, организации производства взрывчатого вещества на месте ведения взрывных работ с упаковкой в мягкие малотоннажные контейнеры с повышенной грузовместимостью, сократить стоимость перевозки взрывчатого вещества от передвижной смесительной установки (ПСУ), размещенной на пункте ведения взрывных работ до места формирования штабеля в зарядной выработке;

- прирост объема взорванной горной массы, перемещенной в проектный профиль взрывонабросной плотины, снижение удельного расхода взрывчатого вещества за счет конструкции заряда, наличия воздушной полости над зарядом взрывчатого вещества.

Пример осуществления полезной модели.

Для возведения взрывонабросной плотины необходимо осуществить взрыв удлиненного заряда взрывчатого вещества массой Q=2000 т. Заряд взрывчатого вещества размещается в подземной горизонтальной выработке - штольне на глубине от свободной поверхности (линии наименьшего сопротивления) W=100 м, пройденной в зоне скальных пород с пределом прочности на сжатие _сж=950 кгс/см². Взрывчатое вещество - гранулит РП, изготавливаемый в непосредственной близости от места производства взрыва на передвижной смесительной установке ПСУ. Взрывчатое вещество упаковывается в полимерные мягкие малотоннажные контейнеры массой Q_к=1000 кг с учетом 10% компенсационного пространства. Контейнеры оснащены верхней грузовой петлей для грузозахватного устройства телескопического погрузчика с высотой подъема груза до 10 м. Контейнер заполняется гранулитом РП на 90% от его максимальной вместимости - свободное компенсационное пространство в контейнере до 10%. Показатель простреливаемости взрываемых горных пород П_пр=7 м³/т. Для обеспечения заданных параметров взрывонабросной плотины длина - (L_ШТ.З.) и ширина - (Н_ШТ.З.) штольневого заряда приняты равными: L_ШТ.З.=50 м, Н_ШТ.З. =8 м. Объем зарядной штольни вычисляется по формуле V_Ш =0,25П_прQ=0,25×7×2000=3500 м³ . Площадь поперечного сечения штольни (S_Ш) равна: S_Ш.=V_Ш/L_ШТ.З.=3500:50=70 м ².

Контейнеры размещаются в штольне послойно вплотную друг к другу, уплотняясь за счет наличия свободного компенсационного пространства в контейнере и эластичности полимерной оболочки.

Количество контейнеров в слое (N _к) при поперечных размерах дна контейнера 1×1 (м) равно: N_к=Н_ШТ.З.L _ШТ.З./1=8×50/1=400 шт.

Масса взрывчатого вещества в слое при массе взрывчатого вещества одного контейнера Q_к=1 т равна: Q_сл=N_кQ_к=400×1=400 т.

Количество слоев штабеля n_к=Q/Q_сл =2000/400=5.

Плотность заряжания штольни _з=Q/V_Ш=2000:3500=0,571 т/м³ .

Высота штольни B_Ш=S_Ш/Н _ШТ.З.=70:8=8,75 м.

Высота штольневого заряда (Н_ВВ) при высоте взрывчатого вещества в контейнере h_к=1,25 м равна: Н_ВВ=h_к n _к=1,25×5=6,25 м; площадь его поперечного сечения S _ВВ=Н_ВВ Н_ШТ.З.=6,25×8=50 м; объем заряда взрывчатого вещества V_ВВ=S_ВВ L _ШТ.З.=50×50=2500 м³.

При оптимальной плотности заряжания прирост объема взорванной массы и уменьшение удельного расхода взрывчатого вещества определяется соотношением объема зарядной камеры и объема взрывчатого вещества в ней (10):

- прирост объема взорванной горной массы, перемещенной в проектный профиль взрывонабросной плотины, V_в=(V_Ш/V_ВВ)^1/4 =(3500:2500)^1/4=1,09,

- снижение удельного расхода взрывчатого вещества q=1/V_в=1:1,09=0,92.

Принятые параметры заряда взрывчатого вещества обеспечивают увеличение эффективности крупномасштабного взрыва за счет прироста объема взорванной горной массы, перемещенной в проектный профиль взрывонабросной плотины, снижения удельного расхода взрывчатого вещества, сокращения времени, трудоемкости и ликвидации ручных операций, повышения безопасности и экологической чистоты ведения работ при укладке штабеля.

Источники информации

1. АС СССР 1520971.

2. АС СССР 1603919.

3. Патент РФ 2381437.

4. М.Б. Эткин, А.Е. Азаркович «Взрывные работы в энергетическом и промышленном строительстве», Москва, Из-во МГГУ, 2004.

5. Патент РФ 2230724.

6. Патент на полезную модель 86118.

7. Патент на полезную модель 123774.

8. Патент на полезную модель 129099.

9. Патент на полезную модель 133831.

10. Г.И. покровский, И.С. Федоров « Возведение гидротехнических земляных сооружений направленным взрывом», Издательство литературы по строительству, М., 1971

Заряд взрывчатого вещества для крупномасштабного взрыва, включающий подземную горную зарядную выработку, штабель из слоев упаковок взрывчатого вещества, средства инициирования и забойку из инертного материала, отличающийся тем, что он содержит в качестве упаковок мягкие полимерные малотоннажные контейнеры с верхними грузозахватными петлями, заполненные не более чем на 90% взрывчатым веществом, при этом слои штабеля могут быть выполнены из взрывчатого вещества одного или разного компонентного состава, а объем подземной зарядной выработки превышает объем штабеля с упаковками взрывчатого вещества и рассчитывается по формуле: V_Ш=0,25П_ПР Q, м³, где V_Ш - объем подземной зарядной выработки, м³;

П_ПР -показатель простреливаемости горных пород, м³/т;

Q - масса заряда взрывчатого вещества, т.