Скважинный заряд взрывчатого вещества для сухих и осушенных скважин (варианты)

 

Полезная модель относится к области ведения буровзрывных работ и может найти применение при заряжании неводоустойчивыми взрывчатыми веществами предварительно осушенных скважин с любым последующим притоком воды в скважину. Сущность полезной модели: скважинный заряд взрывчатого вещества для сухих и осушенных скважин содержит пучки, состоящие из нескольких герметичных патронов, диаметр (d) которых равен где D-диаметр описанной окружности равный 0,8-0,9 диаметра скважины, n-число патронов в пучке, плотно соприкасающихся между собой и скрепленных в нескольких местах по высоте любым известным способом, установленных вплотную друг на друга с образованием сплошной или рассредоточенной одним или несколькими воздушными промежутками колонки взрывчатого вещества. Предлагаемый заряд позволяет повысить к.п.д. взрыва, качество дробления массива горных пород в сухих и осушенных скважинах с любым последующим поступлением воды в скважину при использовании аммиачно-селитренных взрывчатых веществ различной плотности путем перераспределения энергии и газообразных продуктов взрыва по длине скважинного заряда. 4 фиг., 2 незав. п. формулы.

Полезная модель относится к области ведения буровзрывных работ и может найти применение при заряжании неводоустойчивыми взрывчатыми веществами предварительно осушенных скважин с любым последующим притоком воды в скважину.

Одним из основных направлений в области взрывного разрушения обводненных горных пород является разработка новых конструкций скважинных зарядов, обеспечивающих повышение эффективности ведения буровзрывных работ.

В настоящее время известно несколько способов формирования скважинных зарядов в обводненных скважинах с использованием неводоустойчивых взрывчатых веществ. Наиболее распространенными являются комбинированные заряды, состоящие

- из гранулированных легкопотопляемых водоустойчивых взрывчатых веществ (гранулотол, алюмотол и др.) в нижней обводненной части скважины и неводоустойчивых взрывчатых веществ в верхней сухой части скважины (1-4);

- из гранулированного водоустойчивого взрывчатого вещества на высоту столба воды или ниже его, воздушного промежутка с легким наполнителем или без него, устанавливаемого на слое взрывчатого вещества или зеркале вытесненной воды (5-8);

- из неводостойких взрывчатых веществ, имеющих плотность более 1000 кг/м3 в двухслойной полимерной оболочке, состоящей из внутренней оболочки из водонепроницаемого полимерного материала диаметром больше диаметра скважины и наружной оболочки из водопроницаемого материала диаметром, равным 0,7-0,8 диаметра скважин (9-13);

- из неводостойкого взрывчатого вещества с плотностью более плотности воды в гидроизоляционной оболочке, разделенных воздушным промежутком в виде эластичной оболочки, заполненной утяжелителем и химическим реагентом, способным разлагаться с выделением большого количества газа, установленной в гидроизоляционной оболочке взрывчатого вещества (14, 15).

Основным недостатком этих зарядов является большой расход дорогостоящих водоустойчивых взрывчатых веществ вследствие необходимости заполнения ими обводненной части скважины до полного совмещения уровня воды и взрывчатого вещества, высокая трудоемкость и сложность расчета и формирования зарядов взрывчатых веществ.

Известен скважинный заряд, состоящий из нескольких цилиндрических элементов взрывчатого вещества одинаковой высоты, изготовленных в едином одно - или многослойном водонепроницаемом полимерном рукаве с герметично заделанными торцами, путем пережима его с длиной участка рукава между цилиндрическими элементами не менее одного диаметра рукава, собранными по высоте в пучок и помещенными в полимерную водопроницаемую оболочку (16), принятый авторами в качестве прототипа. Недостатком заряда-прототипа является сложность изготовления пучка из элементов (патронов) в едином рукаве, повышенный расход полимерного рукава, невозможности фиксации пучка патронов взрывчатого вещества с плотностью близкой или ниже 1000 кг/м3 на установленной высоте обводненной скважины, пониженная работоспособность заряда.

Технической задачей разработки полезной модели являлось повышение эффективности ведения взрывных работ - повышения к.п.д. взрыва, качества дробления массива горных пород при использовании аммиачно-селитренных взрывчатых веществ любой плотности путем перераспределения энергии и газообразных продуктов взрыва по длине скважинного заряда.

Техническая задача была решена разработкой конструкции скважинного заряда и его варианта, включающего пучки патронов взрывчатого вещества в полимерной оболочке, установленных друг на друга, средство инициирования и забойку из инертного материала, в котором

- вариант 1 - для сухих и осушенных скважин без водопритока или с весьма малым водопритоком - заряд содержит пучки, состоящие из нескольких герметичных патронов взрывчатого вещества, диаметр (d) которых равен где D-диаметр описанной окружности пучка патронов, равный 0,8-0,9 диаметра скважины, n-число патронов в пучке, плотно соприкасающихся между собой и скрепленных в нескольких местах по высоте любым известным способом, установленных вплотную друг на друга с образованием сплошной колонки взрывчатого вещества;

- вариант 2 - для сухих и осушенных скважин с неограниченным водопритоком - заряд дополнительно содержит эластичные оболочки, заполненные сжатым воздухом, размещенные в центре или по периферии пучка герметичных патронов диаметром (d), равным где D-диаметр описанной окружности пучка патронов, равный 0,8-0,9 диаметра скважины, n-число патронов в пучке, плотно соприкасающихся между собой и скрепленных в нескольких местах по высоте любым известным способом, установленных вплотную друг на друга с образованием сплошной или рассредоточенной одним или несколькими воздушными промежутками колонки взрывчатого вещества.

Пучок патронов взрывчатого вещества при использовании эластичных оболочек изготавливают диаметром описанной окружности, равным 0,8-0,9 диаметра скважины; эластичные оболочки размещают и крепят на пучке патронов или в его центре, заполнение их сжатым воздухом производится в скважине.

Скважинный заряд может содержать пучки патронов:

- одинакового или разного диаметров;

- патроны пучка могут изготавливаться из одинаковых или разных составов взрывчатых веществ;

- в центре пучка может содержаться патрон, диаметр которого равен вписанной окружности, образуемой периферийными патронами пучка;

- пучки патронов снабжены петлей для опускания их в скважину. Необходимость двух вариантов конструкций скважинных зарядов взрывчатых веществ обуславливается различиями в прочности и уровне обводненности горных пород, скоростью притока воды в скважину после ее осушения.

При отбойке горной породы скважинными зарядами в виде сплошной колонки наибольший выход негабаритных кусков наблюдается из верхней части уступа. Вблизи заряда происходит переизмельчение горных пород в основном вследствие высокого давления газообразных продуктов взрыва в зарядной скважине.

При формировании колонки скважинного заряда в предварительно осушенных скважинах в зависимости от обводненности горного массива, скорости притока воды скважинные заряды могут содержать одновременно воздушные и водные промежутки. Воздушные промежутки формируются при использования эластичных оболочек, заполненных сжатым воздухом, а также за счет воздушных зазоров между патронами и между пучками патронов и стенками скважин (диаметр пучка патрона равен 0,8-0,9 диаметра скважины).

Воздушные промежутки в сухих и осушенных скважинах, образовавшиеся водные промежутки за счет водопритока в предварительно осушенные скважины изменяют характер действия взрыва в твердой среде. Значительно снижается пиковое давление взрыва и тем самым сокращается переизмельчение породы вокруг заряда; увеличивается время активного воздействия взрыва на среду за счет того, что газы верхней части заряда запирают газообразные продукты взрыва нижней части заряда; происходит интерференция волн напряжений в массиве от пучков патронов, расположенных друг на друге. Как воздушный, так и водный промежуток снижают давление в начальный период времени. При изменении параметров взрывного импульса происходит перераспределение энергии взрыва: уменьшается доля энергии, идущая на измельчение горной породы вблизи заряда, увеличивается доля энергии, идущая на дробление породы в удаленной зоне.

Наличие воды в нижней части скважинного заряда позволяет использовать эффект взаимодействия волн напряжений, возникающих при взрыве различных частей заряда. На границе раздела обводненной и необводненной частей 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 волн 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.

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

Плотный контакт патронов внутри пучка и между пучками патронов, установленных друг на друга по высоте скважины, обеспечивает передачу и полноту детонации заряда.

Наличие осевых (вдоль пучков) воздушных промежутков, образованных эластичными оболочками, исключает вертикальное перемещение пучков патронов аммиачно-селитренного взрывчатого вещества с плотностью близкой или меньшей 1000 кг/м3 по высоте скважины, их трение о стенки скважины при поступлении воды в осушенную скважину. Это предотвращает разрыв полимерной оболочки патронов взрывчатого вещества любой плотности, вымывание аммиачной селитры и тем самым обеспечивается постоянство состава взрывчатого вещества по высоте скважины.

Использование заряда в виде пучков, состоящих из отдельных герметично заделанных патронов, установленных с воздушными промежутками по высоте скважины, повышает к.п.д. взрыва, улучшает качество дробления массива в предварительно осушенных скважинах.

Формирование скважинного заряда из предварительно изготовленных пучков диаметром 0,8-0,9 диаметра скважины снижает трудоемкость, повышает санитарно-гигиенические условия труда при заряжании скважин.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1-4.

Фиг.1 - вид скважинного заряда по варианту 1:

- а) заряд, состоящий из пучков, содержащих четное число патронов взрывчатого вещества;

- б) заряд, состоящий из пучков, содержащих нечетное число патронов взрывчатого вещества;

- в) заряд, состоящий из пучков, содержащих патрон в центре пучка, диаметр которого равен вписанной окружности, образуемой периферийными патронами;

Фиг.2 - вид скважинного заряда по варианту 2:

- а) эластичная оболочка установлена по периферии патронов верхнего пучка;

- б) эластичная оболочка установлена по периферии пучка патронов, расположенного над водным промежутком;

- в) одна эластичная оболочка установлена по периферии пучка патронов, расположенного над водным промежутком, а вторая - по периферии патронов верхнего пучка;

- г) эластичные оболочки установлены в центре пучка патронов.

Фиг.3 - вид скважинного заряда по варианту 2 - эластичная оболочка установлена по периферии пучков патронов в противоположных направлениях;

Фиг.4 - вид пучка патронов до опускания его в скважину (в разрезе).

Место расположения боевика на приведенных фиг. не обозначено, он устанавливается в соответствии с проектом взрыва.

Обозначения:

1 - скважина;

2 - обвязка патронов;

3 - герметично заделанный патрон взрывчатого вещества в полимерной оболочке;

4 - патрон взрывчатого вещества, размещенный в центре пучка;

5 - эластичная емкость, заполненная сжатым воздухом, расположенная в центре пучка патронов;

6 - эластичная емкость, заполненная сжатым воздухом, расположенная по периферии пучков патронов;

7 - воздушный промежуток, создаваемый рассредоточением пучков патронов по высоте скважины;

8 - вода;

9 - диаметр описанной окружности;

10 - забойка из инертного материала;

11 - осевой воздушный промежуток, создаваемый зазорами между патронами в пучке и зазорами между патронами и стенками скважины;

12 - эластичная оболочка перед опусканием пучка в скважину;

13 - петля для опускания пучка патронов в скважину.

Скважинный заряд варианта 1 (фиг.1) состоит из четного (фиг.1а) или нечетного (фиг.1б) числа патронов 4 в пучке, собранных и плотно соприкасающихся между собой по высоте, скрепленных обвязкой 3, пучки размещены в скважине 1 друг на друге. Пучок патронов имеет диаметр описанной окружности 10, равный 0,8-0,9 диаметра скважины. Боевик может устанавливаться в любом месте заряда в соответствии с проектом ведения взрывных работ. В центре патронов пучка может устанавливаться патрон из того же самого взрывчатого состава или другого состава, диаметр которого равен диаметру вписанной окружности, образуемой периферийными патронами (фиг.1в). В обводненных породах скважинные заряды могут содержать водный промежуток, который образуется за счет притока воды в осушенную скважину, высота столба воды в осушенной скважине зависит от скорости водопритока.

Скважинный заряд варианта 2 (фиг.2) дополнительно содержит эластичные оболочки 5-6, размещаемые по периферии пучков патронов (фиг.2а, 2б, 2в, 3) или в центре пучка патронов (фиг.2г), создавая осевые воздушные промежутки. Воздушные радиальные промежутки 7 по высоте скважины могут создаваться за счет рассредоточения пучков патронов путем установки эластичных оболочек (фиг.2а, 2в, 3).

При наличии водопритока после осушения скважин вода постепенно заполняет нижнюю ее часть. Патрон с эластичной оболочкой, заполненной сжатым воздухом, установленные на уровне или выше зеркала воды (фиг.2б, 2в), выполняя роль затвора, исключают перемещение пучков патронов в полимерной оболочке в скважине.

Процесс заряжания и формирования колонки скважинного заряда состоит в следующем. Производится осушение скважин принятым на карьере способом. В зависимости от диаметра взрываемых скважин изготавливаются патроны определенного диаметра, формируются пучки из четного или нечетного числа патронов путем обвязки их любым известным способом (эластичным шнуром, лентами из эластичной упаковочной полимерной пленки или «скотчем») диаметром, равным 0,8-0,9 диаметра скважины. При необходимости пучки могут содержать центральный патрон того же или другого взрывчатого вещества диаметром, равным диаметру вписанной окружности, (фиг.1в). Эластичные оболочки крепятся к пучку патронов любым известным способом или вставляются в центр пучка патронов. Собранные пучки патронов снабжаются петлями для опускания их на шнуре в скважину. Заполнение эластичных оболочек сжатым воздухом производится по шлангу от компрессора после установки пучка с эластичной оболочкой на требуемую высоту в скважине. После наполнения эластичной оболочки сжатым воздухом шланг извлекается из скважины.

Боевики устанавливаются в соответствии с проектом взрыва, взрывание осуществляется мгновенно или с замедлением.

Патроны пучка могут выполняться из разных взрывчатых веществ, что позволяет формировать комбинированные скважинные заряды. Подбирая типы взрывчатых веществ и оптимальное соотношение их в пучке и пучков по высоте скважины, способ инициирования (одновременное или с замедлением) можно обеспечить за счет импульсного нагружения взрываемого массива управление процессом дробления горных пород.

Примеры расчета диаметра патронов при формировании пучков:

Пример 1.

Диаметр скважины dскв.=0,25 м; диаметр описанной окружности пучка патронов - диаметр заряда - D=0,25×0,8=0,2 м. (диаметр описанной окружности пучка патронов равен 0,8 диаметра скважины); 4 патрона в пучке, диаметр патрона

Пример 2.

Диаметр скважины dскв.=0,25 м; диаметр описанной окружности пучка патронов - диаметр заряда - D=0,25×0,9=0,225 м (диаметр описанной окружности пучка патронов равен 0,9 диаметра скважины); 3 патрона в пучке, диаметр патрона

Формирование колонки скважинного заряда из пучков примеров 1 и 2 производилось в соответствии с проектом взрывных работ (с использованием эластичных оболочек и без них). Получена требуемая степень дробления горных пород.

Предлагаемая конструкция заряда позволяет перераспределять энергию взрыва с максимальным использованием ее на дробление, что является одним из основных путей повышения эффективности взрывных работ на карьерах.

Полезная модель обеспечивает заявленный технический эффект:

- повышение к.п.д. взрыва, улучшение дробления разрушаемой породы за счет конструкции скважинного заряда, представляющего собой сплошную колонку взрывчатого вещества, состоящую из пучков патронов, плотно прижатых друг к другу и установленных вплотную друг на друга или из пучков, плотно прижатых друг к другу, и установленных друг на друга с рассредоточением их воздушными промежутками по высоте скважин;

- надежная передача детонационного импульса между отдельными частями заряда за счет плотного соприкосновения патронов в пучке и пучков между собой;

- обеспечение целостности полимерных оболочек и постоянства состава взрывчатого вещества по высоте колонки скважинного заряда при последующем после осушения скважины поступлении воды в нее за счет установки эластичных оболочек, предотвращающих вертикальное перемещение пучков патронов.

Выполненная в производственных условиях проверка заявляемого заряда из аммиачно-селитренного взрывчатого вещества различной плотности в сухих и осушенных скважинах глубиной до 15 м с первоначальным уровнем столба воды в скважинах до 10 м показала его безотказную и надежную работу при дроблении горных пород.

Источники информации:

1 Патент РФ 2133942

2 Патент РФ 65644

3 Патент РФ 2260770

4 Патент РФ 2205186

5 Патент РФ 2310158

6 Патент РФ 2314486

7 Патент РФ 2364828

8 Патент РФ 102782

9 Патент РФ 2205186

10 Патент РФ 2308667

11 Патент РФ 80549

12 Патент РФ 2152586

13 Патент РФ 2280236

14 Патент РФ 2306523

15 Патент РФ 2306522

16 Патент РФ 2304758

1. Скважинный заряд взрывчатого вещества для сухих и осушенных скважин без водопритока или с весьма малым водопритоком, включающий пучки патронов взрывчатого вещества в полимерной оболочке, установленных друг на друга, средство инициирования и забойку из инертного материала, отличающийся тем, что заряд содержит пучки, состоящие из нескольких герметичных патронов, диаметр (d) которых равен:

где D - диаметр описанной окружности, равный 0,8-0,9 диаметра скважины, n - число патронов в пучке, плотно соприкасающихся между собой и скрепленных в нескольких местах по высоте путем обвязки любым известным способом, установленных вплотную друг на друга с образованием сплошной колонки взрывчатого вещества.

2. Скважинный заряд по п.1, отличающийся тем, что пучок патронов снабжен петлей для опускания его в скважину на шнуре.

3. Скважинный заряд по п.1, отличающийся тем, что пучок содержит центральный патрон, диаметр которого равен вписанной окружности, образуемой периферийными патронами пучка.

4. Скважинный заряд по п.1, отличающийся тем, что патроны пучка содержат одинаковые или разные составы взрывчатых веществ.

5. Скважинный заряд взрывчатого вещества для сухих и осушенных скважин с неограниченным последующим водопритоком, включающий пучки патронов взрывчатого вещества в полимерной оболочке, установленные друг на друга, средство инициирования и забойку из инертного материала, отличающийся тем, что заряд дополнительно содержит эластичные оболочки, заполненные сжатым воздухом, размещенные в центре или по периферии пучка герметичных патронов диаметром (d), равным:

где D - диаметр описанной окружности, равный 0,8-0,9 диаметра скважины, n - число патронов в пучке, плотно соприкасающихся между собой и скрепленных в нескольких местах по высоте любым известным способом, установленных вплотную друг на друга с образованием сплошной или рассредоточенной одним или несколькими воздушными промежутками колонки взрывчатого вещества.

6. Скважинный заряд по п.5, отличающийся тем, что пучок патронов снабжен петлей для опускания его в скважину на шнуре.

7. Скважинный заряд по п.5, отличающийся тем, что пучок содержит центральный патрон, диаметр которого равен вписанной окружности, образуемой периферийными патронами пучка.

8. Скважинный заряд по п.5, отличающийся тем, что патроны пучка содержат одинаковые или разные составы взрывчатых веществ.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к области химии, а именно разделения жидких смесей и может применяться в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства
Наверх