Заряд взрывчатого вещества

Полезная модель относится к зарядам взрывчатых веществ и может найти применение в горнодобывающей промышленности при отбойке горных пород скважинными зарядами.

Суть полезной модели: заряд взрывчатого вещества, состоящий из чередующихся участков взрывчатых веществ, промежуточного детонатора, первичного средства инициирования и забойки из инертного материала, который содержит промежуточные детонаторы из взрывчатых веществ, чувствительных к импульсу первичных средств инициирования, его высота, длины участков заряда взрывчатого вещества между центром промежуточного детонатора и торцом колонки заряда и между центрами промежуточных детонаторов определяются по формулам, приведенных в описании.

Ведение буровзрывных работ предлагаемыми зарядами позволило повысить равномерность дробления горной породы за счет снижения выхода крупнокусковой фракции на 7-10% без увеличения удельного расхода взрывчатого вещества, снизить затраты на взрывные работы, повысить производительность погрузочно-транспортного и дробильно-сортировочного оборудования. Производство аммиачно-селитренных взрывчатых веществ на местах ведения взрывных работ позволило ликвидировать перевозку взрывчатых веществ по дорогам общего пользования.

1 фиг., 3 зав.п. ф-лы.

Полезная модель относится к зарядам взрывчатых веществ и может найти применение в горнодобывающей промышленности при отбойке горных пород скважинными зарядами.

В настоящее время наметилась тенденция ведения взрывных работ с использованием аммиачно-селитренных взрывчатых веществ, изготавливаемых на местах ведения взрывных работ с целью снижения их стоимости за счет сокращения расходов на перевозку взрывчатых веществ по дорогам общего пользования. Для этого разработаны мобильные модульные установки производства взрывчатых веществ (1-4), мобильные хранилища взрывчатых материалов и аммиачной селитры (5), мобильные малогабаритные смесители взрывчатых веществ (6). Разработана отечественная пористая гранулированная аммиачная селитра с плотностью 600-800 кг/м ³, малогабаритный измельчитель гранулированной плотной и пористой аммиачной селитры (7), что позволяет изготавливать взрывчатые вещества на их основе (7, 8-11), обладающих широким спектром детонационных и физико-химических характеристик.

Известно, что для возбуждения детонации аммиачно-селитренных взрывчатых веществ, большинство из которых нечувствительно к инициирующему импульсу первичных средств инициирования, требуются дорогостоящие мощные литьевые или прессованные боевики с высокой плотностью и скоростью детонации взрывчатого вещества на основе тротила, гексогена и ТЭНа.

Эффективность ведения буровзрывных работ зарядами из аммиачно-селитренных взрывчатых веществ с различными энергетическими, детонационными, физико-химическими характеристиками определяется полнотой и устойчивостью протекания процесса детонации вдоль всей колонки заряда взрывчатого вещества. С этой целью разработаны конструкции скважинных зарядов, отличающихся массой и расположением аммиачно-селитренных взрывчатых веществ с различными характеристиками по высоте колонки заряда, количеством и местом размещения боевиков, способом их инициирования (12-16).

Известен комбинированный заряд, состоящий из взрывчатого вещества и промежуточного детонатора, скорость детонации которого превышает скорость детонации взрывчатого вещества заряда, при этом масса взрывчатого вещества промежуточного детонатора М _Д=(0,0003-0,05)М_З, где М_З - масса заряда; элементы промежуточного взрывчатого вещества выполнены плоскостными и ориентированы поперек заряда, в каждом элементе заряда соотношение продольных размеров участков взрывчатого вещества заряда и промежуточного детонатора находится в диапазоне , где l_З, l_Д - длины участков заряда и промежуточного детонатора соответственно; при разнице между поперечными размерами элементов взрывчатых веществ заряда и промежуточного детонатора, не превышающей 15% (17). Для безотказного инициирования и обеспечения полноты детонации заряда, формируемого из указанных элементов, промежуточный детонатор должен быть выполнен из взрывчатого вещества с высокими значениями скорости детонации и плотности типа тротила или смеси тротила с гексогеном.

Известен комбинированный заряд взрывчатого вещества, состоящий из блоков, содержащих по два разных взрывчатых вещества с разными плотностями и скоростями детонации, способными передавать детонацию друг другу, взрывчатые вещества в блоке размещены в виде одного или нескольких элементов одинакового диаметра в чередующемся порядке, при этом диаметр комбинированного заряда превышает критический диаметр детонации любого из взрывчатых веществ, формирующих блок, а количество блоков в заряде определяется высотой колонки заряда, высоты элементов каждого из взрывчатых веществ рассчитываются по формулам: , , где

H₁, H₂ - высоты элементов взрывчатых веществ, составляющих блок, м,

H - высота блока, м,

₁, ₂, ₃ - плотности взрывчатых веществ элементов блока и блока

комбинированного заряда, кг/м³ ,

n, m - количество элементов каждого из взрывчатых веществ в блоке, (18), принятый авторами в качестве прототипа. Недостатком заряда-прототипа является высокая трудоемкость формирования колонки заряда из блоков; использование в качестве промежуточного детонатора мощных шашек-детонаторов из тротила, пенталита или гексонита для начального инициирования одного из блоков заряда.

Технической задачей полезной модели являлось повышение эффективности ведения взрывных работ за счет улучшения дробления горной породы, повышения надежности и полноты детонации заряда, расширения области использования низкочувствительных промышленных аммиачно-селитренных взрывчатых веществ, повышения безопасности и снижения стоимости ведения взрывных работ.

Техническая задача была решена разработкой заряда взрывчатого вещества, состоящего из чередующихся участков взрывчатых веществ с различными детонационными характеристиками, промежуточного детонатора, первичного средства инициирования и забойки из инертного материала, который содержит промежуточный детонатор из взрывчатого вещества чувствительного к первичному средству инициирования высотой Н_Д, определяемой по фориуле:

,

при этом длина участка заряда взрывчатого вещества между центром промежуточного детонатора и торцом колонки заряда равна , длина участка заряда взрывчатого вещества между центрами промежуточных детонаторов равна , а детонация каждого участка заряда взрывчатого вещества завершается одновременно, где:

l_Д-Т , l_Д-Д - длина участка заряда взрывчатого вещества между центром промежуточного детонатора и торцом колонки заряда и длина участка заряда взрывчатого вещества между центрами промежуточных детонаторов соответственно, м,

d_ВВ, d_Д - диаметры заряда взрывчатого вещества и промежуточного детонатора, м,

D_ВВ, D_Д - скорости детонации взрывчатых веществ заряда и промежуточного детонатора, м/с,

_ВВ, _Д - плотности взрывчатых веществ заряда и промежуточного детонатора, кг/м³,

L_З - длина заряда взрывчатого вещества, м,

l_Д-Т - длина участка заряда взрывчатого вещества между центром промежуточного детонатора и торцом колонки заряда, м,

l_Д-Д - длина участка заряда взрывчатого вещества между центрами промежуточных детонаторов, м,

H_P - длина участка разгона детонации в колонке заряда взрывчатого вещества до стационарной скорости детонации, м,

n - количество промежуточных детонаторов, размещенных в колонке заряда взрывчатого вещества, шт.

В качестве взрывчатых веществ заряда могут использоваться сыпучие аммиачно-селитренные взрывчатые вещества на основе гранулированной и/или порошкообразной пористой и/или плотной аммиачной селитры, эмульсионные взрывчатые вещества; а в качестве взрывчатых веществ промежуточного детонатора - эмульсионные или порошкообразные аммиачно-селитренные взрывчатые вещества, прессованные или литые шашки-детонаторы, чувствительные к импульсу первичных средств инициирования.

Промежуточные детонаторы могут изготавливаться в виде патронов в полимерной оболочке, прессованных и литых шашек из индивидуальных взрывчатых веществ диаметром менее диаметра скважины (диаметра заряда взрывчатого вещества); или сыпучее или эмульсионное взрывчатое вещество промежуточного детонатора может заполнять скважину на ее полное сечение.

Отличительной особенностью заявляемого заряда является:

- промежуточные детонаторы, выполненные из разнообразных взрывчатых веществ, чувствительных к первичным средствам инициирования, параметры которых взаимосвязаны с детонационными характеристиками взрывчатого вещества основного заряда;

- одновременность завершения детонации всех участков колонки заряда взрывчатого вещества.

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

Эффективность применения любого взрывчатого вещества определяется полнотой протекания процесса детонации и одновременностью их завершения по всей длине заряда. При инициировании низкочувствительных аммиачно-селитренных взрывчатых веществ особенно важно обеспечить помимо полноты протекания реакции взрывчатого разложения также устойчивость детонации по всей длине заряда. В предлагаемой конструкции заряда разгон детонации на всех участках заряда обеспечивается промежуточными детонаторами одинаковой высоты одного и того же компонентного состава. Для обеспечения максимальной передачи инициирующего импульса заряду из низкочувствительного взрывчатого вещества в процессе его инициирования диаметры промежуточного детонатора и заряда не должны значительно отличаться. Параметры предлагаемого промежуточного детонатора обладают энергией, достаточной для возбуждения детонации участка заряда и поддержания ее вплоть до выделения инициируемым взрывчатым веществом энергии, обеспечивающей самостоятельное протекание реакции взрывчатого разложения. В результате многоточечного инициирования заряда при условии одновременности завершения детонации всех участков заряда каждый участок заряда, выполненный из одинаковых взрывчатых веществ, имеет одинаковую длину участка разгона детонации и выходит на устойчивый стационарный режим детонации с максимальной скоростью, характерной для данного взрывчатого вещества, одновременно. Одновременность завершения детонации на всех участках заряда обеспечивается за счет размещения центров промежуточных детонаторов от торцов заряда на расстоянии и n одновременности инициирования всех промежуточных детонаторов. При одновременности завершения детонации всех участков заряда образующиеся ударные и детонационные волны каждого участка начинают взаимодействовать во взрывной полости одновременно, обеспечивая устойчивую скорость детонации по всей длине колонки заряда, повышая мощность взрыва пропорционально количеству точек инициирования. Поэтому при многоточечном инициировании наблюдается более длительная герметизация скважины, увеличивается продолжительность действия импульса взрыва на взрываемую горную породу; повышается давление и время его действия до разгерметизации скважины., осуществляется многократное нагружение взрываемой горной породы. Многоточечное инициирование, благодаря взаимодействию детонационных и ударных волн по длине заряда, создает в скважине своеобразный газодинамический затвор, значительно увеличивающий долю полезно используемой энергии и общую мощность взрыва. При многоточечном инициировании заряда повышается выход взорванной горной массы, улучшается интенсивность дробления горных пород (снижается выход крупной фракции) без увеличения расхода взрывчатого вещества.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой представлен предлагаемый заряд взрывчатого вещества:

а) - диаметр промежуточного детонатора меньше диаметра заряда взрывчатого вещества;

б) - промежуточный детонатор заполняет скважину на ее полное сечение.

Обозначения:

1 - скважина,

2 - взрывчатое вещество,

3 - промежуточный детонатор,

4 - забойка из инертного материала,

5 - первичное средство инициирования,

L_З - длина колонки заряда взрывчатого вещества, м,

l_Д-Т - длина участка заряда взрывчатого вещества между центром промежуточного детонатора и торцом колонки заряда, м,

l_Д-Д - длина участка заряда взрывчатого вещества между центрами промежуточных детонаторов, м.

Скважина 1 заполняется промышленным взрывчатым веществом 2 на заданную длину, устанавливаются промежуточные детонаторы 3 высотой, рассчитанной по вышеприведенной формуле, взрывчатое вещество которых чувствительно к первичным средствам инициирования. Длины участков заряда между центром промежуточного детонатора и торцами колонки заряда, между центрами промежуточных детонаторов рассчитываются по вышеприведенным формулам. Длины участков взрывчатых веществ заряда определяются количеством промежуточных детонаторов и длиной колонки заряда в соответствии с проектом взрыва.

Работа скважинного заряда осуществляется следующим образом: после формирования колонки заряда взрывчатого вещества производится многоточечное инициирование участков заряда с помощью установленных в колонке заряда на заданных расстояниях промежуточных детонаторов, взрывной импульс которым передается при их одновременном инициировании любым известным способом так, чтобы детонация всех участков заряда завершалась одновременно.

Пример осуществления полезной модели (фиг.1а).

Взрывчатые вещества для участков заряда и промежуточного детонатора, патроны в полимерной оболочке изготавливались на месте ведения взрывных работ с использованием мобильной модульной установки.

Глубина скважины - 17,5 м, диаметр заряда d_ВВ=0,25 м, диаметр промежуточного детонатора d_Д=0,21 м, длина колонки заряда L_З=10 м, высота забойки - 7,5 м, количество промежуточных детонаторов n=3 шт.

Взрывчатое вещество промежуточного детонатора - поршкообразный состав на основе пористой аммиачной селитры и жидкого нефтепродукта со скоростью детонации D_Д=4000 м/с, плотностью _Д=850 кг/м³ в виде патрона в полимерной оболочке.

Взрывчатое вещество колонки заряда - гранулированное взрывчатое вещество на основе пористой аммиачной селитры Гранулит РП со скоростью детонации D_ВВ=3500 м/с, плотностью _ВВ=800 кг/м³.

Длина участка разгона детонации в заряде взрывчатого вещества H _P-d_BB=0,25 м.

В соответствии с вышеприведенными формулами высота промежуточного детонатора H_Д и длины участков колонки заряда l_Д-Т , l_Д-Д равны: ; ; .

Промежуточные детонаторы инициируются неэлектрической системой инициирования «Коршун» с помощью внутрискважинных детонаторов мгновенного действия, имеющих одинаковую длину ударно-волновых трубок, что обеспечивает одновременное завершение детонации на всех участках заряда взрывчатого вещества.

Заявленный технический результат - повышение эффективности ведения взрывных работ - обеспечивается конструкцией заряда:

- снижение стоимости, повышение безопасности, расширение области использования промышленных аммиачно-селитренных взрывчатых веществ за счет применения промежуточных детонаторов из аммиачно-селитренных веществ, чувствительных к первичным средствам инициирования, диаметром равным или близким к диаметру основного заряда взрывчатого вещества. Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества могут производиться на местах ведения взрывных работ, что снижает стоимость взрывчатых веществ и исключает перевозки взрывчатых веществ по дорогам общего пользования;

- улучшение степени дробления горных пород (снижение выхода негабаритной фракции) при многоточечном инициировании за счет увеличения мощности взрыва, что повышает производительность погрузочно-транспортного оборудования и снижает стоимость буровзрывных работ;

- геометрические параметры промежуточных детонаторов и размеры участков заряда, рассчитанные по вышеприведенным формулам, позволяют за счет одновременности завершения детонации всех участков заряда обеспечить безотказность инициирования и полноту максимального взрывчатого превращения предлагаемого заряда.

Предлагаемый заряд был проверен при ведении взрывных работ на карьерах скважинными зарядами различных диаметров. Ведение буровзрывных работ предлагаемыми зарядами позволило повысить равномерность дробления горной породы за счет снижения выхода крупнокусковой фракции на 7-10% без увеличения удельного расхода взрывчатого вещества, что позволило снизить затраты на взрывные работы, повысить производительность погрузочно-транспортного и дробильно-сортировочного оборудования. Производство аммиачно-селитренных взрывчатых веществ на местах ведения взрывных работ позволило ликвидировать перевозку взрывчатых веществ по дорогам общего пользования.

Источники информации.

1. Патент РФ 2373172.

2. Полезная модель 96863.

3. Полезная модель 98000.

4. Полезная модель 93881.

5. Полезная модель 84424.

6. Патент РФ 2179164.

7. Полезная модель 86118.

8. Полезная модель 93965.

9. Полезная модель 73957.

10. Полезная модель 79657

11. Патент РФ 2230724

12. Патент РФ 2060447.

13. Патент РФ 2043601.

14. Патент РФ 2184928.

15. Патент РФ 2234052.

16. Патент РФ 2123661.

17. Патент РФ 2152586.

18. Патент РФ 2280236.

1. Заряд взрывчатого вещества, состоящий из чередующихся участков взрывчатых веществ с различными характеристиками, промежуточного детонатора, первичного средства инициирования и забойки из инертного материала, отличающийся тем, что он содержит промежуточные детонаторы из взрывчатых веществ, чувствительных к импульсу первичных средств инициирования, высотой H_Д, определяемой из соотношения,

м,

при этом длина участка заряда взрывчатого вещества между центром промежуточного детонатора и торцом колонки заряда равна м, длина участка заряда взрывчатого вещества между центрами промежуточных детонаторов равна м; а детонация каждого участка заряда взрывчатого вещества завершается одновременно, где

- H_Р - длина участка разгона детонации в колонке заряда взрывчатого вещества до стационарного значения скорости детонации, м,

- l_Д-Т, l _Д-Д - длина участка заряда взрывчатого вещества между центром промежуточного детонатора и торцом колонки заряда и длина участка заряда взрывчатого вещества между центрами промежуточных детонаторов соответственно, м,

- d_ВВ, d_Д - диаметры заряда взрывчатого вещества и промежуточного детонатора, м,

- D_ВВ, D_Д - скорости детонации взрывчатых веществ заряда и промежуточного детонатора, м/с,

- _ВВ, _Д - плотности взрывчатых веществ заряда и промежуточного детонатора, кг/м³,

- L_З - длина колонки заряда взрывчатого вещества, м,

n - количество промежуточных детонаторов, размещенных в колонке заряда взрывчатого вещества, шт.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что в качестве взрывчатого вещества заряда берется порошкообразное и/или гранулированное, или водоэмульсионное взрывчатое вещество.

3. Заряд по п.1, отличающийся тем, что в качестве взрывчатого вещества промежуточного детонатора берется порошкообразное или водоэмульсионное взрывчатое вещество.

4. Заряд по п.1, отличающийся тем, что промежуточный детонатор из взрывчатого вещества заполняет скважину на ее полное сечение.