Патрон взрывчатого вещества

Авторы патента:

Полезная модель относится к области горного дела, в частности к патронированным зарядам для ведения буровзрывных работ в обводненных скважинах неводоустойчивыми взрывчатыми веществами, и может найти применение на открытых горных работах при разработке месторождений полезных ископаемых.

Сущность полезной модели: патрон взрывчатого вещества состоит из размещенных в одно- или многослойной водонепроницаемой полимерной оболочке аммиачно-селитренного взрывчатого вещества и кольцеобразной профилированной вставки в виде прямоугольника, или равнобедренного треугольника, или равносторонней трапеции в продольном сечении. Профилированные монолитные вставки, устанавливаются во взрывчатом веществе в средней части патрона, при этом внутренний диаметр вставки берется не менее критического диаметра детонации заряда взрывчатого вещества, а наружный принимается равным диаметру патронированного взрывчатого вещества. Высота вставки рассчитывается по формулам, приведенным в описании полезной модели.

1 фиг., 7 зав. п.ф.

Стоимость взрывных работ в обводненных скважинах может быть значительно снижена за счет применения дешевых аммиачно-селитренных взрывчатых веществ с приданием им плотности более 1000 кг/м³ для обеспечения их потопляемости в обводненной скважине. Одним из возможных путей решения проблемы заряжания обводненных скважин аммиачно-селитренными взрывчатыми веществами является использование их в патронированном виде в гидроизолирующих оболочках из водонепроницаемых полимерных материалов.

Известны патроны ВВ, содержащие два взрывчатых вещества с разными плотностями и скоростями детонации, которые размещены в патроне в чередующемся порядке в виде одного или нескольких слоев одинакового диаметра (1-3). Недостатком таких патронов является отсутствие данных о типах используемых взрывчатых веществ, сложность подбора ВВ с плотностями более 1000 кг/м³, обладающих способностью передачи взрывного импульса на контакте двух ВВ или на стыке двух патронов.

Известны так называемые длинномерные патроны, состоящие из патронов ВВ (промежуточных детонаторов и основных зарядов из сыпучих взрывчатых веществ разной высоты) с плотностью менее 1000 кг/м³ в водонепроницаемом полимерном рукаве и патронов из высокоплотного балласта, торцы которых соединены между собой для достижения плотности патрона более 1000 кг/м³. Подрыв каждого длинномерного патрона осуществляется самостоятельно по индивидуальной внутрискважинной взрывной линии (4). Недостатком данного патрона является высокая трудоемкость его формирования, сложность подбора и крепления балласта, сложность монтажа взрывной линии.

Известен патрон в полимерной водонепроницаемой оболочке, содержащий неводоустойчивое взрывчатое вещество с плотностью менее 1000 кг/ м³, разделенное слоем инертного материала с плотностью более 1000 кг/ м³, длины которых определяется расчетом исходя из длины патрона и плотностей взрывчатого вещества и инертного высокоплотного материала. Передача детонации взрывчатому веществу через слой инертного материала в патроне осуществляется детонирующим шнуром, размещенным специальным образом на поверхности патрона на участках взрывчатого вещества, прилегающих к слою инертного материала (5), принятого авторами в качестве прототипа. Недостатком патрона-прототипа является высокая трудоемкость изготовления и подготовки патрона к заряжанию скважин, сложность монтажа взрывной сети для инициирования патронов.

Технической задачей полезной модели является повышение технико-экономической эффективности ведения взрывных работ за счет повышения взрывного воздействия на разрушаемую горную породу, упрощения и снижения стоимости формирования патронов и скважинных зарядов из них, возможности изготовления взрывчатых веществ и патронов на их основе на местах ведения взрывных работ.

Техническая задача была решена разработкой патрона взрывчатого вещества, включающего аммиачно-селитренное взрывчатое вещество и высокоплотный инертный материал, размещенные в одно- или многослойной водонепроницаемой полимерной оболочке, в котором в качестве высокоплотного инертного материала используются кольцеобразные профилированные монолитные вставки, устанавливаемые во взрывчатом веществе в средней части патрона, при этом внутренний диаметр вставки берется не менее критического диаметра детонации заряда взрывчатого вещества, а наружный принимается равным диаметру патронированного взрывчатого вещества

Патроны могут содержать монолитные кольцеобразные вставки, имеющие в продольном сечении вид прямоугольника, или равнобедренного треугольника, или равносторонней трапеции.

Высота монолитных вставок различного профиля определяется исходя из геометрических размеров патрона, плотности аммиачно-селитренного взрывчатого вещества, плотности материала вставки и необходимой средней плотности патрона по условиям его потопляемости в скважине и рассчитывается по формулам:

- для кольцевой вставки прямоугольного профиля - , м

- для кольцевой вставки, имеющей продольном сечении вид равнобедренного треугольника Н_Т=2Н_П, м;

- для кольцевой вставки, имеющей продольном сечении вид равносторонней трапеции: Н_Р=2Н_П -Н_К, м; при Н_К<Н_П; где

- L, D - длина и диаметр патрона, м;

- d - внутренний диаметр монолитной вставки, м;

- _ВВ., _СР.,_ИН.М. - плотность взрывчатого вещества, необходимая средняя плотность патрона взрывчатого вещества и плотность инертного материала монолитной вставки соответственно, кг/м³ .

Монолитные вставки могут изготавливаться из бетонных, песчаноцементных или асбоцементных смесей или металла.

В качестве материала полимерной оболочки используются рукава из полиамидной одно- или многослойной пленки, или полипропиленовой, или полиэтиленовой пленки. Оболочка патронов может выполняться из двух полимерных рукавов, вставленных друг в друга, вторые торцы рукавов собираются в «чуб» индивидуально или вместе. Торцы рукавов, заваренных и заделанных клипсованием, и торцы рукавов, заделанных одинаково, могут находиться в одном торце патрона.

Отличительной особенностью заявляемого патрона взрывчатого вещества является:

- форма вставки из высокоплотного инертного материала;

- место расположения монолитной вставки в патроне;

- соотношение масс взрывчатого вещества и высокоплотного инертного материала с обеспечением средней плотности патрона более 1000 кг/м³.

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

Предлагаемая полезная модель скважинного заряда поясняется фиг., на которой представлены кольцевые монолитные вставки с разными профилями в продольном сечении::

а) - кольцевая вставка прямоугольного профиля;

б) - кольцевая вставка, имеющая профиль равнобедренного треугольника;

в) - кольцевая вставка, имеющая профиль равносторонней трапеции.

Обозначения:

1 - взрывчатое вещество

2 - полимерная оболочка патрона;

3 - кольцевая вставка прямоугольного профиля;

4 - кольцевая вставка, имеющая профиль равнобедренного треугольника;

5 - кольцевая вставка, имеющая профиль равносторонней трапеции;

6 - металлическая клипса;

7 - «чуб» торца полимерного рукава.

Патрон (фиг.1) состоит из аммиачно-селитренного взрывчатого вещества 1 в полимерном рукаве 2, торцы которого собраны в «чуб» 7 и заклипсованы металлической клипсой 6 или заварены. В средней части патрона во взрывчатом веществе 1 размещается кольцевая вставка прямоугольного профиля 3 (фиг.1а) или кольцевая вставка, имеющая профиль равнобедренного треугольника 4 (фиг.1б), или кольцевая вставка, имеющая профиль равносторонней трапеции5 (фиг.1в).

Процесс изготовления патрона: полимерный рукав, нижний торец которого заделан любым известным способом, наполовину заполняется взрывчатым веществом, устанавливается монолитная вставка из высокоплотного инертного материала, затем засыпается взрывчатое вещество. Верхние торцы патрона собираются в «чуб» и заделываются любым известным способом.

Процесс заряжания скважин и формирование колонки скважинного заряда состоит в следующем. Патроны с ВВ последовательно опускают в скважину до образования колонки скважинного заряда требуемой высоты. Патроны с ВВ перемещаются в скважине через столб воды под действием своей массы и массы вышележащих патронов. В процессе заряжания скважин в заданном месте скважинного заряда на стыке двух патронов устанавливается известным способом боевик, состоящий из промежуточного детонатора и средства инициирования. Производят забойку верхней незаряженной части скважины инертным материалом. Инициирование скважинного заряда производят общепринятым способом.

При заряжании обводненных скважин уровень воды в скважине поднимается за счет вытеснения ее водоустойчивыми патронами взрывчатого вещества с плотностью более 1000 кг/м³, а затем восстанавливается до первоначального уровня в результате фильтрации воды по трещинам горного массива.

Наличие монолитной вставки из инертного высокоплотного материала с внутренним каналом большим критического диаметра детонации заряда приводит к искусственному сужению прохода детонационной волны и продуктов взрыва, позволяет использовать эффект взаимодействия волн напряжений, возникающих при взрыве различных частей патрона и заряда. На границе взрывчатое вещество - монолитная вставка давление, плотность, скорость детонации имеют разные величины, возникают и распространяются навстречу друг другу две ударные волны от нижнего и верхнего участка патрона. При их столкновении образуются две отраженные детонационные волны, движущиеся в обратных направлениях. При столкновении ударных и детонационных отраженных волн скачкообразно повышается напряжение в окружающем массиве горных пород, что приводит к повышению интенсивности их дробления. При прохождении детонационной волны через сужающийся канал монолитной высокоплотной вставки поток продуктов детонации отражается от стенок и оснований монолитной вставки и стенок скважины и концентрируется в направлении детонации. Скорость детонации взрывчатого вещества патрона и заряда в целом повышается, стабилизируется и поддерживается на одном уровне. При этом местное давление увеличивается, задерживается отток продуктов детонации, что приводит к повышению полезного действия взрыва скважинного заряда. Потеря массы и энергии взрывчатого вещества за счет установки инертной высокоплотной вставки компенсируется повышением скорости детонации и ее поддержанием на высоком уровне в направлении детонации, увеличением давления и времени разгерметизации скважины.

Одновременно за счет встречно-направленных ударных волн происходит мгновенное сжатие воды, окружающей патронированный заряд, 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.

Пример осуществления полезной модели.

Патрон диаметром D=0,20 м формируется в двух полимерных рукавах (внутренний - полиамидный, наружный - полиэтиленовый) высотой L=0,60 м. Взрывчатое вещество - гранулит РП на основе пористой гранулированной и измельченной аммиачной селитры с плотностью _ВВ=950 кг/м³ с критическим диаметром детонации заряда взрывчатого вещества - 0,07 м.

Монолитные кольцевые вставки в виде прямоугольника, равнобедренного треугольника, равносторонней трапеции с наружным диаметром D=0,20 м (диаметр патрона); с внутренним диаметром - d=0,10 м с плотностью материала _ИН.М.=2000 кг/м³ для обеспечения средней плотности патронированного взрывчатого вещества _СР.=1050 кг/м³ будут иметь следующие высоты:

а) - высота монолитной кольцевой вставки в виде прямоугольника (Н_П):

м.

б) - высота монолитной кольцевой вставки в виде равнобедренного треугольника (Н_Т): Н_Т=0,076×2=0,152 м.

в) - принимая высоту канала (Н_К) - (одного из оснований трапеции), равной Н_К=0,05 м - (Н_К<Н_П ; 0,05<0,07), высота монолитной кольцевой вставки в виде равносторонней трапеции (Н_Р) равна: Нр=0,076×2-0,05=0,102 м.

Нижний торец рукава заваривается или собирается в «чуб», который заделывается металлической клипсой. Рукав наполовину заполняется слоем взрывчатого вещества - гранулитом РП, на который устанавливается кольцевая монолитная вставка расчетной высоты любого из профилей из бетонной смеси с плотностью 2000 кг/м³; засыпается оставшееся необходимое количество взрывчатого вещества. Затем верхний торец полимерного рукава собирается в «чуб», пережимается металлической клипсой выше уровня размещения взрывчатого вещества.

Заявленный технический результат полезной модели - повышение эффективности ведения взрывных работ - обеспечивается предлагаемой конструкцией патрона:

- монолитные вставки из высокоплотного материала обеспечивают среднюю плотность патрона взрывчатого вещества более 1000 кг/м³, что позволяет использовать их для заряжания обводненных скважин;

- кольцеобразные профилированные монолитные вставки из высокоплотного материала повышают взрывное воздействие на разрушаемую горную породу за счет использования эффекта взаимодействия волн напряжений, возникающих при взрыве;

- использование дешевых аммиачно-селитренных взрывчатых веществ, обладающих пониженной чувствительностью к механическим воздействиям, монолитных предварительно изготовленных вставок из высокоплотного монолитных предварительно изготовленных вставок из высокоплотного инертного материала позволяет изготавливать патроны взрывчатого вещества на местах ведения взрывных работ, что снижает стоимость формирования патронов со средней плотностью более 1000 кг/м³ и стоимость ведения взрывных работ.

Предлагаемые патроны диаметром 0,1-0,22 м были проверены при отбойке горных пород различной степени обводненности. Дробление породы, проработка подошвы уступа, ширина развала горной породы - в пределах нормы. Отказов и неполной детонации зарядов не зафиксировано.

Источники информации

1 Патент РФ 2280236.

2 Патент РФ 2152585.

3 Полезная модель 56993.

4 Полезная модель 80549.

5 Патент РФ 2333460.

1. Патрон взрывчатого вещества, включающий аммиачно-селитренное взрывчатое вещество и высокоплотный инертный материал, размещенные в одно- или многослойной водонепроницаемой полимерной оболочке, отличающийся тем, что он содержит в качестве высокоплотного инертного материала кольцеобразные профилированные монолитные вставки, устанавливаемые во взрывчатом веществе в средней части патрона, при этом внутренний диаметр вставки берется не менее критического диаметра детонации заряда взрывчатого вещества, а наружный принимается равным диаметру патронированного взрывчатого вещества

2. Патрон по п.1, отличающийся тем, что монолитные кольцевые вставки могут изготавливаться из бетонных или асбоцементных смесей или металла.

3. Патрон по п.1, отличающийся тем, что монолитная кольцевая вставка берется в виде прямоугольника в продольном сечении.

4. Патрон по п.1, отличающийся тем, что монолитная кольцевая вставка берется в виде равнобедренного треугольника в продольном сечении.

5. Патрон по п.1, отличающийся тем, что монолитная кольцевая вставка берется в виде равносторонней трапеции в продольном сечении.

6. Патрон по п.1, отличающийся тем, что высота монолитной кольцевой вставки в виде прямоугольника в продольном сечении (Н_П) рассчитывается по формуле

где L, D - длина и диаметр патрона, м;

d - внутренний диаметр монолитной вставки, м;

_ВВ, _СР, _ИН.М - плотность взрывчатого вещества, необходимая средняя плотность патрона взрывчатого вещества и плотность инертного материала монолитной вставки соответственно, кг/м³ .

7. Патрон по п.1, отличающийся тем, что высота монолитной кольцевой вставки в виде равнобедренного треугольника в продольном сечении (Н_Т) рассчитывается по формуле Н_Т =2Н_П.

8. Патрон по п.1, отличающийся тем, что высота монолитной кольцевой вставки в виде равносторонней трапеции в продольном сечении (Н_Р) рассчитывается по формуле Н_Р=2Н_П-Н_К, м, при Н_К <Н_П.