Скважинный заряд взрывчатого вещества

Полезная модель относится к конструкции скважинного заряда и может быть использована в горнодобывающей промышленности при отбойке обводненных горных пород.

Сущность полезной модели: колонка скважинного заряда плотностью более 1000 кг/м³ состоит из патронов взрывчатого вещества основного заряда, патронов промежуточного детонатора, патронов с прочным монолитным кольцом и высокоплотного инертного материала, канал которого заполнен взрывчатым веществом, в индивидуальных водонепроницаемых полимерных оболочках, имеющих равные наружные диаметры. Патроны установлены вплотную друг на друга по высоте скважины. Параметры патронов принимаются или рассчитываются в соответствии с описанием полезной модели.

1 фиг., 1 зав.п. формулы.

Полезная модель относится к конструкции скважинного заряда и может быть использована в горнодобывающей промышленности при отбойке обводненных горных пород.

Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества из-за доступности и относительно небольшой стоимости сырья являются самыми дешевыми источниками энергии взрыва. Они имеют широкий спектр детонационных и энергетических характеристик, обладают низкой чувствительностью к механическим воздействиям и могут изготавливаться на местах ведения взрывных работ.

Основным недостатком аммиачно-селитренных взрывчатых веществ является низкая водоустойчивость. Одним из возможных путей решения проблемы заряжания обводненных скважин неводоустойчивыми ВВ на открытых горных работах является гидроизоляция зарядов ВВ различными водонепроницаемыми оболочками. Аммиачно-селитренные ВВ имеют плотность менее 1000 кг/м³ (меньше плотности воды), поэтому патроны из них обладают низкой водопотопляемостью при погружении их в обводненную скважину. Разработка рациональных конструкций скважинных зарядов, которые могли бы применяться при заряжании обводненных скважин, является весьма актуальной задачей в области взрывного разрушения обводненных горных пород.

Известны скважинные заряды, состоящие

- из гранулированных водоустойчивых взрывчатых веществ с плотностью более 1000 кг/м³ (гранулотол, алюмотол и др.) в нижней обводненной части скважины и неводоустойчивых аммиачно-селитренных взрывчатых веществ с плотностью менее 1000 кг/м³ в верхней сухой части скважины;

- из гранулированных водоустойчивых взрывчатых веществ, загружаемых на высоту столба воды или ниже его, воздушного промежутка или слоя инертного низкоплотного сыпучего материала с низкой водопроницаемостью, устанавливаемого на слое взрывчатого вещества или зеркале вытесненной воды, и россыпного неводоустойчивого аммиачно-селитренного взрывчатого вещества в верхней сухой части скважины;

- из патронов аммиачно-селитренных взрывчатых веществ, имеющих плотность менее 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;

- из патронов в полимерной водонепроницаемой оболочке, содержащих слои аммиачно-селитренного взрывчатого вещества и высокоплотного рассыпного инертного наполнителя, имеющих среднюю плотность более 1000 кг/м³ (1-8).

Основным недостатком этих зарядов является большой расход дорогостоящих водоустойчивых взрывчатых веществ из-за необходимости заполнения ими обводненной части скважины до полного совмещения уровня воды и взрывчатого вещества, и/или трудоемкость формирования колонки скважинного заряда, и/или повышенный расход средств первичного инициирования.

Наиболее близким из известных технических решений к заявляемой полезной модели является скважинный заряд взрывчатого вещества, включающий забойку из инертного материала, первичное средство инициирования и длинномерные патроны в водонепроницаемой полимерной оболочке, состоящие из основных зарядов из сыпучего аммиачно-селитренного взрывчатого вещества с плотностью менее 1000 кг/м³, промежуточных детонаторов, взрывчатое вещество которого чувствительно к импульсу первичного средства инициирования и способно вызвать детонацию взрывчатого вещества основного заряда, и высокоплотный инертный наполнитель в водонепроницаемой полимерной оболочке, размещаемый в нижней части длинномерного патрона (9), принятый авторами в качестве прототипа.

Недостатком скважинного заряда-прототипа является высокая трудоемкость формирования длинномерного патрона взрывчатого вещества, состоящего из нескольких слоев разных взрывчатых веществ, опускания длинных патронов в обводненную скважину, сложность и трудоемкость монтажа внутрискважинной взрывной линии.

Технической задачей создания полезной модели являлось повышение эффективности ведения буровзрывных работ за счет снижения трудоемкости формирования скважинного заряда, увеличения кпд взрыва и обеспечения безотказности работы скважинного заряда, снижения расхода средств инициирования, расширения области использования аммиачно-селитренных взрывчатых веществ.

Техническая задача была решена разработкой скважинного заряда взрывчатого вещества, включающего забойку из инертного материала, первичное средство инициирования и длинномерные патроны в полимерной оболочке, содержащие основные заряды из сыпучего аммиачно-селитренного взрывчатого вещества с плотностью менее 1000 кг/м3, промежуточные детонаторы из порошкообразного аммиачно-селитренного взрывчатого вещества, чувствительного к импульсу первичного средства инициирования и способного вызвать детонацию взрывчатого вещества основного заряда, и высокоплотный инертный материал в водонепроницаемой полимерной оболочке, размещенный в нижней части длинномерного патрона, в котором взрывчатое вещество основного заряда, промежуточного детонатора размещены в виде патронов в индивидуальных водонепроницаемых полимерных оболочках, высокоплотный инертный материал, представляющий собой прочное монолитное кольцо, имеющее наружный диаметр равный диаметру патрона взрывчатых веществ скважинного заряда, внутренний диаметр d не менее ; высоту H, равную

размещено в водонепроницаемой полимерной оболочке, канал которого заполнен порошкообразным взрывчатым веществом со скоростью детонации не менее скорости детонации взрывчатого вещества основного заряда в скважине, патроны основного заряда взрывчатого вещества, промежуточного детонатора и прочного монолитного кольца, имеющие равные наружные диаметры, устанавливаются вплотную друг на друга по высоте скважины в порядке, принятым проектом взрывных работ;

где:

- d_КР.ВВ, d_КР - критический диаметр детонации взрывчатого вещества основного заряда и порошкообразного ВВ внутри канала прочного монолитного кольца и промежуточного детонатора соответственно, м;

- D_ВВ, D - скорость детонации в критическом диаметре ВВ основного заряда, порошкообразного ВВ внутри канала прочного монолитного кольца и промежуточного детонатора соответственно, м/с;

- d_ВВ - наружный диаметр патронов основного заряда, промежуточного детонатора, прочного монолитного кольца в водонепроницаемых полимерных оболочках, м

- d - внутренний диаметр прочного монолитного кольца, м;

- L, Н -длина скважинного заряда и высота прочного монолитного кольца из высокоплотного материала соответственно, м;

- _СР, _ВВ, _Д, _ИН - средняя плотность скважинного заряда, плотность взрывчатого вещества основного заряда, плотность взрывчатого вещества промежуточного детонатора и в канале прочного монолитного кольца, плотность высокоплотного материала прочного монолитного кольца соответственно, кг/м3;

- n - количество прочных монолитных колец в скважинном заряде, шт.

Высота патрона промежуточного детонатора в полимерной оболочке берется не менее критического диаметра детонации взрывчатого вещества.

Количество патронов т основного заряда равно: ,

где

- k - количество патронов промежуточного детонатора, шт.;

- H_Д - высота патрона промежуточного детонатора, м;

- H_П - высота патрона основного взрывчатого вещества, м.

В качестве ВВ основного заряда используются гранулированные ВВ на основе аммиачной селитры с разными плотностями и скоростями детонации, детонирующие от импульса ВВ промежуточного детонатора.

Промежуточный детонатор выполняется из сыпучего порошкообразного ВВ на основе измельченной пористой аммиачной селитры, чувствительного к импульсу первичного средства инициирования.

Канал прочного монолитного кольца заполняется порошкообразным взрывчатым веществом.

В качестве первичных средств инициирования используется детонирующий шнур или неэлектрические детонаторы мгновенного или замедленного действия с ударно-волновой трубкой.

В качестве материала полимерной оболочки используется одно- или многослойные полиамидные или полиэтиленовые, или полипропиленовые рукава, оба торца которых могут быть собраны в «чуб» и заклипсованы, или один из торцов рукава может быть заварен, а второй - собран в «чуб» и заклипсован. При использовании двух полимерных оболочек оба торца наружного рукава могут быть заварены.

Прочные монолитные кольца могут изготавливаться из бетонных, песчаноцементных или асбоцементных смесей или металла.

Отличительной особенностью заявляемого скважинного заряда взрывчатого вещества является:

- колонка скважинного заряда содержит патроны в водонепроницаемой полимерной оболочке с прочным монолитным кольцом, канал которого заполнен взрывчатым веществом;

- колонка скважинного заряда сформирована из патронов основного заряда, промежуточного детонатора и патронов с прочным монолитным кольцом в индивидуальных полимерных оболочках, имеющих одинаковые наружные диаметры, вплотную установленных друг на друга по высоте скважины.

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

Предлагаемая полезная модель скважинного заряда взрывчатого вещества поясняется фиг.1, представляющей схему размещения патронов в скважине.

Обозначения:

1 - скважина,

2 - забойка из инертного материала,

3 - полимерные оболочки патронов,

4 - патрон основного заряда взрывчатого вещества,

5 - патрон промежуточного детонатора,

6 - патрон с прочным монолитным кольцом,

7 - прочное монолитное кольцо,

8 - канал прочного монолитного кольца,

9 - взрывчатое вещество основного заряда,

10 - взрывчатое вещество промежуточного детонатора;

11 - взрывчатое вещество канала прочного монолитного кольца;

12 - вода,

13 - средство инициирования,

L, Н _П, Н, Н_Д - высота скважинного заряда взрывчатого вещества, патрона основного заряда взрывчатого вещества, патрона прочного монолитного кольца, патрона промежуточного детонатора, м;

d_ВВ - наружный диаметр патрона прочного монолитного кольца, патрона основного заряда взрывчатого вещества, патрона промежуточного детонатора, м,

d - внутренний диаметр прочного монолитного кольца.

Скважинный заряд взрывчатого вещества состоит из патронов 4 основного заряда в полимерной оболочке 3, патронов 5 промежуточного детонатора в полимерной оболочке 3 из аммиачно-селитренного взрывчатого вещества 9, 10 с плотностью менее 1000 кг/м³ и патронов 6 с прочным монолитным кольцом 7 из высокоплотного инертного материала в полимерной оболочке 3, канал 8 которого заполнен взрывчатым веществом 11. Взрывчатые вещества 10, 11 промежуточного детонатора 5 и патрона 6 с прочным монолитным кольцом 7 чувствительно к импульсу первичного средства инициирования (детонирующему шнуру, неэлектрическому детонатору) и способно возбудить детонацию взрывчатого вещества 9 основного заряда 4. Патроны 4, 5, 6, составляющие скважинный заряд взрывчатого вещества, имеют одинаковые наружные диаметры d_ВВ, плотно устанавливаются друг на друга по высоте скважины 1. Скважинный заряд имеет среднюю плотность более 1000 кг/м³, а канал, заполненный порошкообразным взрывчатым веществом, обеспечивает непрерывность колонки скважинного заряда, способствует обеспечению надежной передачи детонации от патрона к патрону. Патроны основного заряда взрывчатого вещества имеют одинаковую высоту Н_П. Патроны промежуточного детонатора принимаются высотой Н_Д не менее критического диаметра детонации заряда взрывчатого вещества. Количество патронов основного заряда определяется расчетом по вышеприведенной формуле. Количество патронов промежуточного детонатора, патронов с прочным монолитным кольцом и порядок расположения патронов в скважине принимается в соответствии с проектом взрыва. Использование патронов в индивидуальных полимерных оболочках упрощает заряжание обводненных скважин. Равенство наружных диаметров всех патронов обеспечивает плотное прилегание торцов патронов друг к другу, заполнение канала прочного монолитного кольца взрывчатым веществом обеспечивает непрерывность детонационной волны, что предотвращает затухание детонации скважинного заряда.

Патроны для формирования скважинного заряда могут изготавливаться как на местах ведения взрывных работ на горных предприятиях, имеющих пункты производства промышленных взрывчатых веществ, так и в условиях специализированных заводов-изготовителей взрывчатых веществ.

Процесс заряжания скважин и формирование колонки скважинного заряда.

Патроны в соответствии с проектом ведения взрывных работ на карьере последовательно опускаются в скважину. Патроны перемещаются в скважине через столб воды под действием своей массы, массы вышележащих патронов и массы патрона с прочным монолитным кольцом с плотностью более 1000 кг/м³. Патрон с прочным монолитным кольцом препятствует всплытию патронов с взрывчатым веществом в период заряжания скважин и их нахождения в скважине до взрыва. В процессе заряжания скважин устанавливается известным способом средства инициирования 12 на патроне промежуточного детонатора 5. Производят забойку верхней незаряженной части скважины инертным материалом 2.

Принцип действия скважинного заряда.

После срабатывания первичного средства инициирования от его импульса возбуждается детонация промежуточного детонатора. Взрывчатое вещество промежуточного детонатора вызывает детонацию взрывчатого вещества основного заряда и канала прочного монолитного кольца. Канал прочного монолитного кольца приводит к искусственному сужению прохода детонационной волны и продуктов взрыва, образующихся при детонации взрывчатого вещества основного заряда. Взрывчатое вещество прочного монолитного кольца детонирует с повышенной скоростью детонации и способствует возбуждению и поддержанию детонации основного заряда, с более высокой скоростью. Химическое превращение взрывчатого вещества завершается за более короткий промежуток времени и носит более полный характер, что повышает кпд и мощность взрыва. Скважинные заряды, сформированные чередованием патронов из взрывчатых веществ, отличающихся скоростью детонации и плотностью, позволяют дифференцированно распределять энергию взрыва по высоте разрушаемого уступа, что создает возможность управления полем напряжений в массиве, процессом дробления и перемещения горных пород. Предлагаемый скважинный заряд работает в пульсирующем режиме, создавая в окружающей горной породе многократные импульсы механических напряжений, тем самым повышается эффективность дробления взрываемой породы.

Полнота детонации скважинного заряда не зависит от количества патронов (количества стыков между патронами), так как колонка заряда не имеет разрыва взрывчатого вещества по ее высоте, все патроны по всей поверхности торцов плотно соприкасаются друг с другом. При прохождении детонационной волны через сужающийся канал прочного монолитного кольца поток продуктов детонации отражается от стенок и оснований его 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 из скважины, что приводит к повышению полезного действия взрыва скважинного заряда.

Одновременно за счет встречно-направленных ударных волн происходит мгновенное сжатие воды кольцевого водного зазора, окружающего патронированный скважинный 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.

Потеря массы и энергии взрывчатого вещества за счет установки инертного высокоплотного кольца компенсируется повышением скорости детонации заряда и ее поддержания на более высоком уровне в направлении детонации, увеличением давления и времени разгерметизации скважины.

Пример использования предлагаемого скважинного заряда.

Скважинный заряд высотой L=10 м, диаметром d _ВВ=0,2 м выполнен из патронов высотой Н_П=0,64 м из аммиачно-селитренного взрывчатого вещества с плотностью _ВВ=920 кг/м³, критическим диаметром детонации взрывчатого вещества d_КР.ВВ=0,06 м, скоростью детонации D_ВВ=2200 м/с. Критический диаметр детонации аммиачно-селитренного порошкообразного взрывчатого вещества в канале прочного монолитного кольца равен d_кр=0,02 м, скорости детонации D=2000 м/с. Плотность взрывчатого вещества промежуточного детонатора и канала прочного монолитного кольца _Д=850 кг/м³. Скважинный заряд формируется из двух патронов промежуточного детонатора, трех патронов с кольцом из бетонной смеси плотностью _ИН.=1800 кг/м³ с наружным диаметром d_ВВ=0,2 м (диаметр патрона), с внутренним диаметром d, равным не менее м. Среднюю плотность скважинного заряда принимаем равной _СР=1050 кг/м³. Высота Н прочного монолитного кольца (патрона с прочным монолитным кольцом) равна:

м. Количество патронов m основного заряда: .

В соответствии с проектом взрыва колонка скважинного заряда формируется из вышеназванных патронов в индивидуальных полимерных оболочках в следующей последовательности (от дна скважины): два патрона основного заряда - патрон с прочным монолитным кольцом, канал которого заполнен взрывчатым веществом, в водонепроницаемой полимерной оболочке - два патрона основного заряда - патрон промежуточного детонатора - два патрона основного заряда - патрон с прочным монолитным кольцом, канал которого заполнен взрывчатым веществом, в водонепроницаемой полимерной оболочке - два патрона основного заряда - патрон промежуточного детонатора - два патрона основного заряда - патрон с прочным монолитным кольцом, канал которого заполнен взрывчатым веществом, в водонепроницаемой полимерной оболочке - два патрона основного заряда - забойка из инертного сыпучего материала. Первичное средство инициирования размещается в виде двух-четырех витков детонирующего шнура на патроне промежуточного детонатора.

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

- надежность передачи детонационного импульса между патронами, полнота детонации скважинного заряда обеспечивается плотным соприкосновением торцов патронов при равенстве диаметров патронов основного заряда, промежуточного детонатора, патрона с прочным монолитным кольцом с взрывчатым веществом в его канале; концентрации детонационной волны и продуктов детонации в направлении детонации;

- повышение кпд взрыва за счет пульсирующего режима детонации взрывчатых веществ основного заряда, промежуточного детонатора и канала прочного монолитного кольца, взаимодействия волн напряжений возникающих при взрыве взрывчатых веществ, составляющих колонку скважинного заряда;

- снижение стоимости ведения взрывных работ за счет снижения трудоемкости изготовления патронов, сокращения времени заряжания скважин патронами в индивидуальных полимерных оболочках меньшей длины, использования полимерных рукавов одинаковых диаметров для изготовления патронов основного заряда, промежуточного детонатора, прочного монолитного кольца;

- расширение ассортимента и области применения неводоустойчивых аммиачно-селитренных взрывчатых веществ.

Выполненная в производственных условиях проверка заявляемого скважинного заряда взрывчатого вещества показала его безотказную и надежную работу при дроблении горных пород в сухих, предварительно осушенных, частично и полностью обводненных скважинах диаметром 0,12-0,25 м, глубиной до 20 м.

Ведение буровзрывных работ предлагаемыми скважинными зарядами позволило повысить равномерность дробления горной породы за счет снижения в основном выхода негабаритной (крупнокусковой) фракции, улучшить проработку подошвы уступа, что позволило повысить производительность погрузочно-транспортного и дробильно-сортировочного оборудования и снизить затраты на буровзрывные работы.

В процессе проведения взрывов отказов и аномальной работы предлагаемого скважинного заряда не зафиксировано.

Источники информации

1. Патент РФ 2260770,

2. Патент РФ 2205168,

3. Патент РФ 2310158

4. Патент РФ 2314486

5. Полезная модель 102782

6. Патент РФ 2224975

7. Патент РФ 2333460

8. Полезная модель 116996

9. Полезная модель 80549

1. Скважинный заряд взрывчатого вещества, включающий забойку из инертного материала, первичное средство инициирования и длинномерные патроны в полимерной оболочке, содержащие основные заряды из сыпучего аммиачно-селитренного взрывчатого вещества с плотностью менее 1000 кг/м³, промежуточные детонаторы из порошкообразного аммиачно-селитренного взрывчатого вещества, чувствительного к импульсу первичного средства инициирования и способного вызвать детонацию взрывчатого вещества основного заряда, и высокоплотный инертный материал в водонепроницаемой полимерной оболочке, размещенный в нижней части длинномерного патрона, отличающийся тем, что взрывчатое вещество основного заряда промежуточного детонатора размещено в виде патронов в индивидуальных водонепроницаемых полимерных оболочках, высокоплотный инертный материал, представляет собой прочное монолитное кольцо, имеющее наружный диаметр, равный диаметру патрона взрывчатых веществ скважинного заряда, внутренний диаметр d не менее

высоту Н, равную ,

размещено в водонепроницаемой полимерной оболочке, канал которого заполнен порошкообразным взрывчатым веществом со скоростью детонации не менее скорости детонации взрывчатого вещества основного заряда в скважине, патроны основного заряда взрывчатого вещества, промежуточного детонатора и прочного монолитного кольца, имеющие равные наружные диаметры, устанавливаются вплотную друг на друга по высоте скважины в порядке, принятым проектом взрывных работ;

где d_КР.ВВ, d_КР - критический диаметр детонации взрывчатого вещества основного заряда, порошкообразного ВВ внутри канала прочного монолитного кольца соответственно, м;

D_ВВ, D - скорость детонации в критическом диаметре ВВ основного заряда и порошкообразного ВВ внутри канала прочного монолитного кольца и промежуточного детонатора соответственно, м/с;

d_ВВ - наружный диаметр патрона с прочным монолитным кольцом, патрона основного заряда взрывчатого вещества, патрона промежуточного детонатора, м;

d - внутренний диаметр прочного монолитного кольца, м;

L, H - длина скважинного заряда, высота прочного монолитного кольца из высокоплотного материала соответственно, м;

_СР, _ВВ, _Д, _ИН - средняя плотность скважинного заряда, плотность взрывчатого вещества основного заряда, плотность взрывчатого вещества промежуточного детонатора и в канале прочного монолитного кольца, плотность высокоплотного материала прочного монолитного кольца соответственно, кг/м³;

n - количество патронов с прочным монолитным кольцом в скважинном заряде, шт.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что количество патронов m основного заряда берется равным

где k - количество патронов промежуточного детонатора, шт.;

Н_П - высота патрона основного взрывчатого вещества, м;

Н_Д - высота патрона промежуточного детонатора, м.