Заряд взрывчатого вещества для обводненных скважин
Полезная модель относится к взрывным работам скважинными зарядами и может быть использована в горнодобывающей промышленности при отбойке горных пород. Суть полезной модели: заряд из сыпучих взрывчатых веществ в обводненной скважине формируется из двух участков: нижний участок заряда - из водоустойчивого взрывчатого вещества, высота которого определяется заданной высотой водного промежутка и обводненностью скважины и рассчитывается по соотношению, приведенному в описании изобретения, а верхний участок, расположенный над водным промежутком, - из неводоустойчивого взрывчатого вещества с плотностью менее 1000 кг/м3 в полимерном рукаве диаметром больше диаметра скважины Полезная модель направлена на повышение технико-экономической эффективности ведения взрывных работ за счет снижения стоимости и повышения к.п.д. взрыва, равномерности дробления горных пород, надежности и безопасности ведения взрывных работ в обводненных условиях с использованием сыпучих неводоустойчивых взрывчатых веществ. 1 зав. п. формулы, 1 фиг.
Полезная модель относится к способу ведения взрывных работ скважинными зарядами и может быть использовано в горнодобывающей промышленности при отбойке горных пород.
Поиск рациональных конструкций зарядов при дроблении горных пород взрывом определяется как необходимостью повышения к.п.д. взрыва, так и потребностями практики взрывного дела применительно к многообразию горно-геологических условий залегания месторождений полезных ископаемых. Применение новых конструкций заряда в промышленных условиях позволяет увеличить длительность воздействия продуктов взрыва на стенки зарядной камеры и тем самым улучшить степень дробления горных пород за счет изменения внутренней газодинамики расширяющихся продуктов детонации.
Для эффективного взрывания массива горных пород в условиях обводненности были предложены заряды с водными промежутками. От степени обводненности скважин зависит место расположения водного промежутка в колонке заряда, которое определяется массой и свойствами взрывчатых веществ, составляющих заряд в обводненной скважине.
Известен скважинный заряд из взрывчатых веществ в виде отдельных участков, разделенных жидкостными промежутками, установку боевиков, средств инициирования, забойку верхней части скважины инертным материалом (1). Недостатком заряда является то, что он не учитывается реальная обводненность заряжаемых скважин, жидкостные промежутки могут создаваться искусственно путем подачи в скважину емкостей с жидкостью.
Известен заряд, когда в обводненную часть скважины засыпается водоустойчивое взрывчатое вещество, верхний участок заряда выполняется из неводоустойчивого взрывчатого вещества и отделяется от водного промежутка поплавком из легкого материала, например из пенополистирола с минимальным объемным весом (2). Недостатком данного заряда является сложность изыскания эффективного материала, конструкции и параметров поплавка, обеспечивающих непотопляемость его под действием веса колонки верхнего участка заряда и забойки.
Наиболее близким из известных технических решений к заявляемому изобретению является способ формирования заряда, когда в обводненную часть скважины засыпается водоустойчивое взрывчатое вещество, на верхнюю плоскость водного промежутка засыпается порошкообразное взрывчатое вещество, например аммонит №6ЖВ, которое создает «пробку» и фиксирует («запирает») водный промежуток, длина которого с течением времени уменьшается по мере намокания и проседания взрывчатого вещества до определенного уровня, верхний участок формируется из неводоустойчивого взрывчатого вещества игданита (3), принятый авторами за прототип. Недостатком способа-прототипа является повышенная стоимость ведения взрывных работ за счет использования порошкообразного аммонита №6ЖВ, масса которого зависит от высоты водного промежутка и времени пребывания скважины в заряженном состоянии до взрыва, возможные отказы взрыва неводоустойчивого взрывчатого вещества из-за замокания порошкообразного аммонита и последствия, связанные с их ликвидацией.
Технической задачей изобретения является повышение технико-экономической эффективности ведения взрывных работ за счет снижения стоимости и повышения к.п.д. взрыва, равномерности дробления горных пород, надежности и безопасности ведения взрывных работ в обводненных условиях с использованием неводоустойчивых взрывчатых веществ.
Техническая задача была решена разработкой способа формирования заряда из взрывчатых веществ в обводненной скважине, включающего фиксированное размещение в скважине отдельных участков взрывчатых веществ на поверхности водного промежутка, установку боевиков, средств инициирования, забойку верхней части скважины инертным материалом, в котором нижний участок заряда формируют из сыпучего гранулированного или порошкообразного водоустойчивого взрывчатого вещества, имеющего свободную межгранульную пористость (пустотность), высота которого определяется высотой заданного водного промежутка и обводненностью скважины и рассчитывается из следующего соотношения:
l=(Н-hпр.)/(l-
вв/гр), м;
где: l - высота нижнего участка заряда взрывчатого вещества, м;
Н - высота столба воды в скважине, м;
hпр. - высота водного промежутка, м;
вв, гр. - плотность взрывчатого вещества нижнего участка заряда и плотность его гранул, кг/м 3;
а верхний участок заряда размещают над водным промежутком в полимерном рукаве диаметром больше диаметра скважины из сыпучего неводоустойчивого взрывчатого вещества с плотностью менее 1000 кг/м3.
В качестве взрывчатых веществ нижнего участка заряда могут использоваться сыпучие водоустойчивые гранулированные взрывчатые вещества, например гранулотол, алюмотол, гранипор, гранитол, или порошкообразные, например гексонит, или взрывчатые вещества специального состава из гранулированных или порошкообразных частиц, например гексонит БП.
Схема заряда из взрывчатых веществ с водным промежутком приведена на фиг.1.
Обозначения:
1 - водный промежуток;
2 - нижний (обводненный) участок заряда из водоустойчивого взрывчатого вещества;
3 - верхний участок заряда из неводоустойчивого взрывчатого вещества;
4 - инертный материал забойки;
5 - полимерный рукав;
6 - скважина;
D - диаметр скважины;
l - высота нижнего участка заряда из водоустойчивого взрывчатого вещества;
lвв - высота верхнего участка заряда из неводоустойчивого взрывчатого вещества;
l з - высота забойки;
L - глубина скважины;
h пр. - высота водного промежутка.
Заряд для обводненных скважин рассчитывается по следующей схеме: в соответствии с проектом взрыва выбираются типы промышленных взрывчатых веществ (водоустойчивого и неводоустойчивого), в зависимости от обводненности скважин (высоты столба воды в скважине) и условий ведения взрывных работ, задается высота водного промежутка и по предлагаемой формуле рассчитывают высоту нижнего участка заряда. Высота колонки скважинного заряда, высота забойки задается в зависимости от типа взрываемых пород и технических требований к взорванной породе.
Заряды формируют в процессе раздельного заряжания скважин. Водоустойчивое взрывчатое вещество загружается в скважину на полное ее сечение.
Вытесненная вода скважины образует над верхним торцом нижнего заряда водный промежуток. При использовании гранулированных взрывчатых веществ часть воды скважины расходуется на заполнение пустот между гранулами взрывчатого вещества. Верхний участок заряда взрывчатого вещества формируется в полимерном рукаве также в процессе заряжания скважин. Нижний торец рукава размещают на поверхности водного промежутка и заполняют взрывчатым веществом с плотностью меньше 1000 кг/м3 на все сечение скважины в направлении снизу вверх. Полимерный рукав за счет бокового распора и сил трения прижимается к стенкам скважины. При этом исключается продольное перемещение полимерного рукава в скважине и тем самым предотвращаются прорывы полимерного рукава и сохраняется гидроизоляция находящегося в нем неводоустойчивого взрывчатого вещества. Верхний участок заряда сохраняет свое первоначальное положение и удерживается на плаву («запирает» водный промежуток) за счет использования в качестве наполнителя полимерного рукава верхнего участка заряда взрывчатых веществ с плотностью меньше плотности воды и плотного контакта полимерного рукава и стенок скважины. Формирование скважинного заряда по предлагаемому способу не требует предварительного осушения мало- и среднеобводненных скважин.
Водный промежуток, создаваемый в заряде, позволяет рассредоточить заряд на две части и использовать эффект интерференции волн напряжений, генерируемых при взрыве различных частей заряда. При взрыве заряда с водным промежутком по воде распространяется ударная волна, потери энергии в которой при ее движении минимальны. На границе раздела двух сред «вода - продукты взрыва» от разных взрывчатых веществ давление, плотность, скорость имеют разные величины. По водному промежутку распространяются две ударные волны от нижнего и верхнего участков заряда, движущиеся навстречу друг другу, при столкновении которых образуются две отраженные детонационные волны, движущиеся в обратных направлениях. Местное повышение давления в области водного промежутка приводит к своеобразному гидравлическому удару. На стыке взаимодействия волн разрежения в осевом и радиальном направлениях образуются области кавитации, которые ограничивают перемещение воды в осевом направлении. За счет ударной волны продуктов детонации взрывчатых веществ создается гидропоток от водного промежутка. За счет встречно-направленных ударных волн происходит мгновенное сжатие водного промежутка с одновременным повышением плотности и температуры воды. В результате этого вода переходит в парогазообразное состояние (парогаз) и, расширяясь, действует своим парциальным давлением на прилегающие к ней стенки
скважины. Парогаз за счет высокого парциального давления, эффекта расклинивания проникает в трещины породного массива и тем самым достигается более интенсивное дробление горной породы.
В заявляемом заряде при использовании водного промежутка реализуется эффект пылеподавления за счет смачивания пылевидных частиц взорванной породы конденсатом парогаза, их коагуляция и гравиметрическое осаждение на более ранней стадии разлета взорванной горной породы. Пылевое облако с большим количеством мелких утяжеленных парогазом пылевидных частиц горной породы выпадает над местом ведения взрывных работ и не загрязняет окружающую территорию.
Вода нейтрализует токсичные газы, образующиеся при взрыве взрывчатого вещества с отрицательным кислородным балансом. Оксиды азота и углерода взаимодействуют с водой с образованием жидкой фазы, которая также осаждается над местом взрыва, предотвращая распространение токсичных продуктов в виде газообразных облаков и выпадения кислотных дождей за границей опасной зоны при взрыве.
При использовании водного промежутка и металлсодержащего взрывчатого вещества в химическом взаимодействии металла (алюминия и др.) принимает участие вода водного промежутка, которая выступает по отношению к металлу как окислитель.
Применение зарядов, состоящих из взрывчатых веществ с различными энергетическими характеристиками, является эффективным, т.к. позволяет обеспечивать рациональный расход различных по своим свойствам и стоимости взрывчатых веществ и оптимизировать затраты на взрывные работы. Увеличение эффективности дробления горных пород достигается за счет многократного воздействия продуктов взрыва на разрушаемый массив горных пород, увеличения времени их активного воздействия на стенки скважины по высоте разрушаемого уступа до разгерметизации скважины. При этом максимальное увеличение времени действия импульса взрыва наблюдается в нижней части уступа, т.е. на участке наиболее энергоемком по разрушению.
Пример осуществления предлагаемой полезной модели (на основе фиг.1).
Скважинный заряд диаметром 160 мм при глубине скважины L=10 м, уровне обводненности Н=3 м, высоте водного промежутка hпр.=2 м формируется из водоустойчивого взрывчатого вещества, например гранулотола ГОСТ 25857-83 (плотность вв=950 кг/м3 , плотность гранул гр.=1500 кг/м3 ) и неводоустойчивого взрывчатого вещества, например гранулита РП с плотностью 800 кг/м3.
Высота нижнего участка заряда, рассчитанная по предлагаемому соотношению, составляет.
l=(Н-hпр.)/(l-вв/гр)=(3-2)/(l-950/1500)=2,7 м;
Полимерный рукав опускают до поверхности водного промежутка и заполняют гранулитом РП. Над водным промежутком размещают в полимерном рукаве неводоустойчивый гранулит РП с высотой колонки 2,3 м (в соответствии с проектом взрыва). Оставшаяся свободная часть полимерного рукава заполняется инертной забойкой длиной 3,0 м. По мере заполнения полимерного рукава диаметром больше диаметра скважины взрывчатым веществом и инертной забойкой полимерный рукав расправляется на все поперечное сечение скважины и удерживается на верхней плоскости водного промежутка за счет сил сцепления со стенками скважины.
Установка боевиков, средств инициирования, забойка скважин и инициирование зарядов осуществлялось общепринятым в производственной практике способом.
Техническим результатом полезной модели и преимуществами предлагаемого заряда из взрывчатых веществ в обводненной скважине являются:
- снижение стоимости ведения взрывных работ за счет снижения расходов на осушение скважин; частичной замены дорогостоящих водоустойчивых взрывчатых веществ на более дешевые неводоустойчивые взрывчатые вещества;
- расширение области использования рассредоточенных зарядов - в скважинах разной степени обводненности;
- повышение кпд взрыва за счет образующихся областей кавитации в осевом и радиальном направлениях, расклинивающего эффекта, более поздней разгерметизации скважин при взрыве за счет запирающего эффекта, создаваемого водным промежутком;
- повышение равномерности дробления горной породы за счет снижения максимального давления и температуры продуктов взрыва, увеличения средневзвешенного давления и времени действия продуктов взрыва на горный массив;
- повышение экологической чистоты ведения буровзрывных работ за счет нейтрализации токсичных газов продуктов взрыва, подавления образующейся пыли при разрушении горной породы, ограничения размеров пылегазового облака в пределах опасной зоны взрыва;
Предлагаемый заряд был проверен на скважинах различных диаметров и степени обводненности, в породах различной крепости.
Ведение буровзрывных работ с использованием предлагаемого заряда из водоустойчивых и неводоустойчивых взрывчатых веществ, разделенных водным
промежутком, позволило снизить стоимость ведения взрывных работ за счет снижения затрат на осушение скважин, повысить равномерность и интенсивность дробления горной породы за счет повышения выхода кондиционных и снижения негабаритных фракций на 12-15%, увеличить выход горной массы с 1 п.м скважины на 4-5%, улучшить проработку подошвы уступа, что позволило повысить производительность погрузочно-транспортного и дробильно-сортировочного оборудования; улучшить экологическую обстановку в районе проведения массовых взрывов, сократив время рассеивания в атмосфере пылегазового облака.
Источники информации:
1 Патент РФ №2260770.
2 Юматов Б.П., Шебаршов А.А., Власов.В.М. «Экспериментальные исследования конструкции «плавающего заряда», сб. «Взрывное дело», №74/31 М., Недра, 1974.
3 Ковтун И.Н., Воробьев В.Д., Дауетас А.А., Дуганов Б.Г. «Влияние водных промежутков в скважинных зарядах с применением игданита на качество дробления известняка», сб. «Взрывное дело», №81/38, М., «Недра», 1979.
1. Заряд взрывчатого вещества для обводненных скважин, включающий фиксированное размещение в скважине отдельных участков взрывчатых веществ на поверхности водного промежутка, установку боевиков, средств инициирования, забойку верхней части скважины инертным материалом, отличающийся тем, что нижний участок заряда формируют из водоустойчивого взрывчатого вещества, высота которого определяется заданной высотой водного промежутка и обводненностью скважины и рассчитывается из следующего соотношения:
l=(Н-h пр.)/(l-вв/гр), м,
где l - высота нижнего участка заряда взрывчатого вещества, м;
Н - высота столба воды в скважине, м;
hпр. - высота водного промежутка, м;
вв, гр. - плотность взрывчатого вещества нижнего участка заряда и плотность его гранул, кг/м 3,
а верхний участок заряда размещают над водным промежутком в полимерном рукаве диаметром больше диаметра скважины из неводоустойчивого взрывчатого вещества с плотностью менее 1000 кг/м3.
2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что в качестве взрывчатого вещества нижнего участка заряда используют водоустойчивые сыпучие гранулированные или порошкообразные взрывчатые вещества, имеющие свободную межгранульную пористость (пустотность).
