СПОСОБ ЗАРЯЖАНИЯ ОБВОДНЕННЫХ ВОСХОДЯЩИХ СКВАЖИН
METHOD FOR LOADING WATERED RISING WELLS

Изобретение относится к способам заряжания восходящих скважин неводостойкими взрывчатыми веществами (ВВ) пневматическим способом в условиях подземных горнодобывающих предприятий.
Месторождения полезных ископаемых, разрабатываемых подземным способом, различаются горно-геологическим строением, горнотехническими условиями, обводненностью пород. Наибольшее применение при подземной отбойке горных пород и руд скважинными и шпуровыми зарядами получили аммиачно-селитренные взрывчатые вещества.
Повышение плотности заряжания ВВ является одним из основных факторов, обуславливающих возможность заряжания восходящих шпуров и скважин пневматическим способом. С увеличением плотности заряжания ВВ увеличиваются силы сцепления и внутреннего трения, распор между частицами взрывчатого вещества и стенкой шпура или скважины. Плотность аммиачно-селитренных взрывчатых веществ можно увеличить путем введения воды или насыщенных растворов аммиачной селитры в процессе пневмозаряжания скважин.
При формировании зарядов взрывчатых веществ в восходящих скважинах применение сыпучих гранулированных взрывчатых веществ по сравнению с патронированными того же состава предпочтительнее, так как это приводит к уменьшению объема буровых работ и снижению затрат на них за счет лучшего заполнения зарядной полости, повышения запаса энергии взрывчатого вещества в ней.
Гранулированные ВВ на основе аммиачной селитры, применяемые при пневматическом заряжании шпуров и скважин, относятся к неводоустойчивым взрывчатым веществам, и поэтому их область применения ограничивается сухими забоями. В восходящих шпурах и скважинах даже с незначительным водопритоком заряд гранулированного аммиачно-селитренного взрывчатого вещества за время заряжания забоя и монтажа взрывной сети полностью вымывается по трещинам, теряя при этом способность к детонации. Водонасыщение заряда взрывчатого вещества происходит тем быстрее, чем выше водоприток и ниже плотность заряжания.
Известен способ заряжания восходящих скважин аммиачно-селитренными ВВ в виде отдельных патронов, плотно прилегающих друг к другу и удерживаемых в скважине парашютами, под которыми устанавливают самозаклинивающиеся забойки. Обычно применяют два боевика - в верхней и нижней частях заряда (1).
Известен способ заряжания восходящих скважин, в котором монтаж заряда осуществляется возле заряжаемой скважины. Для этого вдоль выработки прокладывается полиэтиленовый рукав длиной, равной длине заряда. В конец рукава помещается направляющая головка. Затем в рукав помещаются патроны вплотную друг к другу. Концы и середину каждого патрона крепят медной проволокой к несущему канату. В пазы направляющей деревянной головки накладываются две самозатягивающиеся петли каната. Изготовленный таким образом заряд (без патрона-боевика) затягивается в скважину с помощью пневмолебедки, не доходя до забоя скважины 1-2 м. Затем готовится патрон-боевик, представляющий собой металлическую гильзу, заполненную насыпным ВВ с двумя электродетонаторами. Патрон-боевик вместе с хвостовой головкой помещается в рукав вплотную к последнему патрону. На радиальные пазы хвостовой головки накидываются петли каната, заряд с патроном-боевиком доставляется в скважину до требуемой отметки. Затем осуществляется формирование забойки в скважине (2). Недостатком указанных способов заряжания является высокая трудоемкость сборки шпурового или скважинного заряда, так как он формируется из отдельных патронов небольшой массы и длины; применение таких зарядов, состоящих из патронов, для заряжания глубоких восходящих шпуров и скважин экономически нецелесообразно и практически трудноосуществимо.
Известен способ заряжания нисходящих заполненных водой скважин неводостойкими аммиачно-селитренными взрывчатыми веществами. Для заряжания скважин используют полимерный рукав, на герметизированном конце которого закрепляют груз с фиксирующим приспособлением, опускают рукав в скважину и фиксируют его у дна скважины, после чего подают в рукав ВВ (3), принятый авторами в качестве прототипа. Недостатком способа-прототипа является низкая плотность заряжания, так как диаметр полимерного рукава меньше диаметра скважины.
Технической задачей создания изобретения являлось повышение эффективности ведения взрывных работ за счет повышения заполняемости скважины, повышения энергии взрыва, снижения стоимости заряжания.
Задача была решена путем разработки способа заряжания обводненных восходящих скважин, включающего подачу и фиксацию полимерной оболочки в скважине и подачу ВВ, в котором стопорный элемент диаметром больше диаметра скважины выполняется в виде упругого диска или упругих пластин, диаметр описанной окружности которых больше диаметра скважины, прочно скрепляется с «чубом» водонепроницаемого полимерного рукава диаметром больше диаметра скважины и длиной не менее глубины скважины; зарядный шланг со средством взрывания на его конце вставляется внутрь водонепроницаемого полимерного рукава; подготовленная таким образом сборка доставляется к забою скважины и фиксируется стопорным элементом; взрывчатое вещество подается от забоя скважины по зарядному шлангу пневматическим способом.
Незаполненная взрывчатым веществом часть водонепроницаемого полимерного рукава используется в качестве забойки скважины, ниже которой может устанавливаться еще один стопорный элемент для более надежного удерживания патронированного заряда в восходящей скважине при большом водопритоке горной породы.
Стопорный элемент может быть выполнен в виде диска с радиальными разрезами.
Стопорный элемент может быть выполнен с отверстием посередине, с помощью которого он прочно скрепляется с одним из торцов водонепроницаемого полимерного рукава.
Предлагаемым способом могут заряжаться шпуры.
В качестве взрывчатых веществ используются сыпучие взрывчатые вещества на основе гранулированной аммиачной селитры.
В процессе заряжания в состав ВВ вводится до 5 мас.% воды.
Изобретение иллюстрируется фиг.1-2.
Фиг.1 - схема заряда взрывчатого вещества в восходящей скважине.
Фиг.2 - схема заряда взрывчатого вещества в восходящей скважине с забойкой и дополнительным стопорным элементом.
Обозначения:
1 - восходящая скважина (шпур);
2 - полимерный рукав;
3 - стопорный элемент;
4 - «чуб» полимерного рукава;
5 - средства заделки «чуба» полимерного рукава;
6 - взрывчатое вещество;
7 - промежуточный детонатор;
8 - детонирующий шнур или ударно-волновая трубка неэлектрической системы инициирования;
9 - забойка из водонепроницаемого полимерного рукава;
d - диаметр скважины, мм;
p
D- диаметр полимерного рукава, мм.
Заряжание скважин производится следующим образом. Предварительно производится монтаж водонепроницаемого полимерного рукава со стопорным элементом, зарядным шлангом и средством взрывания и его фиксация у забоя скважины. Для этого торец водонепроницаемого полимерного рукава 2 собирается в «чуб» 4, который прочно закрепляется на упругом стопорном элементе 3 и герметично заделывается любым известным способом, например металлической или полимерной клипсой 5. Полимерный рукав берется диаметром больше диаметра скважины, длиной не менее глубины скважины. Количество пластин стопорного элемента берется не менее двух. Они размещаются под углом друг к другу. Диаметр описанной окружности пластин берется больше диаметра скважины. Стопорный элемент может быть выполнен в виде упругого диска с радиальными разрезами. Диск и пластины могут быть выполнены с отверстием посередине.
Зарядный шланг с размещенным на его конце промежуточным детонатором 7 и детонирующим шнуром 8 вставляется в полимерный рукав 2, скрепленный со стопорным элементом 3, и вводится до забоя в восходящую скважину. Под действием давления взрывчатого вещества промежуточный детонатор 7 выталкивается с конца зарядного шланга внутрь водонепроницаемого полимерного рукава и удерживается под его «чубом» за счет подпора столба ВВ, формируемого внутри оболочки в процессе пневмозаряжания скважины. Предварительно увлажненное взрывчатое вещество поступает в полимерный рукав и заполняет его на полное сечение скважины с одновременным выводом зарядного шланга из полимерного рукава. Незаполненную ВВ часть водонепроницаемого полимерного рукава заправляют в скважину и устанавливают дополнительный стопорный элемент 3 (фиг.2). Диаметр полимерного рукава больше диаметра скважины (Dp.>d), поэтому он под действием поступающего взрывчатого вещества плотно прилегает к стенкам скважины, а за счет неровностей стенки скважины и сил сцепления между водонепроницаемым полимерным рукавом и стенкой скважины удерживается на ней. Так как диаметр упругого стопорного элемента больше диаметра скважины, то за счет защемления и заклинивания его о стенки забоя скважины он дополнительно способствует удерживанию в скважине заряда взрывчатого вещества в водонепроницаемом полимерном рукаве. За счет бокового распора происходит частичное разрушение гранул увлажненного взрывчатого вещества, повышается плотность заряжания, и тем самым повышаются силы сцепления между частицами взрывчатого вещества и между взрывчатым веществом и стенками полимерного рукава, что удерживает взрывчатое вещество в полимерном рукаве, а полимерный рукав на стенках скважины. Водонепроницаемый полимерный рукав с герметично заделанным торцом перекрывает трещины в стенках скважины и предотвращает поступление воды из окружающего горного массива внутрь заряда взрывчатого вещества.
Основные преимущества заявляемого способа заряжания:
- возможность заряжания обводненных восходящих скважин гранулированными неводоустойчивыми (аммиачно-селитренными) взрывчатыми веществами;
- использование существующей техники и технологии заряжания пневматическим способом обводненных восходящих скважин и шпуров;
- снижение трудоемкости и стоимости заряжания обводненных восходящих скважин и шпуров по сравнению с применением патронированных ВВ.
Пример осуществления предлагаемого изобретения (фиг.1).
3
3
Формирование заряда в восходящих обводненных веерных скважинах диаметром 105 мм при глубине скважин 30 м осуществлялось с использованием полимерного рукава из полиэтиленовой пленки толщиной 150 мкм диаметром 115 мм. Проектом взрывных работ предусмотрено обратное инициирование колонки заряда ВВ с установкой промежуточного детонатора в призабойной зоне скважины внутри полимерного рукава. Взрывчатое вещество (граммотол) подается в скважины с помощью пневмозарядчика Ульба-400. В качестве средства взрывания используется шашка-детонатор ПДП массой 300 г, инициируемая неэлектрическим детонатором с ударно-волновой трубкой системы СИНВ, закрепляемой на конце зарядного шланга диаметром 39 мм при вводе его внутрь полимерной оболочки. В качестве стопорного элемента использованы две дюралевые пластины, установленные перпендикулярно друг другу, с диаметром описанной окружности 120 мм. «Чуб» водонепроницаемого полимерного рукава закреплен в центре пересечения пластин и заклипсован полимерной клипсой. Плотность заряжания ВВ при 5% подачи воды составляла 1,05-1,10 г/см. Масса ВВ в скважинах от 80 до 180 кг в зависимости от длины формируемого заряда. Сформированные в восходящих скважинах в водонепроницаемых полимерных рукавах заряды ВВ не высыпаются из скважин и обеспечивают необходимую водостойкость от проточной воды, циркулирующей в массиве горных пород. Объемная энергия заряда 1000-1100 ккал/дм. Достигнуто улучшение дробления руды. Выход негабарита снизился до 10-13%.
Техническим результатом предлагаемого способа заряжания обводненных восходящих скважин неводостойкими взрывчатыми веществами является:
- повышение плотности заряжания за счет заполняемости скважины на полное сечение;
- повышение интенсивности дробления горных пород за счет повышения плотности заряжания и, как следствие этого, энергии взрыва скважин и шпуров;
- снижение стоимости ведения взрывных работ.
Предлагаемый заряд был проверен на обводненных восходящих скважинах и шпурах. Ведение буровзрывных работ с использованием предлагаемого способа заряжания позволило снизить стоимость работ за счет использования гранулированных аммиачно-селитренных взрывчатых веществ взамен формирования заряда из отдельных патронов, повысить интенсивность дробления горных пород, снизить выход негабарита на 10-15%.
Источники информации
1. Е.Г.Баранов, О.Н.Оберемок. Взрывные работы на подземных рудниках. М.: Недра, 1985, стр. 141-142.
2. В.И.Стрикачев, Н.Н.Гапонов, Н.Р.Шевцов и др. Технология механизированного заряжания и забойки скважин при передовом торпедировании труднообрушаемой кровли в угольных шахтах, сб. «Взрывное дело», 87/44.
3. Патент РФ №2133007.