УСТАНОВКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ НЕПОСРЕДСТВЕННО НА МЕСТЕ ЗАРЯЖАНИЯ

Полезная модель относится к устройствам для изготовления простейших промышленных взрывчатых веществ (ВВ) и может использоваться в горном деле при производстве взрывных работ.
В горной промышленности при ведении взрывных работ на карьерах широкое применение находят простейшие ВВ, представляющие собой смесь жидких и гранулированных продуктов на базе аммиачной селитры (АС) и дизельного топлива (ДТ). Такие составы готовят, как правило, непосредственно на месте их применения. Основные преимущества такого ВВ:
- доступность и дешевизна компонентов;
- простота оборудования для изготовления ВВ;
- низкая чувствительность состава к механическим воздействиям, позволяющая эффективно механизировать транспортные и зарядные операции.
Известна установка для непрерывного изготовления промышленного ВВ на базе твердых гранулированных и жидких компонентов, содержащая механизмы для предварительного дробления и просеивания твердых компонентов, шнековые и подвесные транспортерные дозаторы, барабанный смеситель, устройство для развешивания готового продукта (см. А.С. СССР №184675, Кл. С 06 В, 1966 г.).
Основным недостатком известной установки являются то, что она представляет собой сложный промышленно-технологический комплекс, который невозможно установить непосредственно на месте применения, например, в горном карьере.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению (прототипом) является передвижная установка для приготовления взрывчатых веществ, включающая основание с приемным бункером для загрузки аммиачной селитры, мельницу для ее дробления, связанную со шнековым смесителем, на валу которого закреплены лопатки для перемешивания селитры с жидкими компонентами, поступающим из баков для жидких компонентов, при этом выход смесителя соединен с устройства для подачи взрывчатого вещества в скважину или с устройством по затариванию ВВ в мешки или рукава (см. патент РФ №2152587, Кл. F 42 D 1/08, 2000 г.). В установке использована цилиндрическая смесительная камера с тремя зонами, в первой из которых шнеком осуществляется предварительное смешение компонентов, во второй камере проводится их тщательное перемешивание, а из третьей - шнек удаляет готовый продукт. По мнению авторов, благодаря предварительному размельчению аммиачной
селитры и многостадийному перемешиванию продукта, удается повысить качество продукта и снизить его расслоение в скважине.
Основными недостатками известной установки является, во-первых, невозможность получения качественного гомогенного ВВ высокой плотности, способного сохранять высокую работоспособность при длительном нахождении в скважине. Это связано с тем, что механическое предварительное измельчение гранул аммиачной селитры не обеспечивает в полной мере однородности продукта при механическом смешении твердых и жидких компонентов АС-ДТ смеси.
Во-вторых, реализуемый установкой метод зарядки готового ВВ в скважину пригоден только для нисходящих скважин, а для заряжания горизонтальных или восстающих скважин требуется дополнительное оборудования.
В третьих, производительность установки определяется в основном производительностью шнековой смесительной камеры и временем, необходимым для качественного смешения компонентов.
Задачей, решаемой заявляемым техническим решением, является устранение указанных недостатков, а именно, повышение качества получаемого ВВ за счет улучшения смешивания между собой твердых и жидких компонентов при одновременном повышении производительности установки и возможности заряжания как нисходящих, так и горизонтальных и восстающих скважин.
Указанная задача в установке для приготовления взрывчатых веществ непосредственно на месте заряжания, включающей емкости для хранения исходных сухих и жидких компонентов смеси, соединенные транспортными магистралями со смесительной камерой, выход которой соединен с устройством подачи готового взрывчатого вещества в заряжаемую полость, решена тем, что каждая из транспортных магистралей на входе в смесительную камеру снабжена расходомером, при этом смесительная камера выполнена в виде эжекторно-инжекторного смесителя, вход которого соединен с источником сжатого воздуха, а устройство подачи взрывчатого вещества в заряжаемую полость выполнено в виде пневматического дробильно-заряжающего устройства.
Эжекторно-инжекторный смеситель на своем входном конце обеспечивает необходимое разряжение для всасывания исходных компонентов, а на выходном конце - создает необходимое давление для дальнейшей транспортировки смеси к скважине. Благодаря отсутствию привычной для зарядных машин камеры смешения исходных компонентов смеси, исключается такая технологическая операция, требующая значительного времени, как пропитывание твердых гранул селитры жидкими компонентами смеси. При этом нет необходимости
предварительного размельчения селитры, а значит, исключается пыление и наличие размалывающих устройств.
Кроме того, при такой технологии приготовления ВВ, возможна корректировка его состава непосредственно в процессе его изготовления, что позволяет, например, заряжать скважины продуктом с разной плотностью, а, значит, с разной энергией взрыва и объемом взрывных газов.
Для повышения степени гомогенности ВВ, эжекторно-инжекторный смеситель выполнен в виде одной или нескольких камер, каждая из которых содержит последовательно расположенные входной конфузор, горловину и выходной диффузор, при этом внутренняя поверхность конфузора частично или полностью может быть покрыта шероховатой насечкой с остроконечными выступами. Это позволяет смесителю дополнительно участвовать в предварительном размоле гранул селитры.
Для повышения степени измельчения твердых фракций ВВ (гранул), перспективно окончательное смешение жидких и твердых компонентов смеси проводить в дробильно-заряжающем устройстве в процессе нагнетания ВВ в заряжаемую полость. При этом в качестве дробильно-заряжающего устройства для нисходящих скважин, целесообразно использовать циклон с тангенциальным вводом и осевым выводом взрывчатого вещества, внутренняя поверхность которого частично или полностью покрыта шероховатой насечкой с остроконечными выступами, а для горизонтальных и восстающих скважин выгодно использовать поворотный нагнетатель, внутренняя поверхность которого частично или полностью покрыта шероховатой насечкой с остроконечными выступами.
Для обеспечения оперативности изменения концентрации исходных компонентов ВВ, расходомер выполнен в виде дистанционно управляемого крана, например, в виде механически или электрически управляемого шарового крана. Благодаря этому можно дистанционно или даже программно изменять состав получаемого ВВ в процессе заряжания.
Таким образом, заявляемая установка позволяет получить высокую степень смешения твердых и жидких компонентов ВВ в воздушном потоке, имеет возможность заряжания как нисходящих, так горизонтальных и восстающих скважин при одновременной возможности оперативного изменения состава ВВ и обеспечения плотности зарядов в диапазоне 0,9-1,5 кг/л.
На фиг.1 представлен вариант установки для изготовления ВВ на базе двухкомпонентной сыпучей смеси и заряжание его в нисходящую скважину при помощи циклонного дробильно-заряжающего устройства, где: 1 - емкость с раствором кристаллизатора; 2 - емкость с жидким горючим; 3 - емкость с сыпучим нитрокарбомидом; 4 - емкость с сыпучей аммиачной селитрой; 5-8 - регуляторы расхода компонентов смеси; 9 - пневмозаборное
устройство; 10 - эжекторно-инжекторная смесительная камера с источником сжатого воздуха 11, регулятором расхода 12, патрубком для подачи сжатого воздуха 13, входным конфузором 14, горловиной 15, выходным диффузором 16; 17 - дробильно-заряжающее устройство циклонного типа с тангенциальный входным патрубком 18, цилиндрическим корпусом 19, горловиной 20, выходным патрубком 21, патрубком для осевого отвода воздуха 22; 23 - гранулы селитры; 24 - осевая линия направления потока воздуха; 25 - поток ВВ; 26 - нисходящая скважина.
На фиг.2 представлен вариант установки для изготовления ВВ на базе двухкомпонентной сыпучей смеси и заряжание им восстающей скважины при помощи поворотного нагнетателя, где: 27 - поворотный нагнетатель, содержащий стыковочный входной трубопровод 28, несколько поворотных частей трубопровода 29, несколько центральных частей трубопровода 30; 31 - выходное сопло; 32 - осевая линия направления потока воздуха; 33 - поток ВВ; 34 - восстающая скважина.
На фиг.3 представлена блок-схема микропроцессорного контроллера для управления процессом изготовления ВВ, где: 35 - контроллер, включающий микропроцессор 36, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 37, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 38, устройство ввода-вывода (УВВ) 39, системную шину 40; 41 - клавиатура; 42 - индикатор (монитор).
Рассмотрим случай работы заявляемой установки (см. фиг.1) в автоматизированном варианте. Оператор установки с монитора 41 выбирает вариант состава ВВ, который будет изготавливаться и заряжаться в скважину 26. Все первоначальные варианты составов ВВ хранятся в ПЗУ 37. Если необходимо скорректировать выбранный вариант, то с клавиатуры 41 вводятся необходимые изменения состава. Контроль за проводимым технологическим процессом осуществляется контроллером 35. По команде контроллера через УВВ 39 на дистанционный регулятор расхода (электрически управляемый кран) 12 поступает команда на открытие сжатого воздуха из источника 11, который проходя через эжекторно-инжекторную смесительную камеру 10 создает на ее входе разряжение около 0,3-0,6 атм., которое достаточно для надежного всасывания исходных жидких и сыпучих компонентов из емкостей 1-4. Расход каждого компонента устанавливается с помощью дистанционных электрически управляемых регуляторов расхода (кранов) 5-8 по командам УВВ 39 контроллера 35. За счет разряжения, исходные компоненты из емкостей 1-4 через пневмозаборное устройство 9 всасываются через входной конфузор 14 эжекторно-инжекторного смесителя 10. Внутренняя поверхность конфузора 14 может быть покрыта шероховатой насечкой с остроконечными выступами (на рисунке не показаны), благодаря чему крупные твердые гранулы селитры соударяясь со стенками конфузора 14 дробятся и эффективно подхватываются ускоряющимся
в горловине 15 потоком воздуха 24 и перемешиваются с жидкими компонентами ВВ, после чего поступают в дробильно-заряжающее устройство 17 циклонного типа через входной тангенциальный патрубок 18, где воздушный поток с жидкими и твердыми частицами 23 закручивается вдоль стенки цилиндрического корпуса 19, внутренняя поверхность которого покрыта шероховатой насечкой с остроконечными выступами (на рисунке не показаны). Благодаря центробежным силам, воздушный поток 24 с высокой скоростью растирает твердые гранулы 23 о внутренние стенки корпуса 19, одновременно смачивая их жидкими компонентами ВВ. Образуемая на стенках корпуса 19 готовая для заряжания смесь стекает через горловину 20 и выходной патрубок 21 в виде потока 25 в скважину 26, а поток воздуха 24, освобожденный от частиц ВВ через патрубок 22 выбрасывается в атмосферу.
Аналогичным образом работает установка для заряжания восходящих скважин 34, представленная на фиг.2. Для подачи ВВ в скважину в ней используется поворотный нагнетатель 27, внутренняя поверхность которого частично или полностью покрыта шероховатой насечкой с остроконечными выступами (на рисунке не показаны). За счет изменения направления потока воздуха 32 внутри поворотного нагнетателя 27, твердые гранулы ВВ 23 ударяясь о его стенки поворотных частей трубопровода 29 эффективно растираются и дополнительно смачиваются жидкими фракциями, после чего через выходное сопло 31 в виде потока готового ВВ 33 с высокой скоростью выбрасываются в скважину 34.
В опытном варианте установки использовались дистанционные электрически управляемые шаровые краны фирмы «BELIMO Automation AG» (Швейцария) с проходным сечением 12-50 мм. Плавная регулировка проходного сечения осуществлялась с помощью электромеханического привода, управляемого от постоянного напряжения 24В. Для изготовления ВВ при апробации установки использовалась сухая двухкомпонентная смесь, содержащая до 20% нитрокарбомида и до 80% аммиачной селитры. Для модификации селитры использовали жидкие нефтепродукты, в частности, дизельное топливо в концентрации до 6-10%. Для смачивания сухих компонентов и устранения пыления при заряжании скважин использовали раствор кристаллизатора, представляющий собой 20-30% водный раствор селитры. Варьируя исходными компонентами ВВ, удавалось получать смеси с плотностью заряда от 0.9 до 1,5 кг/л, обеспечивающих концентрацию энергии до 5800 кдж и взрывных газов до 1500 литров на литр заряда. Полученные заряды позволили в 2-3 раза снизить критический диаметр скважины, при этом детонация самих зарядов осуществлялась от стандартных средств инициирования и достигала скорости до 3,5 км/с.