Корпус устройства инертизации призабойного пространства

Полезная модель относится к области ведения взрывных работ в горной промышленности и предназначена для обеспечения предварительной инертизации призабойного пространства горных выработок с помощью распыления сыпучего огнетушащего состава перед взрывом шпуровых, скважинных зарядов инициируемых устройствами неэлектрической системы инициирования при ведении взрывных работ в шахтах, опасных по газу и/или пыли.
Инертизация - это частичная или полная замена воздуха или горючей атмосферы инертным газом. Инертизация - снижение содержания кислорода в рудничной атмосфере до уровня, обеспечивающего взрывобезопасность рудничной атмосферы; обычно это менее 9% объемных содержания кислорода, против 20% объемных в нормальной рудничной атмосфере пригодной для пребывания человека.
Гарантией того, что рудничная атмосфера в призабойном пространстве выработки окажется "безразличной" к любым негативным ситуациям, возникающим при ведении взрывных работ, является замена взрывоопасной атмосферы на инертную. С этой целью используют, распыленные ингибиторы, инертные газы, инертную пыль. Использование инертных газов в призабойной зоне основано на том, что пробка (перегородка) из инертных газов толщиной около 1,5 м в выработке гарантирует локализацию вспышки метана или угольной пыли и не дает возможности развиваться вспышке, если очаг расположен вплотную к забою.
В настоящее время при ведения буровзрывных работ в шахтах опасных по взрыву газов рудничной атмосферы и/или угольной пыли используются устройства для подавления горения и взрыва метановоздушных смесей в призабойном пространстве
Такие устройства состоят из корпуса, заполненного инертизирующим средством/агентом, при этом внутри корпуса находится взрывчатый заряд с детонатором и, как правило, элемент ударно-волновой трубки неэлектрической системы инициирования, связанной с детонаторами шпуровых или скважинных зарядов.
Так, например, известно устройство инертизации призабойного пространства, содержащее контейнер с инертизирующим средством и заряд, распыляющий инертизирующее средство, находящееся в сыпучем или жидком виде, которое может быть размещено в эластичной оболочке, в центре дна корпуса контейнера расположено отверстие в форме ступенчатого цилиндра, а в центре крышки контейнера расположено отверстие в форме цилиндра с продольным пазом для размещения проводов предохранительного электродетонатора (ЭД), отверстия в центре дна корпуса и центре крышки контейнера вместе с трубкой, изготовленной из бумаги, образуют сквозной канал для размещения пучка ударно-волновых трубок неэлектрической системы инициирования, распыляющий заряд представляет собой отрезок детонирующего шнура с предохранительным ЭД, намотанный на пластмассовый каркас, выполненный в виде полого тонкостенного цилиндра с внутренними продольными ребрами в количестве не менее трех штук, расположенного снаружи трубки, провода предохранительного ЭД выведены наружу через паз в цилиндрическом отверстии крышки контейнера (RU 2693986, E21F 5/14, F42D 3/04, опубл. 08.07.2019 г.).
Это решение принято в качестве прототипа для заявленного корпуса.
Известное устройство инертизации изготавливается в заводских условиях и поступает на место проведения взрывных работ в собранном и полностью укомплектованном виде. В таком собранном и укомплектованном состоянии известное устройство промышленного изготовления относятся к категории восприимчивых к инициирующему импульсу от первичных средств инициирования (капсюль-детонатор, детонирующий шнур и т.п.) взрывчатых материалов. Восприимчивые к первичным средствам инициирования устройства, отнесены к веществам класса 1.1 (по ГОСТ 19433-88 "Грузы опасные").
Естественно, что хранение и транспортировка таких взрывчатых изделий должны сопровождаться рядом мероприятий, к которым относятся безопасное удаление мест хранения от людей и окружающих объектов, исключение передачи детонации между вагонами при транспортировании и штабелями при хранении ВВ, использованию специализированных транспортных средств, проведение погрузочно-разгрузочных операций только на специальных площадках спроектированных и оборудованных для работ с опасными грузами класса опасности «1» и т.д. Проведение указанных мероприятий основано на недопущении вероятности взрыва и нанесении вреда людям и окружающей обстановке. Но такие мероприятия являются неотъемлемой составляющей, присущей использованию ВВ класса 1. В то же время именно эти мероприятия являются элементом усложнения и удорожания процесса не только изготовления ВВ, но и его поставки к месту назначения, что приводит к затянутости и уменьшает оперативность поставок в удаленные регионы, которые промышленно используют ВВ в своей работе.
Конструктивно известное решение выполнено достаточно сложно. Это объясняется применением корпуса в виде усеченного конуса, который со стороны большего основания закрыт съемной крышкой. При этом в дне и крышке выполнены сквозные отверстия, оформленные трубчатыми отбортовками, которые используются для удержания вставляемого внутрь корпуса трубчатого элемента, на наружной поверхности которого закреплена оребренная втулка с смонтированными на ней предохранительным электродетонатором с проводами его интициирования. А через сквозное отверстие корпуса пропущен пучок ударно-волновых трубок неэлектрической системы инициирования. Компоновочно конструкция не отвечает технологичности изготовления и не подлежит ремонту и восстановлению в случае, например, выхода из строя предохранительного детонатора или детонирующего шнура, конец которого выведен наружу через отдельное отверстие в крышке. При этом остается не раскрытым вопрос закрепления пучка ударно-волновых трубок неэлектрической системы инициирования в трубке сквозного отверстия, так как в корпусе не предусмотрены средства удержания этого пучка в этой трубке.
Понятно, что выполнение корпуса фасонной конструкции с внутренними отбортовками и ступенчатыми переходами в зоне дна возможно только при применении полимерного материала и методов формования изделий из этого материала.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в конструктивном упрощении для обеспечения эксплуатационной безопасности за счет применения модульной компоновки корпуса в конструкции устройства инертизации.
Указанный технический результат для устройства достигается тем, что корпус устройства инертизации призабойного пространства, представляющий собой закрываемую крышкой стаканообразной формы емкость, полость которой подлежит заполнению инертизирующим порошком, и в которой предусмотрены средства для размещения и укрепления взрывчатого заряда с детонатором и ударно-волновой трубки неэлектрической системы инициирования подрыва взрывной сети забоя, выполнен в виде цилиндрической обечайки, в которой с одной ее стороны закреплено дно с центральным отверстием, а другая стороне закрыта крышкой, при этом внутри корпуса размещен стакан, полость которого предназначена для размещения взрывчатого заряда с детонатором и указанной ударно-волновой трубки, при этом стакан открытым концом закреплен на дне и его полость через центральное отверстие дна сообщена с внешней средой, а обечайка, дно, крышка и стакан выполнены из картона.
При этом открытый конец стакана со стороны дна может быть закрыт глиняным пыжом, запаянным в полиэтиленовую пленку.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображен модуль корпуса для устройства инертизации призабойного пространства;
на фиг. 2 изображен модуль взрывчатого заряда в форме его устан6овки в корпус.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция корпуса для устройства инертизации призабойного пространства, выполненная на основе модульного построения, что позволяет повысить ее ремонтопригодность, взаимозаменяемость по комплектующим и технологичность в изготовлении. Эти особенности обеспечивают высокую безопасность как при хранении и транспортировке устройств, так и при проведении взрывных работ.
Устройство предназначено для инертизации призабойного пространства посредством распыления инертизирующего порошка перед взрывом шпуровых (скважинных) зарядов при ведении взрывных работ в горных выработках шахт и рудников, опасных по газу или пыли, либо для которых установлен «газовый режим».
Конструктивно рассматриваемое устройство выполнено по модульной компоновке, в соответствии с которой корпус, заполняемый инертизирующим порошком, представляет собой отдельный первый модуль, а обмотанный липкой лентой взрывчатый заряд, распыляющий инертизирующее средство при инициации детонатора, сам детонатор и элементы неэлектрической системы инициирования представляют собой отдельный второй модуль.
В рассматриваемом устройстве первый модуль представляет собой стаканообразной формы корпус 1, закрытый крышкой 2. В предпочтительном варианте исполнения корпус выполнен в форме цилиндрического стакана. Но ничто не ограничивает выполнение корпуса квадратной формы в поперечном сечении, или овальной формы или многоугольной. Конкретизация вида поперечного сечения корпуса не является важным для возложенной на корпус, как емкость, функции по хранению инертизирующего порошка 3. Стаканообразный корпус выполняется из картона по технологиям картонажного производства, содержит обечайку в виде трубчатого тела, в которую с одного открытого конца заделано дно 4. В дне выполнено центральное отверстие, укрепленное цилиндрической отбортовкой 5, ориентированной внутрь полости корпуса (фиг. 1). Крышка выполнена по форме поперечного сечения корпуса и сверху одевается на корпус с натягом или с элементами ее приклеивания к стенке корпуса. После заполнения полости корпуса инертизирующим порошком крышка скрепляется с корпусом. Предпочтительным является жесткое и несъемное соединение крышки с корпусом, но ничто не ограничивает возможность применения варианта исполнения корпуса со съемной крышкой.
Внутри корпуса размещен стакан 6, открытый конец которого надет на отбортовку 5 и скреплен с ней, например, натягом или за счет сил клеевой адгезии. Дно 7 этого стакана обращено в сторону крышки 2. А открытый торец этого стакана, надетый на отбортовку 5, сообщен с окружающей (внешней) средой.
Таким образом, со стороны дна корпуса образован свободный доступ в полость стакана 6. Стакан так же выполняется из картона по технологиям картонажного производства: содержит обечайку в виде трубчатого тела, в которую с одного открытого конца заделано дно.
Инертизирующий порошок (например, огнетушащий порошок ИСТО-1, содержащий сульфат аммония, со средним сроком службы - до 10-15 лет (ГОСТ Р 53280.4-2009, соответствует требованиям НПБ 170-98) заполняет пространство в корпусе, ограниченное стенкой корпуса, стенкой стакана 6 и его дном и крышкой 2.
В качестве картона для элементов корпуса и стакана 6 может использоваться плотный влагостойкий или влагонепроницаемый картон или электротехнический картон, или картон с покрытием водостойким лаком, или картон с полимерным напылением на наружной стенке. Требованием к такому картону является его жесткость, которая должна обеспечивать удержание пространственной формы и не подвергаться неупругому смятию боковой стенки корпуса. Толщина картона выбирается из условия обеспечения возможности штабелирования заполненных порошком корпусов на складе или в хранилище и из расчета, что под весом порошка стенка корпуса не раздуется.
Применение картона позволяет придать корпусу амортизирующие свойства. При ударах по боковой стенке последняя упруго прогибается и под действием сил упругости картона восстанавливает форму.
При такой конструкции корпус представляет собой законченный модуль, который может долго храниться на складе без последствий как для картона, так и для порошка. При хранении входной поем в полость стакана 6 загерметизирован глиняным пыжом 8 (в зоне открытого края этого стакана). При хранении упакованного корпуса пыж запаивают в полиэтиленовую пленку, что позволяет легко его изъять из стакана 6 перед заполнением полости стакана элементами второго модуля.
Второй модуль представляет собой самостоятельный узел, в состав которого входят взрывчатый заряд 9, используемый для распыления инертизирующего порошка 3 при инициации детонатора 10, детонатор 10, выполненные в форм-факторе полости стакана, а также элемент неэлектрической системы инициирования в виде ударно-волновой трубки 11 (с временем замедления не менее 400 мс), вставленную в взрывчатый заряд со стороны глиняного пыжа 12 для инициации взрывной сети забоя при инициации детонатора. При этом все эти элементы уложены в форму, соответствующую форме полости стакана 6. После придания этим узлам этой формы сборка обматывается липкой лентой 13. В таком виде этот модуль может храниться на складе отдельно от корпуса с порошком и от места хранения последнего.
Применение пыжа из глины имеет ряд преимуществ, например, перед глинопесчаными пыжами или пыжами из других материалов, которые держать статическую форму. Пыж применяется в тех случаях, когда необходимо перекрыть сообщение полстей между собой или уплотнить заряд. Глина во влажном состоянии обладает высокой пластичностью, что позволяет ей принимать форму того места, в которую такой пыж вставлен. После этого пыж высыхает. В нашем случае герметизация полости стакана в корпусе обеспечивается влажным пыжом в пленке, которая позволяет за счет слабой адгезии с картоном легко вытащить такой пыж. А при полной сборке, то есть когда второй модуль вставлен в первый, пластичность пыжа позволяет при уплотнении второго модуля сформировать каналы вывода наружу шнура 14 детонатора и провода 15 от ударно-волновой трубки и при этом загерметизировать проем.
При сборке устройства второй модуль вставляется в полость стакана 6 корпуса (предварительно пыж изымается), наружу через открытый проем в стакане выводится шнур 14 детонатора и провод 15 от ударно-волновой трубки, и проем закрывается глиняным пыжом, который обмотан липкой лентой (повышение адгезии с картоном стакана 6). При этом в качестве пыжа может использоваться как новый глиняный пыж 12, обмотанный липкой лентой, так и пыж 8, с которого сняли полиэтиленовую пленку и обмотали липкой лентой.
Доставка и транспортировка модуля корпуса к месту проведения взрывных работ не опасна, так как модули проявляют взрывоопасность только в собранном вместе виде. Полная сборка модулей может проводиться непосредственно по месту проведения взрывных работ. При несрабатывании второго модуля или обнаружения его некомплектности или отсутствии выводных концов шнура и провода он может быть извлечен из стакана 6 и заменен на новый.
Устройство инертизации призабойного пространства работает следующим образом. Устройство инертизации располагается вблизи груди забоя. Вывод провода 15 от ударно-волновой трубки и шнура 14 детонатора монтируются в электрическую взрывную сеть. Затем детонатором инициируется взрывчатый заряд, происходит воспламенение и разрыв стенки стакана 6. Происходит повышение газового давления в полости корпуса, которое приводит к разрыву стенки корпуса или к выбросу крышки или к разрыву крышки корпуса. Под давлением инертизирующий порошок распределяется по объему призабойного пространства. Одновременно с срабатыванием детонатора происходит инициация ударно-волновую трубки, которая с заданным замедлением (примерно 400 мс) по времени выдает импульс инициирующим элементам заложенных взрывчатых веществ основных шпуровых зарядов. К моменту выдачи сигнала от ударно-волновую трубки объем забоя уже заполнен инициирующим агентом. Опасная газопылевая смесь, находящаяся в пространстве горной выработки и смешанная с инертизирующим агентом полностью исключает возможность ее воспламенения. Этим и завершается работа устройства инертизации.
Аналогично работает система при запуске пиротехнического газогенератора: происходит интенсивное газовыделение. Газы аэрируют инертизирующий порошок в корпусе модуля и доводят его до псевдосжиженного состояния. При нарастании давления до расчетного происходит вскрытие мембраны и выброс порошка. Пиротехнические газогенераторы создают необходимое давление за 0,5…0,8 с и поддерживают его все время работы модуля до 15 с, обеспечивая расход огнетушащего порошка 10…80 кг/с (Аликин В.Н., Милехин Ю.М., Пак З.П., Липанов A.M., Серебрянников С.Ю., Соколовский М.И. и др. «Пороха, топлива, заряды», Т. 2 «Заряды народнохозяйственного назначения», М, «Химия», 2004). В качестве мембраны в данном случае использован картонный корпус первого модуля, который раскрывается по заранее нанесенным насечкам. Для залпового выброса порошкового агента на корпусе или на крышке могут быть выполнены места ослабленного сечения в виде насечек или линий, под которыми толщина стенки или крышки корпуса меньше средней толщины стенки корпуса или крышки. Возможно исполнение, согласно которому крышка закрепляется на корпусе с частичной проклейкой мест контакта. При повышении газового давления в корпусе происходит отрыв крышки с мест приклейки и ее выброс в сторону.
Настоящая полезная модель промышленно применима. Позволяет повысить безопасность эксплуатации, хранения и транспортировки устройства за счет того, что на складе и при перевозке модули разделены и не составляют общей целостной конструкции. При этом существенно повышается ремонтопригодность устройства за счет возможности замены одного из модулей, что стало возможным сделать непосредственно на месте проведения взрывных работ.