МАЛОГАБАРИТНАЯ СМЕСИТЕЛЬНО-ЗАРЯДНАЯ МАШИНА ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
SMALL-SIZED MIXING-CHARGING MACHINE FOR UNDERGROUND MINING WORKS

Изобретение относится к области горного дела, в частности к конструкции смесительно-зарядных машин, используемых для механизированного приготовления эмульсионного взрывчатого вещества и заряжания шпуров и скважин при ведении подземных горных работ.
3
Известно транспортно-зарядное устройство ТЗУ-П (открытый источник Интернет http://fiercest.ru/lection/lektsii-mehanizatsiya-vzry-vny-h-rabot-vr-lektsii/). В него входит бункер вместимостью 4 м, смонтированный на базе шасси шахтной вагонетки. Бункер внутри имеет пневмодиафрагму из токопроводящей ткани для снятия статического электричества. Пневматические диафрагмы предназначены для выгрузки BB из бункера. В верхней части бункера имеются два люка с крышками, оборудованные предохранительной сеткой с ячейками размером 10×10 мм.
Недостатком данного устройства является невозможность его использования в выработках без рельсов, а также высокая опасность работ при заряжании скважин.
Известен пневмозарядчик БПЗ-4 (Емекеев В.И. Механизация взрывных работ в горной промышленности [Текст] / В.И. Емекеев. - М.: Недра, 1976. - 182 с., с. 16-17). Пневмозарядчик содержит корпус, жестко закрепленный на двухколесной тележке. В корпусе установлен барабанный питатель, ротор которого выполнен с возможностью вращения от пневмодвигателя. Ротор разделен 12ю текстолитовыми лопастями для захвата порций взрывчатого вещества. Текстолитовые лопасти плотно подогнаны к цилиндрической поверхности и торцевым стенкам барабана. Предусмотрена подача сжатого воздуха в бункер зарядчика. Бункер снабжен решеткой для просева взрывчатого вещества и герметически закрывающейся крышкой. Все узлы зарядчика изготовлены из легких токопроводящих материалов (силумин, дюраль и т.д.), соединенных в электрически проводящую цепь. Обслуживание зарядчика осуществляют 3-5 чел.
Недостатком данного устройства является низкая производительность, обусловленная конструктивными особенностями и высокая опасность процессов заряжания.
Известна зарядная машина (патент RU №2304756, опубл. 20.08.2007). Машина характеризуется тем, что бункер зарядной машины выполнен в виде съемного контейнера, устанавливаемого внутри кузова автомобиля и крепящегося к его полу четырьмя винтовыми разъемами, разделенного продольной и поперечными наклонными перегородками под углом 45° на 4 или 6 секций для загрузки ВВ и изолированный от ВВ вспомогательный отсек для установки бака с технологической жидкостью, на боковых стенках секций в местах сопряжения перегородок выполнены разгрузочные люки с шиберными затворами, работающие от пневмосистемы автомобиля, к которым присоединены навесные объемные дозаторы с шиберными заслонками, контейнер в верхней части оснащен загрузочными люками с закрывающимися крышками и фитингами для крепления строп грузоподъемных механизмов. При использовании зарядной машины для изготовления взрывчатых веществ типа игданита машина дополнительно оснащается системой подачи жидкого компонента, состоящей из бака, двух дозаторов, распылителя жидкого компонента, связанных системой трубопроводов, обеспечивающих подачу жидкого компонента в навесной дозатор секции контейнера.
Недостатком данного устройства является большие габариты, не позволяющие использовать его в условиях ограниченного пространства подземных горных выработок.
Известен блок емкостей смесительно-зарядной машины (патент РФ на полезную модель №2251165, опубл. 10.12.2005). Блок емкостей смесительно-зарядной машины, включающий емкости для газогенерирующей добавки, для технологической воды, для нефтепродуктов, бункер для аммиачной селитры, эмульсионную емкость, содержащую корпус, в верхней части которого выполнен загрузочный люк с запорной крышкой и размещен предохранительный клапан, а внутри емкости в нижней ее части установлен разгрузочный шнек, согласно изобретению запорная крышка загрузочного люка эмульсионной емкости выполнена в виде кольца, установленного с возможностью прижима по периферийной поверхности люка, и мембраны, закрепленной на кольце с перекрытием его центрального осевого отверстия, при этом мембрана выполнена с возможностью ее разрушения под действием предельно допустимого избыточного давления паров эмульсии внутри эмульсионной емкости.
Недостатком данного устройства являются большие габаритные размеры и невозможность получения заряда эмульсионного взрывчатого вещества требуемой геометрии.
Известно устройство для приготовления и заряжания скважин смесевым эмульсионным взрывчатым веществом, принятое за прототип (патент РФ №2312301, опубл. 10.12.2007, бюл. №34). Устройство для приготовления и заряжания скважин смесевым эмульсионным взрывчатым веществом включает бункер со шнековым питателем аммиачной селитры, емкость для эмульсии, емкости для газогенерирующей добавки, воды и нефтепродукта, а также насосы-дозаторы для подачи эмульсии, газогенерирующей добавки, воды и нефтепродукта. Устройство снабжено лопаточным смесителем, вал которого на его входном участке соосно жестко связан с выходным участком вала шнекового питателя аммиачной селитры. Выходной участок лопаточного смесителя сообщен с входным участком смесителя компонентов, а на входном участке лопаточного смесителя расположена форсунка подачи нефтепродукта. Кроме того, устройство имеет второй канал подачи смеси эмульсии с газогенерирующей добавкой, выход которого расположен на выходе устройства, причем входы обоих каналов связаны с выходом смесителя эмульсии с газогенерирующей добавкой через распределительное приспособление.
Недостатком известного устройства являются большие габаритные размеры, обусловленные конструктивными особенностями устройства, а также невозможность создания колонки заряда эмульсионного взрывчатого вещества выдержанной формы.
Техническим результатом изобретения является уменьшение габаритных размеров с возможностью создания колонки заряда эмульсионного взрывчатого вещества выдержанной формы.
Технический результат достигается тем, что в малогабаритной смесительно-зарядной машине для подземных горных работ, включающей раму с пневматическими шинами с жестко закрепленными ней емкостями для газогенерирующей добавки, воды, смесителем эмульсии и газогенерирующей добавки, насосами-дозаторами компонентов, трехходовым краном, согласно изобретению рама выполнена в виде передвижной тележки с ручками и защитными кожухами, емкость для эмульсии выполнена в виде отдельного контейнера, подключаемого через адаптер с помощью шланга к гидравлической системе устройства, пневматические поршневые насосы, связанные через пневматическую станцию с внешним источником энергии, соединены гидравлически с емкостями для эмульсии, газогенерирующей добавки, воды и с зарядным шлангом, причем трехходовой кран используют для калибровки расхода газогенерирующей добавки, для управления процессом приготовления эмульсии используют контроллеры, в качестве смесителя эмульсии и газогенерирующей добавки используют инжектор и статический миксер, установленный на конце зарядного шланга, причем в инжекторе в поток эмульсии вводят газогенерирующую добавку коаксиально потоку эмульсии, а статический миксер установлен в адаптере, соединяющем зарядный шланг с гасителем факела распыления эмульсионного взрывчатого вещества, выполненного в виде полого цилиндра с выходной частью в форме цилиндра с длиной L в пределах от 35d до 50d, а диаметром D не более 5d, где d - диаметр выпускного сопла статического миксера, мм.
Малогабаритная смесительно-зарядная машина для подземных горных работ поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображена изометрическая схема устройства, на фиг. 2 показано устройство, вид сбоку, на фиг. 3 показано устройство, вид со стороны выхода продукта, на фиг. 4 показано устройство, вид сверху, на фиг. 5 показана принципиальная схема устройства, на фиг. 6 показан адаптер гасителя факела распыления эмульсионного взрывчатого вещества и зарядного шланга, на фиг. 7 показан гаситель факела распыления эмульсионного взрывчатого вещества, на фиг. 8 показан статический миксер для финального перемешивания эмульсии и газогенерирующей добавки, где:
1 - рама с ручками, например усиленная сварная сборно-разборная конструкция;
2 - емкость для воды;
3 - емкость для газогенерирующей добавки;
4 - емкость для эмульсии в виде отдельного контейнера;
5 - поршневой насос для перекачивания газогенерирующей добавки, может быть снабжен манометром и обратными клапанами;
6 - шаровой кран емкости 3 для газогенерирующей добавки;
7 - поршневой насос для перекачивания эмульсии и воды, может быть снабжен манометром и обратными клапанами;
8 - шаровой кран емкости для эмульсии 4, выполненной в виде отдельного контейнера;
9 - шаровой кран емкости 2 для воды;
10 - пневматическая станция, например Drago President;
11 - блок из пневматического фильтра, регулятора и лубрикатора, например Festo;
12 - кронштейн для крепления шкафа управления;
13 - шкаф управления;
14 - подъемные проушины;
15 - защитные кожухи и усиления рамы;
16 -контроллеры управления рабочий и резервный;
17 - пневматические шины, закрепленные с возможностью вращения на оси 18;
18 - ось для пневматических шин 17, жестко закрепленная на раме 1;
19 - шаровой кран для подачи воды от внешнего источника;
20 - кронштейн для крепления контроллеров 16;
21 - адаптер с эксцентриковым запором для гидравлического подключения устройства к емкости 4 для эмульсии в виде отдельного контейнера, например IBC;
22 - адаптер для подключения зарядного шланга;
23 - зарядный шланг;
24 - адаптер для статического миксера;
25 - гаситель факела распыления эмульсионного взрывчатого вещества, выполненный в виде полого цилиндра;
26 - статический миксер;
27 - сопло статического миксера;
28 - внешний источник пневматической энергии, например шахтная пневматическая сеть;
29 - инжектор для смешивания газогенерирующей добавки и эмульсии;
30 - трехходовой кран для калибровки расхода газогенерирующей добавки;
d - диаметр сопла 27 статического миксера 26, м;
D - внутренний диаметр гасителя 25 факела распыления эмульсионного взрывчатого вещества, выполненного в виде полого цилиндра, м;
L - длина выходной части гасителя 25 факела распыления эмульсионного взрывчатого вещества, м.
Эмульсионные взрывчатые вещества уже давно широко используются во всем мире, в том числе в Российской Федерации, Узбекистане, Казахстане, Киргизии. Использование эмульсионных взрывчатых веществ позволяет радикально улучшить безопасность транспортировки и заряжания взрывчатого вещества, так как перевозятся и заряжаются невзрывчатые компоненты и конечный «взрывной продукт» образуется только в заряженных скважинах. В настоящее время интенсивно развиваются технологии использования эмульсионных взрывчатых веществ в подземном пространстве. Основным недостатком уже имеющихся на рынке решений являются большие габариты устройств для перевозки взрывчатых веществ и их компонентов, что в условиях стесненного пространства, например подземного, неприемлемо. Также в ряде технологий предусматривается неполная зарядка шпуров, на качество которой оказывает непосредственное влияние геометрическая выдержанного колонки эмульсионного взрывчатого вещества.
Малогабаритная смесительно-зарядная машина для подземных горных работ предназначена для временного хранения и приготовления эмульсионных взрывчатых веществ.
Малогабаритная смесительно-зарядная машина для подземных горных работ содержит следующие основные элементы. Рама 1 с ручками, например усиленная сварная сборно-разборная конструкция предназначена для размещения не ней технологического оборудования, а также емкостей для воды 2 и для газогенерирующей добавки 3. С помощью рамы производится перемещение устройства, для чего в нижней части рамы предусмотрена ось 18, на которой закрепляют с возможностью вращения пневматические шины 17 (по меньшей мере - две симметрично установленные шины). Ось 18 жестко закреплена на раме 1. В верхней части рамы закрепляют емкость 2 для воды и емкость 3 для газогенерирующей добавки. Емкости 2 и 3, 4 гидравлически подключены через краны 9, 6, 8 к поршневым насосам 5 и 7. Насосы закрепляют под емкостями 2 и 3: поршневой насос 5 для перекачивания газогенерирующей добавки и поршневой насос 7 для перекачивания эмульсии из емкости 4, выполненной в виде отдельного контейнера и воды. Каждый насос 5 и 7 может быть снабжен манометром и обратными клапанами. Также в гидравлической схеме устройства может быть предусмотрены система фильтров. В качестве материалов емкостей 2 и 3 предпочтительным является использование пластиковых или композитных материалов. Система подачи газогенерирующей добавки состоит емкости 3 для хранения, установленной на раме 1 устройства. Емкость 3 предназначена для хранения газогенерирующей добавки до того момента, когда она не будет перекачана в эмульсию через инжектор 29, исполняя роль агента для сенсибилизации и смазки зарядного шланга 23. Газогенерирующую добавку заливают в емкость 3 через крышку, расположенную в верхней части емкости 3. Выпускная линия на емкости 3 прогоняет газогенерирующую добавку через выпускной кран 6 емкости 3. Выпускная линия газогенерирующей добавки может включать обратный клапан, индикатор расхода и фильтр в линии, и затем, - в инжектор 29. Поршневой насос 5 для газогенерирующей добавки имеет ведомый привод, запускаемый в работу поршневым насосом 7. Фильтр раствора газогенерирующей добавки может быть установлен на линии между индикатором расхода и поршневым насосом 5 для газогенерирующей добавки. Это может быть, например фильтр Swagelok серии SS-4TF с 140 микронами, с 316 SS элементом фильтра. Из поршневого насоса 5 по гидравлической линии газогенерирующая добавка попадает в трехходовой кран 30, жестко закрепленном на раме 1. Этот трехходовой кран 30 дает возможность газогенерирующей добавке либо проходить напрямую в инжектор 29 во время производства эмульсионного взрывчатого вещества, либо в точку отбора проб газогенерирующей добавки во время калибровки расхода. В течение рабочего процесса ручка крана может быть, например, направлена вверх (производство), а во время калибровки - вниз. Обратный клапан может быть установлен на линию подачи газогенерирующей добавки для исключения попадания воздуха в систему. Для выполнения калибровки расхода газогенерирующей добавки, вначале необходимо открыть шаровой кран 6 на емкости 3 для газогенерирующей добавки и повернуть трехходовой кран 30 на 180° в позицию для калибровки (ручка вниз), кружка для измерения плотности раствора должна находиться под точкой отбора проб для сбора образца газогенерирующей добавки с целью его взвешивания. Этот процесс выполняется во время перекачки воды из емкости 2 через поршневой насос 7 при запуске. После того, как насос 7 выполнит 10 циклов, необходимых для калибровки, его можно выключить, трехходовой кран 30 вернуть назад в его начальную позицию (ручка вверх) и произвести взвешивание образца. Точка калибровки газогенерирующей добавки может включать в себя предохранительный клапан давления, расположенный позади панели. Он воспроизводит давление, подающее на шланг, для гарантии того, что калибровочный объем является точным отображением того, что подается в шланг при работе поршневого насоса 5. Емкость для воды 2 служит для хранения и выдачи воды для первичного заполнения гидравлической системы устройства, а также для промывки системы после завершения работ, связанных с зарядкой эмульсионного взрывчатого вещества.
В качестве емкости 4 для эмульсии в виде отдельного контейнера может быть использован контейнер IBC, соединяемый через адаптер 21 с эксцентриковым запором с гидравлической системой устройства. IBC емкость 4 вмещает примерно 1000 литров эмульсии, имеет квадратную форму и оснащена 50 мм или 75 мм выпускным шаровым краном 8. Предпочтительным является 75 мм выпускной шаровой кран 8. Емкость 4 также может быть оснащена дисковым поворотным краном. Продувочный клапан располагается на вершине емкости для сброса возможного излишнего давления емкости во время работы.
Пневматическая станция 10, например Drago President служит для накопления и преобразования энергии от внешнего источник 28 пневматической энергии, например шахтной пневматической сети. Для обеспечения работы станции используют блок 11 из пневматического фильтра, регулятора и лубрикатора, например Festo. Для размещения проводки используют шкаф управления 13, закрепленный на кронштейне 12. Для проведения погрузочно-разгрузочных и ремонтных операций на раме 1 жестко закреплены подъемные проушины 14. Для предотвращения деформирования технологической схемы устройства на разных уровнях предусмотрены защитные кожухи и усиления рамы 15. Сбоку в верхней части устройства в ящиках 16 располагают контроллеры управления рабочий и резервный, закрепленные на кронштейнах 20, необходимые для установления режимов приготовления эмульсионного взрывчатого вещества. Питание для контроллеров 16 предусмотрено от аккумуляторов. Контроллеры подключают с помощью разъемом к насосам 5 и 7. При наличии внешнего источника воды для промывки его подключают к устройству через шаровой кран 19. Зарядный шланг 23 подключают к гидравлической системе устройства через адаптер 22 для подключения зарядного шланга. На противоположном конце зарядного шланга 23 с помощью адаптера 24 для статического миксера закрепляют статический миксер 26 и гаситель 25 факела распыления эмульсионного взрывчатого вещества, выполненный в виде полого цилиндра. Размер выпускного сопла 27 принимают в соответствии с требуемыми характеристиками перемешивания эмульсии и газогенерирующей добавки. В инжекторе 29 в поток эмульсии вводят газогенерирующую добавку коаксиально потоку эмульсии. Гаситель факела распыления 25 эмульсионного взрывчатого вещества выполняют в виде полого цилиндра с выходной частью в форме цилиндра с длиной L в пределах от 35d до 50d, м, с внутренним диаметром D не более 5d, м, где d - диаметр выпускного сопла статического миксера, м. Данные зависимости получены опытно-экспериментальным путем для гасителя факела 25 распыления из фторопласта. Основным параметром, характеризующим данные зависимости является угол факела распыления эмульсионного взрывчатого вещества, гашение которого приводит к необходимому эффекту - получению колонки заряда взрывчатого вещества выдержанной формы. Отклонения от приведенных выше зависимостей не позволяют получить описанный выше эффект.
Малогабаритная смесительно-зарядная машина для подземных горных работ работает следующим образом. Перед пуском устройства необходимо провести проверку следующих показателей и систем:
- уровень эмульсии в емкости 4;
- уровень воды в емкости 2;
- уровень газогенерирующей добавки в емкости 3;
- все емкости должны быть закрыты крышками;
- не должно быть утечек на насосах 5 и 7;
- не должно быть видимых утечек на всех участках гидравлической системы устройства;
- краны должны быть перекрыты;
- все системы аварийного отключения должны быть в исправном состоянии.
Для активации гидравлической системы, вначале необходимо убедиться, что выпускной клапан из емкости 4 для эмульсии в виде отдельного контейнера закрыт. Открываем кран 9 на емкости 2 для воды в точке гидравлического соединения с линией подачи эмульсии. Таким образом, полностью промоется шланг и трубопроводы, идущие от водной емкости 2 к контейнеру 4 и поршневому насосу 7. Прокачиваем воду через систему при запуске, затем открывает шаровой кран 6 на емкости 4, чтобы прогнать эмульсию через поршневой насос 7. В завершении процесса прокачки, закрываем кран 9 водной емкости 9 и водный клапан - устройство теперь будет производить эмульсионное взрывчатое вещество. Также описанная выше процедура выполняется в обратном направлении для промывки устройства по завершении производства эмульсионного взрывчатого вещества.
Устройство использует предоставляемый в подземных условиях, службой заказчика, воздух под высоким давлением, необходимый для работы пневматической станции 10, которая в свою очередь приводит в действие поршневые насосы 5 и 7. Очень важно, чтобы воздушные шланги и фитинги устройства находились в хорошем рабочем состоянии. Всякий раз, когда пневматический шланг от внешнего источника пневматической энергии 28 подсоединяется к устройству, оба конца шланга должны быть закреплены при помощи предохранительных зажимов (условно не показаны). Перед подключением подачи воздуха от источника 28 к устройству, необходимо убедиться в том, чтобы все шланги были чистыми, не содержали грязи и воды. В некоторых случаях продуйте шланги воздухом перед подключением к устройству.
Как только подключили шланги, убедитесь в том, что предохранительные зажимы установлены и затем медленно включайте подачу воздуха от источника пневматической энергии 28, прислушиваясь, нет ли утечки воздуха. Регулятор подачи воздуха 11 может быть предварительно установлен на максимальное значение 4,2 бар.
При отсоединении подачи воздуха от источника 28 от устройства, отключите основной клапан подачи, включайте воздушный дренажный клапан 11 для сброса давления системы и клапан дренажа циклового воздуха несколько раз для того, чтобы весь воздух вышел со стороны подачи. Продолжайте делать это до тех пор, пока не перестанете слышать звук воздуха, выходящего из дренажного клапана 11. После этого снимите предохранительные зажимы и шланги с устройства. Сверните шланги и повесьте их либо на машину, либо на стену.
Адаптер 21 с эксцентриковым затвором подключается к емкости 4 эмульсии, после этого можно присоединить гибкий шланг. Эмульсия, находящаяся в емкости 4 в виде отдельного контейнера, подается в поршневой насос 7 через гибкий перекачивающий шланг. Насос 7 является нагнетательным поршневым насосом, который производит импульсный поток. Насос 7 приводится в действие при помощи пневматической станции 10. Сжатый воздух подается службами заказчика от источника 28. Насос 7 подает эмульсию на основе аммиачной селитры по гидравлической системе в инжектор 29. В инжектор 29 впрыскивается газогенерирующая добавка через трехходовой кран 30 от поршневого насоса 5. В инжекторе 29 в поток эмульсии вводят газогенерирующую добавку коаксиально потоку эмульсии, за счет чего газогенерирующая добавка образует пленку по всей внутренней поверхности подающей линии и зарядного шланга 23, т.е. действует как смазка для облегчения перекачивания продукта в виде эмульсионного взрывчатого вещества. При отсутствии газогенерирующей добавки в шланге перекачивание будет замедляться и в конечном итоге остановится. На стороне подачи у насосов 5 и 7 могут быть встроены фильтр и манометр. Фильтр предотвращает попадание загрязняющих веществ, таких как камни и кристаллы в установку. Статический миксер 26 дополнительно перемешивает газогенерирующую добавку и эмульсию для дополнительной гарантии того, что они перемешались должным образом, и тем самым сенсибилизировали продукт. Скорость насосов 5 и 7 регулируется, устанавливается и проверяется с помощью контроллеров 16, подключенных к насосам. Показатели работы насосов 5 и 7 отображаются на панели дисплея контроллеров 16. Включение и выключение насоса осуществляется через управляющий клапан на пневматической станции 10. После окончания процедуры заряжания устройство промывают в последовательности указанной выше при предварительной промывке.
Применение малогабаритной смесительно-зарядной машины для подземных горных работ обеспечивает следующие преимущества:
- получение колонки заряда взрывчатого вещества выдержанной формы;
- снижение трудоемкости изготовления колонки заряда выдержанной формы за счет качественного перемешивания компонентов;
- минимизация габаритных размеров устройства за счет компактной конструктивной компоновки.