ВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ КАМЕРА
EXPLOSION-PROOF CHAMBER

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности взрывных работ специального назначения в горном деле и строительстве для безопасного взрывания крупнокусковой горной массы (негабаритов) и может быть использовано при создании взрывных камер и сооружений в качестве исследовательского центра взрывных быстропротекающих процессов.
Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является взрывозащитная камера по патенту РФ № 2582134 (прототип), включающая переднюю, заднюю, боковые стенки и потолочину, отличающаяся тем, что боковые и задняя стенки выполнены сдвоенными и содержат внутренние и наружные стенки, расположенные на определенном расстоянии друг от друга и снабженные окнами и проемами, которые во внутренних стенках смещены относительно окон и проемов в наружных стенках, в потолочине также выполнено окно, перекрытое крышкой, размещенной на определенном расстоянии от потолочины, передняя стенка снабжена подвижными воротами, внутренние боковые стенки имеют возможность перемещения по направляющим для изменения внутреннего объема камеры.
Недостатком прототипа является ограничение размеров укрытия, ввиду его перемещения на транспорте, а также отсутствие возможности изменять в необходимых пределах внутренний объем для проведения исследований.
Решаемой технической задачей является разработка безопасной конструкции стационарной взрывозащитной камеры для проведения экспериментальных исследований механических свойств разрушаемого материала, а также изучения протекания взрывных процессов, конструкция которой позволяет изменять внутренний объем и обеспечивать безопасное дробление негабаритов взрывным способом.
Технически достижимый результат - повышение взрывобезопасности экспериментальных исследований.
Это достигается тем, что взрывозащитная камера, включающая переднюю, заднюю, боковые стенки и потолочину, отличающаяся тем, что боковые и задняя стенки выполнены сдвоенными и содержат внутренние и наружные стенки, расположенные на определенном расстоянии друг от друга и снабженные окнами и проемами, которые во внутренних стенках смещены относительно окон и проемов в наружных стенках, в потолочине также выполнено окно, перекрытое крышкой, размещенной на определенном расстоянии от потолочины, передняя стенка снабжена подвижными воротами, внутренние боковые стенки имеют возможность перемещения по направляющим для изменения внутреннего объема камеры, дополнительно оснащена взрывозащитным устройством, выполненным в виде взрывозащитного клапана, содержащего корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, подвижно соединенный с корпусом клапана, при этом корпус клапана выполнен в виде нижней цилиндрической, средней конической и верхней цилиндрической частей, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещен теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником, а узел крепления разрывного элемента крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом узел крепления разрывного элемента состоит из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана, гайки, двух барабанов, расположенных соответственно в вилке рычага крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана, а подвижное соединение футерованного грузового затвора с основанием корпуса клапана выполнено в виде трех вертикально установленных стержней в отверстиях, выполненных в периферийной части корпуса футерованного грузового затвора, при этом нижней частью стержни закреплены в основании корпуса клапана, а в верхней части имеют демпфирующее устройство, закрепленное на горизонтальных перемычках стержней, и обращенное в сторону грузового затвора, при этом каждое из трех демпфирующих устройств закреплено на горизонтальной перемычке, жестко соединенной со стержнем и выполненной в виде круглого диска, на котором закреплено посредством винтов основание демпфирующего устройства, выполненного из жесткого вибродемпфирующего материала типа «Агат», которое соединено со втулкой из эластомера, имеющей центральное отверстие, через которое проходит стержень, а втулка имеет, по крайней мере, три отверстия, соосных со стержнем, в которых расположены упругие элементы, цилиндрические винтовые пружины, верхний торец которых посредством крепежных элементов соединен с основанием демпфирующего устройства, а нижний - находится в свободном состоянии и выступает за нижнюю плоскость втулки на расстояние, определяемое усилием, развиваемым ударной взрывной волной, а к торцевой поверхности втулки, со стороны свободного торца упругих элементов, расположенных в ее отверстиях, соосных со стержнем, жестко прикреплен предохранительный элемент, выполненный в виде конической поверхности, причем нижнее основание конуса опирается на втулку, а вершина выполнена с отверстием, в которое входит стержень.
На фиг. 1 показан вид сверху взрывозащитной камеры, на фиг. 2 показан разрез по сечению А-А на фиг. 1, на фиг. 3 изображен общий вид взрывозащитного устройства, на фиг. 4 - узел крепления разрывного элемента, на фиг. 5 - схема демпфирующего устройства с предохранительным элементом.
Взрывозащитная камера представляет собой стационарную железобетонную строительную конструкцию, которая может располагаться около дробильно-сортировочных комплексов, и предназначена для безопасного взрывания внутри нее негабаритов, образовавшихся после первичной отбойки горного массива. Преимущественная область ее использования - проведение экспериментальных исследований, при взрывании внутри нее, например, негабаритной горной массы.
Корпус камеры состоит из боковых и задней сдвоенных стенок - внутренних и наружных, размещенных на определенном расстоянии друг от друга, передней стенки с воротами и потолочины. В боковых и задней внутренних и наружных стенках имеются окна и проемы, расположенные со смещением относительно друг друга, чтобы куски не вылетали за пределы камеры, а ударная волна отводилась из него. В потолочине также выполнено окно для отвода ударной волны, причем для исключения вылета кусков негабарита наружу это окно также перекрыто дополнительной крышкой, размещенной на определенном расстоянии от плоскости потолочины. Стенки и потолочина в местах возможного контакта с разлетающимися при взрыве кусками негабаритов футерованы стальными листами, предотвращающими их от разрушения. Отличительной особенностью камеры является возможность перемещения по направляющим ее внутренних боковых стенок в заданных пределах для изучения взрывных процессов.
Через ворота в передней стенке корпуса камеры, закрывающиеся во время проведения взрывных работ, производится доставка негабаритов и вывоз разрушенной массы после взрывания. Через проемы в наружных стенках погрузчиком осуществляется уборка разрушенной массы, попавшей туда во время взрыва через окна во внутренних стенках. Таким образом, конструкция камеры позволяет надежно локализовать действие взрыва, сохраняя прочность всех элементов.
Новая совокупность существенных признаков, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет конструкции взрывозащитной камеры производить безопасное разрушение горной массы вблизи производственных площадок, изучение взрывных процессов, а также осуществлять экспериментальные исследования для определения механических свойств горных пород.
На фундаменте 1 располагается железобетонный корпус, в потолочине 2, в задней и боковых наружных 5, боковых внутренних 4 и задней внутренней стенках которого имеются проемы 6 и окна 7 для выхода избыточного давления (на фиг. 2 показано стрелками) взрывной волны. Крышка 8, перекрывая окно 7 в потолочине 2, располагается выше нее на расстоянии, достаточном для выхода избыточного давления, образующегося при взрывании негабаритов 9, и предотвращения разлета кусков. Передняя стенка 10, стенки 4, 5 и потолочина 2 в местах возможного контакта с разлетающимися при взрыве кусками негабаритов 9 футерованы стальными листами 11, предотвращающими их от разрушения. В передней стенке располагается транспортная арка 12 с воротами 13 для ввоза негабаритов 9 и вывоза разрушенного материала после взрыва.
Негабариты 9, привезенные из карьера или доставленные из бункера головных дробилок дробильно-сортировочного комплекса транспортным средством 14 (например, автосамосвалом), выгружают внутри взрывозащитной камеры. После проведения подготовительных работ закрывают ворота 13 и производят взрывание негабаритов 9. После этого открывают ворота 13 и погрузочно-доставочной техникой 15 осуществляют уборку разрушенного материала, в том числе и из проемов 6. Для проведения экспериментальных исследований внутренние боковые стенки 4 имеют возможность перемещения в заданных пределах по направляющим 16, изменяя внутренний полезный объем камеры. В потолочине 2 выполнено отверстие 17, в которое вставлено взрывозащитное устройство 18, с индикатором безопасности 19, которое связано мобильной связью с системой оповещения 20.
Для повышения безопасности проведения экспериментальных исследований в потолочине также смонтировано взрывозащитное устройство (фиг. 3, 4, 5).
Взрывозащитное устройство выполнено в виде взрывозащитного клапана, устанавливаемого на корпус 39 защищаемого объекта посредством крепежных элементов 40, и содержит футерованный грузовой затвор 22, подвижно соединенный с основанием 21 корпуса 23 клапана (фиг. 3, 4).
Подвижное соединение футерованного грузового затвора 22 с основанием 21 корпуса клапана выполнено в виде трех вертикально установленных стержней 30 в отверстиях, выполненных в периферийной части корпуса футерованного грузового затвора 22. При этом нижней частью стержни 30 закреплены в основании 21 корпуса клапана, а в верхней части имеют демпфирующее устройство 31, закрепленное на горизонтальных перемычках 32 стержней 30, и обращенное в сторону грузового затвора 22.
Каждое из трех демпфирующих устройств 31 (фиг. 5) закреплено на горизонтальной перемычке 32, жестко соединенной со стержнем 30 и выполненной в виде круглого диска, на котором закреплено посредством винтов 42 основание 41 демпфирующего устройства, выполненного из жесткого вибродемпфирующего материала типа «Агат», которое соединено со втулкой 43 из эластомера, имеющей центральное отверстие, через которое проходит стержень 30. Втулка имеет, по крайней мере, три отверстия 44, соосных со стержнем 30, в которых расположены упругие элементы 45, например цилиндрические винтовые пружины, верхний торец которых посредством крепежных элементов 46 соединен с основанием 41 демпфирующего устройства, а нижний - находится в свободном (неподжатом) состоянии и выступает за нижнюю плоскость втулки 43 на расстояние, определяемое усилием, развиваемым ударной взрывной волной.
Возможен вариант (фиг. 5), когда к торцевой поверхности втулки 43, со стороны свободного (неподжатого) торца упругих элементов 45, расположенных в ее отверстиях 44, соосных со стержнем 30, жестко прикреплен предохранительный элемент 47, выполненный в виде конической поверхности, причем нижнее основание конуса опирается на втулку 43, а вершина выполнена с отверстием, в которое входит стержень 30.
Предохранительный элемент 47 предназначен для демпфирования ударной волны в начальной стадии взрыва.
Корпус клапана 23 выполнен в виде нижней цилиндрической, средней конической и верхней цилиндрической частей, причем в нижней цилиндрической части размещен футерованный грузовой затвор 22, перекрывающий отверстие диаметром Dy в корпусе 21 защищаемого объекта. В верхней цилиндрической части корпус 23 клапана размещен теплоизоляционный элемент 24 и герметизирующая мембрана 25, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом 28, взаимодействующим с отбойником 27. Узел 29 крепления разрывного элемента (фиг. 4), выполненного в виде проволоки 38, крепится своей верхней частью на рычаге 28, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса 23 клапана. Узел крепления разрывного элемента состоит из проволоки 38, стопорного болта 33, вилки 34, рычага 35 крышки клапана, гайки 36, и двух барабанов 37, расположенных соответственно в вилке 34 рычага 35 крышки клапана, и в вилке верхней цилиндрической части корпуса 23 клапана. Концы проволоки 38 вставляются в отверстия барабанов 37 и затем наматываются на них при их вращении обычным гаечным ключом. После достаточного натяжения проволоки барабаны 37 фиксируются стопорными болтами 33. Откидная крышка 26 через рычаг 28 удерживается в закрытом положении узлом 29 разрывного элемента. Для полной герметизации клапана используется мембрана 25 из алюминиевой фольги или из полимерного материала. Затвор 22 не обеспечивает герметичного перекрытия сбросного отверстия защищаемого объекта, он свободно лежит на нем, а стержни 30 служат для центровки затвора 22, т.е. для предотвращения его больших смещений относительно сбросного отверстия. Взрывозащитный клапан работает следующим образом.
При срабатывании клапана крышка 26 отбрасывается до упора в отбойники 27, засыпка 24 потоком газа выбрасывается из полости клапана, а затвор 22 приподнимается вверх, насколько позволяет длина удерживающих его стержней 30, при этом частичное поглощение взрывной энергии приходится на демпфирующие устройства 31, закрепленные на горизонтальных перемычках 32. При этом сначала сжимаются упругие элементы 45, например цилиндрические винтовые пружины, нижние торцы которых находятся в свободном (неподжатом) состоянии, а затем энергию взрыва гасят втулки 43 из эластомера, например литьевого полиуретана совместно с упругими элементами 45, при этом имеет место помимо демпфирования в материале втулок 43, еще и сухое трение упругих элементов 45 о боковые поверхности отверстий 44, расположенных во втулках 43 из эластомера.
Возможен вариант взрывозащитного клапана с системой оповещения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС) (на чертеже не показано).
На внутренней поверхности предохранительного элемента 47, предназначенного для демпфирования ударной волны в начальной стадии взрыва и выполненного в виде конической поверхности с отверстием в вершине, в которое входит стержень 20, закреплен тензометрический датчик измерения деформации, сигнал с которого по линии связи поступает на тензоусилитель, а с него по линии связи в блок системы оповещения об аварийном режиме работы взрывозащитного клапана, которая позволяет принять соответствующие меры для предотвращения начальной фазы возникновения чрезвычайной ситуации.