СМЕСИТЕЛЬНО-ЗАРЯДНАЯ МАШИНА ДЛЯ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

Полезная модель 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.
Известна универсальная машина для зарядки буровых скважин (патент UА 14492U, 2006 г.), включающая в себя смонтированный на транспортной базе зарядный комплекс, который включает бункеры под твердые и жидкие компоненты с загрузочными и разгрузочными окнами, шнековую систему подачи и смешивания компонентов ВВ, которая содержит соединенные между собой горизонтальный шнек для подачи твердых компонентов и поворотный транспортно-доставочный шнек с трубчатым желобом и технологическими патрубками для подачи смеси компонентов ВВ в приемочный бункер, разгрузочное окно которого соединено со шнековым смесителем-нагнетателем, выход которого соединен с зарядным шлангом шлангового барабана, ролик и поворотную составную стрелу, насосы-дозаторы, систему промывки, электрооборудование и программное управление. Горизонтальный шнек размещен над поворотным транспортно-доставочным шнеком, который смонтирован относительно него под углом. Шнеки соединены между собой с возможностью поворота и фиксации их положения один относительно другого.
Недостатком данного устройства является сложность и низкая эффективность при зарядке восходящих скважин, обусловленная конструктивными особенностями.
Известна универсальная смесительно-зарядная машина (патент RU №142788, опубл. 10.07.2014), включающая в себя комплекс оборудования, смонтированный на автотранспортной базе и содержащий две емкости, одна из которых универсальная выполнена внизу с приспособлением для выпуска эмульсионной матрицы и запорным устройством для выпуска аммиачной селитры, а вверху - с загрузочными люками, при этом вторая емкость выполнена также универсальной с приспособлением для выпуска эмульсионной матрицы и запорным устройством для выпуска аммиачной селитры внизу и, по меньшей мере, с одним загрузочным люком вверху, а каждый из загрузочных люков обеих емкостей перекрыт фильтрационным пакетом, состоящим из фильтрационной сетки и расположенного под сеткой успокоителя волн эмульсии, выполненного в виде ребристой решетки с параллельно расположенными пластинами. Запорные устройства для выпуска эмульсионной матрицы обоих емкостей выполнены в виде съемных люков. Обе емкости выполнены в виде отсеков единого бункера, разделенного герметической перегородкой. В своей нижней части каждая емкость имеет предохранительный выплавной люк.
Недостатком данного устройства является сложность и низкая эффективность при зарядке восходящих скважин, обусловленная конструктивными особенностями.
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 №49975, 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 со свойствами, необходимыми для удержания в скважине.
Известно устройство для приготовления и заряжания скважин смесевым эмульсионным взрывчатым веществом (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 заряжания восходящих шпуров и скважин.
Известна универсальная смесительно-зарядная машина, (патент РФ №121174, опубл. 20.10.2012), включающая в себя комплекс оборудования, смонтированный на автотранспортной базе и содержащий два бункера, один из которых предназначен для аммиачной селитры и выполнен с верхними загрузочными люками, а второй - универсальный - для эмульсионной матрицы и аммиачной селитры, выполнен внизу с поворотным затвором для выпуска эмульсионной матрицы и запорным устройством для выпуска аммиачной селитры, а вверху - с загрузочными люками, три последовательно соединенных шнека - горизонтальный донный шнек, наклонный шнек и смесительно-зарядный шнек, горизонтальный донный шнек соединен с выходом бункера для аммиачной селитры и запорным устройством универсального бункера, смесительно-зарядный шнек выходом соединен с приемным бункером, а входом связан с поворотным затвором универсального бункера и емкостью с газогенерирующей добавкой, наклонный шнек связан с емкостью с дизельным топливом, при этом связи поворотного затвора универсального бункера, емкости с газогенерирующей добавкой и емкости с дизельным топливом со шнеками осуществляются через соответствующие насосы, а выход приемного бункера соединен через выходной насос с зарядным шлангом шлангового барабана. Связь входа смесительно-зарядного шнека с поворотным затвором универсального бункера и емкостью с газогенерирующей добавкой осуществляется через статический миксер.
Недостатком данного устройства является низкая эффективность при зарядке восходящих скважин, обусловленная конструктивными особенностями, а также повышенная трудоемкость работ.
Установка зарядная подземная для заряжания скважин эмульсионным взрывчатым веществом, принятая за прототип (патент РФ №141174, опубл. 27.05.2014), изготавливаемым в процессе заряжания при ведении подземных горных работ, включающая зарядчик с барабаном для зарядного шланга и дозатор со смесителем, дозирующими насосами и систему автоматического дозирования, при этом зарядчик и дозатор выполнены на разных разобщенных рамах и функционально связаны между собой посредством двух шлангов - шланга для подачи эмульсии и шланга для подачи газогенерирующей добавки (ГГД), при этом на раме дозатора смонтированы пневмосистема, насос эмульсии с напорным и всасывающим трубопроводами, система автоматического дозирования компонентов, система подачи воды и система подачи ГГД с расходным баком, а зарядчик размещен на колесной раме и содержит шланговый барабан с пневмоприводом и зарядным шлангом, смеситель эмульсии и ГГД, а также пневмосистему зарядчика и систему кольцевого впрыска воды в зарядный шланг.
Недостатком данной полезной модели является сложность конструкции и высокая стоимость колесной рамы, малопригодной для передвижения по подземным выработкам.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции и снижение стоимости колесной рамы.
Технический результат достигается тем, что в смесительно-зарядной машине для подземных горных работ, включающей зарядчик с зарядным шлангом, насосы, функционально связанные шлангами для подачи эмульсии, воды и газогенерирующей добавки, всасывающий трубопровод, систему дозирования компонентов, баки для воды и газогенерирующей добавки, зарядчик размещен на колесной раме и содержит смеситель эмульсии и газогенерирующей добавки, а также пневмосистему зарядчика и систему кольцевого впрыска в зарядный шланг, согласно полезной модели зарядчик выполнен съемным с возможностью жесткого крепления на колесной раме с помощью платформы и снабжен защитой кабиной колесной рамы и усиливающими элементами, емкость для эмульсии выполнена из еврокуба, а для дозирования, перекачки и смешивания компонентов используют поршневой насос, установленный в защитном шкафу, управляемый с помощью шкафа управления, причем с помощью системы кольцевого впрыска в зарядный шланг вводят газогенерирующую добавку, а смеситель эмульсии установлен на конце зарядного шланга.
Технический результат достигается также тем, что в качестве колесной рамы используют грузовое шасси Силант.
Технический результат достигается также тем, что колесная рама имеет кран-манипулятор.
Смесительно-зарядная машина для подземных горных работ поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено устройство, изометрическая проекция, на фиг. 2 показано устройство, вид сверху, на фиг. 3 показано устройство, вид сзади, на фиг. 4 показано устройство, вид сбоку, на фиг. 5 показана принципиальная схема установки устройства на колесной раме, например шасси Силант, вид сбоку, на фиг. 6 показана принципиальная схема установки устройства на колесной раме, например шасси Силант, вид сверху, на фиг. 7 показана принципиальная схема установки устройства на колесной раме, например шасси Силант, вид спереди, на фиг. 8 показана принципиальная схема функциональных взаимосвязей устройства, где:
1 - платформа;
2 - защита для кабины колесной рамы;
3 - контейнер для хранения эмульсии, например, IВС контейнер емкостью 1000 л;
4 - шкаф управления;
5 - всасывающий трубопровод, соединяющий насос компонентов 10 с контейнером 3 для эмульсии;
6 - бак для воды, например, емкостью 70 л;
7 - бак для газогенерирующей добавки, например, емкостью 70 л;
8 - рама для контейнера 3 для хранения эмульсии, устанавливаемая на колесную раму 2;
9 - защитный шкаф насоса компонентов;
10 - насос компонентов - эмульсии, газогенерирующей добавки и воды, установленный в защитном шкафу 9;
11 - колесная рама;
12 - кран-манипулятор;
13 - заслонка, например трехходовой кран;
14 - зарядный шланг;
15 - барабан для зарядного шланга 14;
16 - шланги, функционально связывающие контейнер 3 для хранения эмульсии, бак для воды 6, бак 7 для газогенерирующей добавки, насос компонентов 10 эмульсии, газогенерирующей добавки и воды, а также зарядный шланг 14;
17 - смеситель эмульсии, установленный на конце зарядного шланга, например, Sulzer.
Эмульсионные взрывчатые вещества широко используются во всем мире. 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.
Смесительно-зарядная машина для подземных горных работ предназначена для временного хранения и приготовления эмульсионных взрывчатых веществ с возможностью ручного заряжания восходящих шпуров и скважин.
Смесительно-зарядная машина для подземных горных работ содержит следующие основные элементы. Зарядчик включает в себя платформу 1 с защитой 2 для кабины колесной рамы и раму 8 для контейнера 3 для хранения эмульсии. Платформа 1 выполнена с возможностью жесткого крепления на колесной раме 11. На платформе 1 жестко закрепляют контейнер 3 для хранения эмульсии, например еврокуб, он же IВС контейнер емкостью 1000 л. Еврокуб (IВС - от англ. Intermediate Вulk Container, кубическая емкость, пластиковый контейнер, кубовая бочка, пластиковый куб) относится к категории среднетоннажных контейнеров. Жесткая наружная упаковка (стальная обрешетка, поддон из дерева, металла или пластика), в которую помещена пластиковая емкость («колба», «бутыль»). Форма: внутренняя емкость - куб. Материал: полиэтилен низкого давления высокой плотности (ПЭ 100). Толщина стенки: 1,5-2,0 мм (в зависимости от спецификации). Цвет: белый (естественный цвет полиэтилена). На верхней части пластиковой емкости имеется заливная горловина, на которую устанавливается полиэтиленовая крышка, которая может быть снабжена вентиляционным клапаном. В нижней части емкости устанавливается сливной кран с плунжерным или шаровым типом вентиля и резиновым уплотнением. Стандартный размер кранов - 2 дюйма; для вязких пастообразных продуктов изготавливаются еврокубы с кранами 3 дюйма. Сливной кран может быть привариваемым или прикручиваемым; крепится в нижней части бутыли и не выходит за габариты куба. Металлическая обрешетка: полые трубки из гальванизированной стали. Верхняя часть обрешетки крепится к основной части винтовым соединением и может быть отсоединена для замены пластиковой бутыли. IВС контейнер 3 комплектуется деревянным, стальным или пластиковым поддоном с помощью винтов. IВС контейнеры могут быть с подогревом для транспортировки жидкостей, подверженных перепадам температур. Также на платформе 1 установлен шкаф управления 4, функционально связанный шлангами 16 с насосом компонентов 10, предназначенным для перекачки эмульсии, газогенерирующей добавки и воды, установленный в защитном шкафу 9. Всасывающий трубопровод 5 соединяет насос компонентов 10 с контейнером 3 для эмульсии. На платформе 1 за пределами рамы 8 для контейнера жестко закрепляют бак 6 для воды, например, емкостью 70 л, и бак 7 для газогенерирующей добавки, например, емкостью 70 л. Емкость всех баков и емкостей принимают, исходя из требуемых пропорций компонентов взрывчатого вещества. Колесная рама 11 может быть выполнена на базе шасси Силант российского производителя, что позволяет сократить расходы на покупку шасси. Колесная рама 11 Силант является двухосным полноприводным многофункциональным колесным транспортным средством, с возможностью монтажа различного вида технологического оборудования. Колесная рама 11 имеет рамную конструкцию, зависимую рессорную подвеску всех колес, двухдверную трехместную кабину каркасно-панельного типа. Также на колесной раме 11 может быть установлен кран-манипулятор 12, например Palfinger РК 6500. Контейнер 3 для хранения эмульсии, бак для воды 6, бак 7 для газогенерирующей добавки, насос компонентов 10 эмульсии, газогенерирующей добавки и воды, установленный в защитном шкафу 9, а также зарядный шланг 14 функционально связаны между собой шлангами 16. Для регулировки и направления потоков используют заслонки 13.
Смесительно-зарядная машина для подземных горных работ работает следующим образом. Устройство может использовать предоставляемый в подземных условиях службой заказчика воздух под высоким давлением, необходимый для работы пневматической станции (условно не показана), которая в свою очередь приводит в действие поршневой насос компонентов 10.
Перед пуском устройства необходимо провести проверку следующих показателей и систем:
- уровень эмульсионной матрицы в контейнере 3;
- уровень воды в баке 6;
- уровень газогенерирующей добавки в баке 7;
- все емкости и баки должны быть закрыты крышками;
- не должно быть утечек на насосе компонентов 10;
- не должно быть видимых утечек на всех участках гидравлической системы устройства;
- заслонки 13 должны быть перекрыты;
- все системы аварийного отключения должны быть в исправном состоянии.
Колесная рама 11 с установленным зарядчиком своим ходом перемещается на места проведения взрывных работ. В забое колесную раму 11 устанавливают и подготавливают к работе, разматывают зарядный шланг 14 с барабана (условно не показан), предварительно прикручивают на его конец смеситель эмульсии 17. Подключают зарядчик к источнику пневматической энергии на колесной раме 11 или к рудничной пневматической сети. Устанавливают в шкафу управления 4 требуемую рецептуру и пропорции подачи компонентов насосом 10.
Эмульсионная матрица, находящаяся в контейнере 3, подается в поршневой насос компонентов 10 через всасывающий трубопровод 5. Насос компонентов 10 является нагнетательным поршневым насосом, который производит импульсный поток. Насос компонентов 10 приводится в действие при помощи пневматической станции (условно не показана). Насос компонентов 10 подает эмульсию и газогенерирующую добавку через инжектор на основе аммиачной селитры по шлангам 16 - функциональным связям, например, в зарядный шланг 14. В зарядный шланг 14 впрыскивается газогенерирующая добавка через инжектор (условно не показан). Подача газогенерирующей добавки регулируется заслонкой 13, например трехходовым краном от поршневого насоса 10. В поток эмульсии вводят газогенерирующую добавку коаксиально потоку эмульсионной матрицы, за счет чего газогенерирующая добавка образует пленку по всей внутренней поверхности подающей линии и зарядного шланга 14, т.е. действует как смазка для облегчения перекачивания продукта в виде эмульсионного взрывчатого вещества. При отсутствии газогенерирующей добавки в зарядном шланге 14 перекачивание будет замедляться и в конечном итоге остановится. Подачу зарядного шланга 14 на забой осуществляют вручную путем сматывания с барабана (условно не показан). На стороне подачи у насоса 10 могут быть встроены фильтр и манометр. Фильтр предотвращает попадание загрязняющих веществ, таких как камни и кристаллы, в установку. На конце зарядного шланга установлен статический миксер 17, который дополнительно перемешивает газогенерирующую добавку и эмульсию для дополнительной гарантии того, что они перемешались должным образом, и тем самым сенсибилизировали продукт. Скорость насоса компонентов 10 регулируется, устанавливается и проверяется с помощью шкафа управления 4, подключенного к насосу. Показатели работы насоса 10 отображаются на панели дисплея в шкафу управления 4. После заряжания требуемого количества эмульсионного взрывчатого вещества в скважину с одновременным извлечением зарядного шланга 14 его вводят в следующую скважину, задают на шкафу управления требуемое количество продукта и производят дальнейшее заряжание. Промывка шлангов 16, зарядного шланга 14, насоса компонентов 10 и смесителя эмульсии 17 происходит за счет запаса воды в баке 6, установленного на зарядчике путем переключения заслонок 13 в положение промывки. После заряжания колесная рама 11, например, на базе шасси Силант с навесным модулем своим ходом перемещается в безопасную зону или в другой проходческий забой.
Применение смесительно-зарядной машины для подземных горных работ обеспечивает следующие преимущества:
- упрощение конструкции;
- снижение затрат на покупку колесной рамы;
- минимизация габаритных размеров устройства за счет компактной конструктивной компоновки.