СОЛЯНОЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СКВАЖИННОГО ЗАРЯДА В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ

Полезная модель относится к горному делу и в частности к буро-взрывным работам для рыхления многолетнемерзлых горных пород.
Для рыхления мерзлого массива горных пород в условиях многолетней мерзлоты ведут буро-взрывные работы. Последующая экскавация взорванных горных пород осложняется их повторным смерзанием, что затрудняет их дальнейшую разработку горными машинами.
Известна конструкция ледяных модулей для формирования скважинного заряда в условиях криолитозоны [1] (Прототип).
Недостатком указанной конструкции является то, что она не исключает повторное смерзание взорванной горной массы.
Технической задачей данной полезной модели являлась разработка конструкции скважинного заряда ВВ, предотвращающего повторное смерзание в монолит взорванных многолетнемерзлых горных пород.
Новым в конструкции, включающей модуль для формирования скважинного заряда в условиях криолитозоны, выполненный в виде цилиндра со сквозной продольной полостью для заполнения ее взрывчатым веществом, размером позволяющим разместить его в скважине, является то, что он выполнен из солей, предотвращающих смерзание горных пород.
2
Введенный в формулу полезной модели такой существенный признак как то, что модуль выполнен из соли, например, NaCl (поваренная соль), MgCl (бишофит), обеспечивает при взрыве ВВ в скважине взрывное засоление раздробленных многолетнемерзлых пород, которое предотвращает их повторное смерзание, она легко разрушается землеройными машинами, не примерзает к поверхности транспортных средств и рабочих органов землеройных машин.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показано в разрезе размещение заряда из соляных модулей ВВ в скважине; на фиг.2 - разрез А-А (круглая форма постоянного диаметра).
Условные обозначения принятые на чертежах: 1 - мерзлый грунт; 2 - скважина; 3 - соляной модуль; 4 - сквозная внутренняя продольная полость модуля необходимой конфигурации; 5 - заряд ВВ; 6 - забоечный модуль; 7 - детонаторный шнур.
Для формирования скважинного заряда из соляных модулей в условиях криолитозоны в мерзлом грунте 1 пробуривают скважину 2, куда помещают соляной модуль 3, выполненный из соли цилиндрической формы и имеющий несколько меньший, чем скважина 2, диаметр. Внутри соляного модуля 3 выполнены продольные сквозные полости 4, которые на разных модулях 3 выполняют различной конфигурации, необходимой для придания скважинному заряду требуемой формы, в которые помещают заряд ВВ 5. Сплошной соляной цилиндрический модуль 6 с размещенным в нем детонирующим шнуром 7 применяют для забойки скважины 2.
В таблице 1 приведены справочные данные по растворимости хлоридов натрия, кальция, калия и магния в зависимости от температуры. Знаком (*) отмечены концентрации и температуры, соответствующие точке эвтектики для каждой соли [2]. Соль, будучи смешанной со льдом (в том числе в форме снега), вызывает его таяние (плавление). Образовавшийся водно-солевой раствор имеет температуру кристаллизации (замерзает) ниже 0°C, которая зависит от количества соли в растворе (чем выше концентрация, тем ниже температура кристаллизации раствора).
При искусственном засолении мерзлых грунтов изменяются их физико-механические свойства [3].
Испытание на сжатие образцов грунтов, засоленных раствором поваренной соли, показывает, что засоление приводит к значительному снижению временного сопротивления. При концентрации раствора 15-20% и отрицательной температуре -10÷-20°C временное сопротивление грунта сжатию примерно такое же, как и при положительной температуре [3].
Представленные на рис.1 зависимости характеризуют снижение условно-мгновенной прочности на сжатие мелкозернистого песка и несвязного суглинка при повышении концентрации поваренной соли и первоначальной влажности. Более резкое снижение прочности при одинаковой концентрации раствора соли, влажности и отрицательной температуре наблюдается для более грубодисперсных сред [3].
Таблица 1
Температура замерзания растворов противосмерзающихся реагентов.
Концентрация, %
Температура замерзания, °C
NaCl
CaCl<sub>2</sub>
MgCl<sub>2</sub>
KCl
2
-1.2
-1,1
-0,9
4
-2,45
-2,3
-1,9
6
-3,75
-3,7
-2,8
8
-5,11
-5,5
-3,8
10
-6,62
-7
-7,7
-4,8
12
-8,28
-9
-10,1
-5,9
14
-10,00
-11
-13,4
-7,0
16
-11,90
-13
-17,4
-8,2
18
-14,00
-17
-22,6
-9,6
19.74*
-10,7*
20
-16,30
-20
-29,0
21*
-22
-33,5*
22
-19,00
-24
23.3*
-21,20*
24
-29
Концентрация, %
Температура замерзания, °C
NaCl
CaCl<sub>2</sub>
MgCl<sub>2</sub>
KCl
26
-35
28
-43
29,6*
-51*
деф
Рис.1. Зависимость условно-мгновенной прочности мерзлых грунтов на сжатие от концентрации раствора поваренной соли (V=50 мм/мин): 1 - лессовидный суглинок w=20%, T=-20°C; 2 - мелкозернистый песок w=15%, T=-20°C; 3 - мелкозернистый песок w=10%, T=-10°C.
Известен способ получения брикетов-лизунцов из рассыпной или выварочной поваренной соли с крупностью частиц 0,01-1,00 мм, имеющей влажность 2-10% включающей заполнение формы солью, ее уплотнение, отверждение и выгрузку из формы, отличающийся тем, что отверждение смеси осуществляется сушкой брикетов при нагревании и/или за счет естественного испарения влаги [4].
Соляные модули 3 изготавливают следующим образом [4]. Влажной рассыпной или выварочной солью с крупностью частиц 0,01-1,00 мм (влажность 2-10%) заполняют форму необходимой конфигурации, соль в форме уплотняют. Формованную соль отверждают сушкой при нагревании и/или за счет естественного испарения влаги. Во влажной соли вода находится в виде насыщенного раствора хлористого натрия и заполняет прозоры между частицами соли. При сушке вода испаряется. В прозорах между частицами соли выделяются кристаллы поваренной соли, которые срастаются между собой и с частицами поваренной соли, образуя “мостики”, связывающие друг с другом отдельные частицы соли. В результате все частицы соли скрепляются. После высушивания всей влаги рассыпная соль отверждается в одну сплошную твердую массу, образуя соляной модуль 3 необходимой конфигурации. Сушку влажных соляных модулей 3 проводят вместе с формой или после извлечения влажного брикета из формы.
Применяют соляные модули 3 следующим образом: в пробуренную скважину 2 круглого сечения друг на друга укладывают модули 3 определенной длины (кратной длине скважины 2), изготавливаемые из соли и имеющие цилиндрическую наружную форму меньшего чем скважина 2 диаметра со сквозными внутренними полостями 4. Затем внутренние полости 4 установленных соляных модулей 3 заполняют инициирующим и основным зарядами ВВ 5 и с помощью забоечного модуля 6, изготавливаемого из соли и имеющие цилиндрическую наружную форму меньшего чем скважина 2 диаметра производят забойку скважины 2.
В процессе взрыва заряда ВВ 5 в мерзлом грунте 1 образуются зона дробления и зона трещинообразования, в которые под действием газообразных продуктов детонации ВВ 5 нагнетается соль из разрушенных соляных модулей 3. Соль, проникающая в трещины, вступает во взаимодействие с влагой, выделяемой в процессе взрыва мерзлыми горными породами, и растворяется в ней. Растворы солей заполняют трещины и исключают смерзание мерзлой горной породы.
Размещение модулей 3 (фиг.1) в скважине 2 можно осуществлять с помощью специальных или известных устройств, например, с использованием ручной лебедки, устанавливаемой в устье скважины 2.
Заряжание сформированной с помощью модулей 3 внешней поверхности основного заряда при использовании сыпучих ВВ для повышения эффективности БВР может производиться средствами механизации - зарядными машинами.
Преимуществом предложенной полезной модели является предотвращение повторного смерзания взорванных многолетнемерзлых горных пород.
Источники информации
1. Патент на полезную модель №65134 РФ, Ледяные модули для формирования скважинного заряда в условиях криолитозоны // Ткач С.М., Васильев П.Н.. МПК E21C 37/00. Заявл. 18.10.2006. Опубл. 27.07.2007. Бюлл. №21.
2. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии / Под общ. ред. акад. АН УССР А.Т. Пилипенко. - Киев: Наукова думка, 1987. - 833 с.
3. Суриков, В.В. Механика разрушения мерзлых грунтов. - Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1978. - 128 с.
4. Патент на изобретение №2038792 РФ, Способ получения брикетов лизунцов // Левераш В.И.; Обухов А.В.; Шмелев В.Г.; Кропанев И.С.; Пустосмехов А.Ю. МПК A23K 1/16, A23K 1/17. Заявл. 19.08.1992. Опубл. 09.07.1995.