СКВАЖИННЫЙ ЗАРЯД ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Полезная модель относится к области взрывного дела в горной, горно-металлургической, строительной и других отраслях промышленности.
Для разрушения горных пород применяются различные способы: взрывание, воздействие электрического тока, механическое воздействие и др.
Наиболее распространенным способом разрушения горных пород является взрывание. Взрывание скважинными зарядами на открытых карьерах является основным способом разрушения скальных горных пород и подготовки их, тем самым, к выемке и последующей переработке (Кутузов Б.Н. Взрывные работы, М., Недра, 1988, стр.260-288).
В настоящее время все более широкое применение на взрывных работах находят эмульсионные взрывчатые вещества (ЭВВ). Они зарекомендовали себя как эффективные, технологичные, низкочувствительные, относительно дешевые взрывчатые вещества, имеющие широкий диапазон применения: в сухих и обводненных массивах любой трещиноватости, в породах любой крепости.
3
Однако широкое распространение ЭВВ сдерживается рядом причин и прежде всего зависимостью их скорости детонации от плотности заряжания, которая получается в скважинах. Для получения оптимальной скорости детонации необходимо поддерживать плотность заряда в пределах 1,25-1,3 г/см. В случае отклонения плотности от указанного значения в большую или меньшую стороны наблюдается существенное снижение скорости детонации вплоть до полного затухания детонационного процесса (Соснин В.А., Колганов Е.В. Исследование детонационных процессов в эмульсионных взрывчатых веществах. Сб. Взрывное дело №94/51, с.181-195).
В реальных горногеологических условиях применения ЭВВ, добиться равномерной плотности заряжания по всей высоте колонкового заряда практически невозможно. Критический диаметр детонации открытых зарядов большинства современных ЭВВ составляет порядка 100 мм (Маслов И.Ю., Сивенков В.И., Ненахов И.А. Определение фактических детонационных и энергетических характеристик ЭВВ порэмит 1А в удлиненных и сосредоточенных зарядах. Сб. Взрывное дело №94/51, с.133-139).
Вместе с тем необходимо отметить, что в настоящее время на многих горных предприятиях и карьерах началась замена отечественных буровых станков большого диаметра (230…250 мм) на высокопроизводительные станки иностранного производства диаметром менее 170 мм.
Таким образом, диаметр скважин становится соизмеримым с критическим диаметром детонации большинства ЭВВ, тем самым повышается вероятность неполной детонации скважинных зарядов. Имеются сведения о затухании процесса детонации в зарядах порэмита 1А диаметром 160 мм (Соснин В.А., Колганов Е.В. Безопасность эмульсионных промышленных взрывчатых веществ. Записки Горного института. Т.171, С-Пб, 2007, с.203-212).
На практике данная проблема решается путем формирования в скважинах комбинированных зарядов коаксиальной (соосной) формы. В данных конструкциях заряд ВВ с высоким детонационным импедансом, выполняющий роль линейного инициатора, размещается по оси скважины и окружается слоем ВВ с низким детонационным импедансом или наоборот.
Известна конструкция скважинного заряда ВВ (патент РФ на изобретение №2156431). Основным недостатком данной конструкции является сложность практической реализации. Так как формирование заряда коаксиальной формы предполагается осуществлять естественным путем при одновременном заряжании скважины двумя смесительно-зарядными машинами, то очень сложно выдержать соосность внутреннего и внешнего зарядов по высоте колонки, а, следовательно, толщину слоя внешнего заряда на уровне выше критического диаметра детонации этого ВВ. Последнее обстоятельство может приводить к срыву детонации или неполному срабатыванию заряда основного ВВ.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является конструкция скважинного комбинированного заряда ВВ, защищенная патентом РФ на ПМ №38054. Однако и она не лишена указанных выше недостатков, за исключением варианта, когда колонковый заряд формируется из заранее изготовленных патронов с соосно расположенными в них взрывчатыми веществами. Однако в этом случае необходимо иметь специальное производство по изготовлению данных патронов, что экономически не всегда оправдано.
Избавиться от указанных выше недостатков позволяет заявляемая конструкция скважинного заряда.
Целью полезной модели является конструкция комбинированного скважинного заряда ВВ с оптимальным сочетанием экономических показателей и эффективности взрывного воздействия.
Конструкция такого заряда предполагает размещение по всей длине скважины у ее стенки заряда ВВ с высоким детонационным импедансом (линейного инициатора), а в остальной части скважины - любого другого ВВ, выбор которого определяется условиями водонаполненности скважины, типом пород, их обводненностью и технологическими требованиями к горной массе по интенсивности дробления.
Применение линейного инициатора позволяет повысить начальный детонационный импульс и тем самым повысить выделение энергии химического превращения ВВ основного заряда. Чтобы получить высокий начальный детонационный импульс, в заряде линейного инициатора используют ВВ с высокими энергетическими характеристиками и малым критическим диаметром детонации. Для повышения плотности заряжания скважины и эффективности воздействия заряда линейного инициатора, его целесообразно выполнить в форме сегмента с радиусом равным радиусу скважины и высотой не менее критического диаметра детонации.
Предлагаемая конструкция заряда представлена на рисунке (см. фиг.). На рисунке показаны сегментообразный заряд линейного инициатора 1 и заряд основного ВВ 2 в скважине 3.
В качестве ВВ линейного инициатора могут быть использованы конденсированные ВВ (тротил и его смеси), а также промышленные ВВ на гелевой основе, например, гельпор. При применении гелеобразных ВВ заряд линейного инициатора необходимо заключать в жесткий корпус (оболочку).
Целесообразность использования гельпора ГП-2 (ТУ 7276-003-02066492-00) обусловлена следующими преимуществами: он водоустойчив, безопасен в обращении, обладает сравнительно малым критическим диаметром детонации, высокой объемной концентрацией энергии и удлиненной зоной химической реакции (Белин А.В., Дорошенко С.И. и др. Физические основы, технологические схемы и экономические показатели применения гелевых ПВВ. Сборник докладов 7-й международной научно-технической конференции «Комплексная утилизация обычных видов боеприпасов». ФГУП «КНИИМ», г.Красноармейск, М.: ИД «Оружие и технологии», 2007, с.216-220).
Физическое и экономическое обоснование конструкции предлагаемого заряда заключается в следующем.
3
Ввиду того, что гельпор обладает высокой объемной концентрацией энергии (~5,5 МДж/дм), размещаемый по всей глубине скважины гельпоровый линейный инициатор, обладает повышенным детонационным импедансом и способствует созданию нормального режима детонации в основной части комбинированного заряда.
Данная конструкция скважинного заряда значительно упрощает и ускоряет процесс заряжания скважин, т.к. не требует соблюдения строгой осевой симметрии линейного инициатора и основного заряда, поскольку разместить заряд линейного инициатора у стенки скважины технологически значительно проще.
зли
Погонная масса заряда линейного инициатора Q в форме сегмента рассчитывается по формуле:
зли
кр
кр
2
2
1/2
Q=4/3ρd(d/4-(d/2-d)),
где d - диаметр скважины, м;
кр
d - критический диаметр детонации гельпора, м;
3
ρ - плотность гельпора, кг/м.
Использование заряда такой конструкции позволяет получить максимальный эффект при разрушении крупноблочных массивов крепких горных пород.