КОМБИНИРОВАННЫЙ ЗАРЯД ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ЗАРЯЖАНИЯ ЧАСТИЧНО ОБВОДНЕННЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к зарядам взрывчатого вещества и может быть использована в горнодобывающей промышленности при отбойке частично обводненных горных пород.
Поиск рациональных конструкций заряда для дробления обводненных горных пород взрывом определяется необходимостью использования неводоустойчивых аммиачно-селитренных взрывчатых веществ, которые относятся к числу наиболее дешевых.
Известны конструкции комбинированных зарядов, состоящие в обводненной части скважины из водоустойчивых взрывчатых веществ таких, как гранулотол, алюмотол и др., а в верхней части скважины используются аммиачно-селитренные взрывчатые вещества. Аммиачно-селитренное взрывчатое вещество отделяется от водного промежутка поплавком из легкого материала (1) или слоем порошкообразного взрывчатого материла, размещенного в герметичном полимерном рукаве (2). Недостатком этих зарядов является их высокая стоимость из-за использования водостойких тротилсодержащих взрывчатых веществ.
3
Наиболее близким из технических решений к заявляемой полезной модели является заряд взрывчатого вещества, включающий средство инициирования и комбинированный заряд, состоящий в нижней обводненной части скважины из патронов взрывчатого вещества с плотностью более 1000 кг/м, в верхней сухой части скважины - слоя россыпного неводоустойчивого аммиачно-селитренного взрывчатого вещества, отделенных друг от друга слоем инертного низкоплотного материала (3), принятый авторами в качестве прототипа. Недостатком заряда-прототипа является сложность расчета высоты слоя инертного низкоплотного материала в зависимости от высоты слоя россыпного неводоустойчивого аммиачно-селитренного взрывчатого вещества, времени нахождения комбинированного заряда в обводненной скважине до его подрыва..
Технической задачей полезной модели является повышение технико-экономической эффективности ведения взрывных работ за счет повышения взрывного воздействия на разрушаемую горную породу, упрощения и снижения стоимости формирования заряда, возможности изготовления взрывчатых веществ и патронов на их основе на местах ведения взрывных работ.
Техническая задача была решена разработкой конструкции комбинированного заряда взрывчатого вещества для заряжания частично обводненных скважин, включающего патроны взрывчатого вещества, россыпное неводоустойчивое аммиачно-селитренное взрывчатое вещество, средство инициирования и забойку из инертного материала, в котором на патроне, выступающем из воды, установлен дополнительный полимерный рукав с герметично заделанным нижним торцом диаметром больше диаметра скважины и длиной не менее длины патрона, в котором размещен патрон взрывчатого вещества, а свободный объем полимерного рукава и скважины до забойки выше уровня воды заполнен россыпным аммиачно-селитренным взрывчатым веществом.
Колонка заряда может содержать россыпное и патронированное аммиачно-селитренные взрывчатые вещества одинакового или разного компонентного состава.
В качестве полимерного рукава может использоваться полимерный пакет из полиэтилена, полипропилена, полиамида или др. водостойкого материала.
Отличительной особенностью заявляемого комбинированного заряда является:
- переменное сечение колонки заряда взрывчатого вещества по высоте скважины, что повышает эффект взрывного воздействия на разрушаемую горную породу;
- исключение слоя инертного разделителя между сухой и обводненной частями заряда, что упрощает формирование колонки комбинированного заряда взрывчатого вещества на местах ведения взрывных работ и снижает стоимость ведения взрывных работ.
Технический результат может быть достигнут только в сочетании всех признаков полезной модели.
Плотный контакт патронов из аммиачно-селитренного взрывчатого вещества, полимерного рукава, содержащего патрон и россыпное взрывчатое вещество, установленных друг на друге по высоте скважины, обеспечивает передачу и полноту детонации заряда. Участок комбинированного заряда над патронами выше уровня воды, размещенный в полимерном рукаве, содержащем патрон и россыпное взрывчатое вещество, выполняет роль затвора и предотвращает контакт россыпного неводоустойчивого аммиачно-селитренного взрывчатого вещества с водой.
Формирование колонки заряда из патронов взрывчатого вещества, полимерного рукава, содержащего патроны взрывчатого вещества и россыпное взрывчатое вещество, и заполнение остальной части скважины россыпным взрывчатым веществом без использования слоя инертного разделителя между сухой и обводненной частями заряда упрощает формирование колонки скважинного заряда и снижает стоимость ведения взрывных работ.
Переменная площадь поперечного сечения заряда по высоте колонки и наличие воды в нижней части скважинного заряда позволяет использовать эффект взаимодействия волн напряжений, возникающих при взрыве различных частей заряда, что приводит к повышению энерговыделения. При этом давление, плотность, скорость имеют разные величины, возникают и распространяются навстречу друг другу две ударные волны от нижнего и верхнего участков заряда. При их столкновении образуются отраженные детонационные волны, движущиеся в обратных направлениях. При столкновении ударных и детонационных отраженных волн скачкообразно повышается напряжение в окружающем заряд массиве горных пород, что приводит к повышению интенсивности их дробления. Одновременно за счет встречно-направленных движений ударных волн происходит мгновенное сжатие воды с повышением ее плотности и температуры, вода переходит в парообразное состояние. Парогаз за счет высокого парциального давления, эффекта расклинивания проникает в трещины породного массива и тем самым достигается более интенсивное дробление горной породы.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой приведен вид предлагаемой конструкции комбинированного заряда взрывчатого вещества для заряжания частично обводненной скважины:
Обозначения:
1 - патроны взрывчатого вещества;
2 - патрон взрывчатого вещества, размещенный в полимерном рукаве;
3 - сыпучее взрывчатое вещество в полимерном рукаве или частично в полимерном рукаве и частично в скважине;
4 - забойка из инертного материала;
5 - средство инициирования;
6 - поверхность полимерного рукава, заполненного взрывчатым веществом, расположенная на поверхности патрона взрывчатого веществ, соприкасающегося с водой;
7 - «чуб» патрона;
8 - «чуб» полимерного рукава;
9 - обводненная скважина;
10 - верхний торец полимерного рукава;
Нв - высота воды в скважине после заполнения ее патронами, м;
Нп - расстояние от уровня воды до верхнего торца патрона, находящегося в воде, м;
D - диаметр скважины, м;
d - диаметр патрона, м.
Предлагаемый заряд представляет собой комбинированный заряд в виде сплошной колонки переменного сечения. Заряд формируют в процессе заряжания частично обводненной скважины из патронов 1 аммиачно-селитренного взрывчатого вещества путем опускания и установки их друг на друга. Верхний участок заряда состоит из патрона 2 взрывчатого вещества в полимерном рукаве 10 при заполнении его свободного объема россыпным взрывчатым веществом 3. Полимерный рукав 10 за счет массы сыпучего взрывчатого вещества 3 спускается до уровня воды по поверхности нижележащего патрона, плотно облегая его своей нижней частью 6 и прижимаясь к стенке скважины и как затвор, действующий за счет бокового распора, предотвращает соприкосновение сыпучего взрывчатого вещества с водой. За счет плотного соприкосновения торцов патронов обеспечивается передача детонации по колонке заряда из патронированного взрывчатого вещества, расположенной в обводненной части скважины.
Процесс формирования колонки комбинированного заряда состоит в следующем. В зависимости от высоты столба воды в скважине, длины патронов определяют их количество, необходимое для заполнения обводненной части скважины. Патроны последовательно один за другим опускают в скважину. На патрон, выступающий из воды, опускают полимерный рукав с размещенным в нем патроном и сверху формируют колонку россыпного взрывчатого вещества. Средства инициирования принимают и устанавливают по принятому на карьере способу. Верхняя не заполненная взрывчатым веществом часть скважины засыпается инертной забойкой.
Пример осуществления полезной модели.
Глубина скважины - 11,5 м, диаметр скважины - 0,22 м, длина колонки комбинированного заряда - 7 м, высота забойки - 4,5 м, первоначальная высота столба воды в скважине - 1,7 м. Диаметр патрона - 0,16 м, длина патрона - 1 м. После установки патронов уровень воды в скважине повышается до 3,6 м. В скважину опускается 4 патрона. Верхний торец 4-го патрона находится над уровнем вытесненной воды (Нп=0,4 м). Над 4-м патроном устанавливается полимерный рукав диаметром 0,23 м, в котором размещен по высоте рукава патрон и россыпное аммиачно-селитренное взрывчатое вещество. Свободный объем скважины (до забойки) заполняется россыпным взрывчатым веществом до образования колонки заряда высотой 7 м. Свободный от заряда взрывчатого вещества объем скважины - 4,5 м - заполняется инертной сыпучей забойкой (отсев от дробления щебня). Установка боевиков и инициирование заряда осуществляется общепринятым способом.
Заявленный технический результат - повышение технико-экономической эффективности ведения взрывных работ - обеспечивается конструкцией заряда:
- повышение эффективности взрывного воздействия на разрушаемую породу за счет конструкции комбинированного заряда, представляющего собой колонку взрывчатого вещества с переменным поперечным сечением заряда по длине скважины;
- надежная передача детонационного импульса между частями комбинированного заряда за счет плотного соприкосновения между собой патронов и россыпного взрывчатого вещества, образующих колонку скважинного заряда;
- снижение стоимости ведения взрывных работ, сокращение времени и упрощение способа изготовления комбинированного заряда в частично обводненной скважине за счет формирования колонки заряда из патронов взрывчатого вещества, россыпного взрывчатого вещества, размещаемого частично в полимерном рукаве, а частично в свободном объеме скважины, без использования слоя инертного разделителя между сухой и обводненной частями заряда.
Выполненная в производственных условиях проверка заявляемого комбинированного заряда взрывчатого вещества показала его безотказную и надежную работу при дроблении горных пород в скважинах диаметром от 0,115 до 0,25 м, глубиной до 15 м с первоначальным уровнем воды в скважинах до 4 м. Колонка заряда формировалась при использовании в патронированной и россыпной частях заряда аммиачно-селитренных взрывчатых веществ одинакового или разного компонентного состава.
Источники информации:
1. Юматов Б.П., Шебаршов А.А., Власов В.М. «Экспериментальные исследования конструкции «плавающего заряда», сб. «Взрывное дело» №74/31 М., недра, 1974.
2. Патент РФ на полезную модель №65644.
3. Патент РФ на полезную модель №102782.