Устройство формирования скважинного заряда

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована предприятиями, ведущими буровзрывные работы (БВР), при заряжании скважин взрывчатым веществом (ВВ.
В области буровзрывных работ широкое распространение получила практика применения оболочек для скважинных зарядов взрывчатых веществ. Применение оболочек для скважинных зарядов позволяет повысить качество взрывных работ за счет предохранения ВВ заряда от разубоживания в результате перемешивания со скважинной водой, буровым штыбом и выпадающей из стенок скважины горной породой. Кроме того, в некоторых случаях, применение оболочек для скважинных зарядов позволяет повысить эффективность использования энергии взрыва и как следствие сократить расход ВВ при БВР, что снижает экономические затраты и экологический вред горнодобывающих предприятий. Однако технология применения оболочек для скважинных зарядов имеет и свои недостатки и в первую очередь это увеличение технологической нагрузки как во время заряжания скважины, так и во всем комплексе БВР.
Именно поэтому существует множество разнообразных изобретений призванных избавиться от недостатков, присущих данной технологии, а также усилить полезные эффекты или же добавить новые.
Известно устройство для заряжания скважин «Рукав зарядный универсальный» (ЕА027549). Рукав зарядный универсальный включает заряд взрывчатого вещества, размещенный в эластичной оболочке, детонаторы, стопорное кольцо. При этом рукав содержит крышку, соединенную со стопорным кольцом и две части - забоечную и зарядную, забоечная часть имеет диаметр, равный диаметру скважины, а зарядная часть имеет ограничители рукава, причем диаметр зарядной части менее диаметра скважины и определяется при заданном соотношении Dp/Dc в диапазоне от 0,564 до 0,9, где Dp - диаметр зарядной части рукава; Dc - диаметр скважины.
К недостаткам указанного аналога следует отнести:
громоздкость и сложность эксплуатации (в случае зарядки большого количества скважин);
трудоемкость в утилизации забоечной части изделия (на некоторых предприятиях их вручную обрезают и утилизируют; если они неутилизированы во время взрыва, то части изделий приводят к разубоживанию конечного продукта, то есть качество выпускаемого продукта будет несоответствующим);
высокую степень вероятности обрыва зарядной части рукава от забоечной, в случае если длина изделия меньше глубины скважины.
Известен патрон взрывчатого вещества (RU 92527U1). Патрон содержит тканевый рукав с герметичным нижним торцом и размещенным с закрепленным внутри него шлангом зарядной машины. Рукав заполняют эмульсионным промышленным взрывчатым веществом. При этом длина рукава равна длине колонки формируемого патрона, рукав выполнен из тканого полотна путем сшивания его боковых срезов по длине с закреплением в шве через равные промежутки, величиной не менее четырех диаметров рукава одного или двух отрезков тесьмы, длиной не менее четырех диаметров зарядного шланга, а закрепление рукава на зарядном шланге зарядной машины выполнено путем стягивания отрезков тесьмы в обхват зарядного шланга зарядной машины.
Недостатком известного патрона является выполнение условия равенства диаметра рукава диаметру скважины, что исключает возможность управления высотой колонки взрывчатого вещества в скважине и заданного дробления взрываемой породы в зоне забойки снижает эффективность взрыва.
Известно устройство для заряжания обводненных скважин (SU737626), содержащее установленную на подставке кассету, в которой находится гидроизоляционный рукав и зарядный шланг. Рукав для заряжания скважин взрывчатым веществом (ВВ) по данному известному источнику содержит подлежащую опусканию в скважину эластичную оболочку, заглушенную с одного конца и закрепленную другим концом на гильзе в виде втулки, подлежащей размещению в устье скважины и выполненной с продольным отверстием для пропускания зарядного шланга в полость оболочки.
Недостатком данного решения является то, что сборка рукава производится непосредственно по месту расположения скважины и требует затраты времени для того, чтобы закрепить опорную систему, прикрепить к ней гильзу, а к гильзе - оболочку (оболочка заводится на гильзу и перевязывается, чтобы ее зафиксировать). После этого оболочку опускают в скважину и подают раствор ВВ через пропущенный в оболочку зарядный шланг. При подаче раствора ВВ происходит его падение на дно оболочки, заполнение ее, приводящее к расширению оболочки и ее опиранию на стенку скважины. В реальности при использовании этого решения возникают проблемы следующего характера. Во-первых, оболочка выполнена по размеру скважины, что при заполнении оболочки может привести к ее распиранию на части высоты стенки, не давая оболочке упасть на дно скважины и полностью вытянуться. При таком исполнении по поперечному размеру оболочка при заполнении может быть повреждена об острые выступы грунта на стенке скважины, то приведет к утечке ВВ через разрыв. Из-за некачественного закрепления оболочки на гильзе последняя, под весом раствора, может соскочить с гильзы.
Известен складной рукав (RU182030 U1). Его конструкция содержит гильзу из экологически чистой прессованной бумаги и размещенную на ее наружной поверхности натянутую и сложенную в гармошку оболочку, а к верхней части гильзы прикреплен крепежный элемент в виде гибкой тяги для прикрепления в состоянии подвеса гильзы в виде втулки к конструкции очистки зарядного шланга машины подачи взрывчатого вещества. К достоинствам данной полезной модели можно отнести простоту сборки.
Недостатком данного решения являются большие габариты изделия вследствии особенности конструкции, недостаточный эффект торможения рукава об наружную поверхность гильзы и как следствие неравномерный сход рукава, также необходимо отметить, что предлагаемый для использования в качестве гильзы материал (прессованная бумага) является хрупким, и подвержен негативному влиянию окружающей среды в виде осадков и повышенной влажности.
Известно устройство для заполнения нисходящих скважин веществом в рукаве (RU2571317 C2) содержащее пустотелую направляющую, охватывающий ее пакетированный рукав и тормозные приспособления, отличающееся тем, что пакет рукава разделен на секции, а тормозные приспособления размещены в нижней части каждой секции. Данная конструкция позволяет ступенчато увеличивать тормозное усилие по мере выхода рукава из устройства. Устройство может иметь дополнительный рукав, собранный в пакет, упакованный в общий с основным устройством чехол, который используется дополнительным внешним слоем для основного рукава.
Недостатком этого устройства является использование жесткой внутренней направляющей и эластичного наружного кольца для осуществления торможения внутреннего основного рукава, кроме этого фунция усиления тормозящего усилия является необходимой при заряжании скважин из верхней точки, что актуально при использовании сыпучих или сильно вязких ВВ, но не подходит для заряжания скважин льющимися ВВ при помощи шланга предварительно погружаемого на дно. Также необходимо отметить, что дополнительный рукав, собранный в пакет, невозможно применять без основного внутреннего рукава.
Это решение принято в качестве прототипа для заявленного объекта.
Как уже было отмечено, в прототипе используется фунция усиления тормозящего усилия, однако при работе с льющимися ВВ (например эмульсионным ВВ) по методике заряжания через шланг со дна скважины необходима противоположная функция торможения - убывание тормозящего усилия. Это связано с тем, что при принудительном погружении шланга зарядной машины на дно скважины, по мере увеличения длины шланга, увеличивается трение о стенки скважины, т.е. возрастает сопротивление (или торможение) и соответственно растет нагрузка на исполнительные приводы зарядной машины.
Также для расширения условий применения устройства необходимо отказаться от использования твердой пустотелой направляющей внутри пакета сложенного рукава в качестве обязательной несущей конструкции.
Таким образом, технической проблемой, решаемой полезной моделью, является изменение способа торможения рукава, выходящего из предварительно сложенного пакета одновременно с упрощением конструкции устройства. Достигаемый технический результат – обеспечение снижения тормозящего усилия в процессе расправления рукава, исключение из конструкции направляющей внутри пакета.
Для решения указанной технической проблемы для торможения рукава используется сила упругости предварительно сжатого пакета рукава действующая на кольца установленные с двух сторон сжатого пакета и жестко связанные между собой при помощи наружного чехла, при этом верхний край рукава необходимо связать (скрепить) с верхним кольцом. Конечная длина сжатого пакета, выраженная в процентах от первоначальной длины рукава, не должна превышать 1,5% для обеспечения достаточной силы упругости сжатого пакета и как следствия достаточной силы торможения. При этом по мере выхода рукава из пакета сила упругости будет уменьшаться (за счет уменьшения размера пакета).
Соединение верхнего края рукава и верхнего кольца может являться частью крепежного элемента, выполненного, например, в виде воронки, гибкой тяги или отрезка, трубы, или любой комбинации этих трех элементов.
Предлагаемая конструкция поясняется чертежами.
На фиг. 1 показано продольная конструкция устройства формирования скважинного заряда (далее – Устройство) с условно показанным крпежным элементом.
На фиг. 2-4 показано устройство с различными видами крепежного элемента, соответственно: в виде воронки, гибкой тяги или отрезка, трубы.
На фиг. 5 показан процесс расправления предварительно сжатого рукава.
Устройство включает в себя рукав 4, собранный в «гармошку», наружный (внешний) чехол 5, верхнее кольцо чехла 2, нижнее кольцо 7 чехла 5, крепежный элемент 1 скрепляющий верхний край рукава 3 с верхним кольцом чехла 5 (в двух местах), кольцо 6, фиксирующее внешний край чехла 5. Нижний край рукава заделан с помощью крепления (зажима) 8.
Оригинальная сборка рукава 4 не включает в себя громоздкие дорогостоящие детали и позволяет изделию держать заданную форму, исключая возможность саморасправления.
Чехол 5, надетый на собранный в «гармошку» и предварительно сжатый рукав 4, кроме функции притормаживания рукава 4 во время его расправления из сложенного состояния в процессе заряжания скважины, выполняет также роль каркаса (несущей конструкции) и функцию защиты рукава 4 от внешнего воздействия.
Рукав 4 может быть изготовлен в различных вариантах. Он может быть как герметичным, гидроизолирующим, так и не обладать этими свойствами. Одно из главных свойств материала – это эластичность, т.е. растяжимость, гибкость, упругость. Используются различные варианты тканных и нетканых оболочек (с включением различных добавок и без них): полипропилен, полиэтилен, тканевое полотно и прочие подобные материалы. Поэтому рукав 4 может быть применен как в условиях обводненных скважин, так и сухих, использован для заряжания в него как водоустойчивых эмульсионных ВВ (или других аналогичных типов водосодержащих ВВ), так и различных типов сыпучих ВВ (универсальность). В зависимости от условий применения, степени обводненности скважин, рукав 4 может быть изготовлен из различного типа тканей, обладающих как гидроизолирующими свойствами, так и не гидрофобных, что существенно влияет на стоимость готовых изделий.
Также особенностью устройства является возможность использовать вместе с крепежным элементом 1 различные конструктивные варианты, такие как воронка (фиг. 2), либо гибкая тяга (фиг. 3), либо отрезок трубы (Фиг. 4), либо их комбинация, устанавливаемые после сборки рукава в пакет и фиксации его в чехле во внутрь пакета и прикрепляемых к крепежному элементу 1.
На место применения устройство поступает в собранном виде, то есть рукав 4 собран в «гармошку» и упакован в чехол 5. Особенностью такой сборки является удобство применения: во внутреннюю полость рукава 4 (гармошки) со стороны верхнего торца укладывают шашку-детонатор 11 и выводят наружу шнур 10 питания или поджига. После этого устройство либо подвешивают при помощи гибкой тяги (крепежный элемент 1 на фиг. 2) на смесительно-зарядной машине над устьем скважины, либо устанавливают в устье скважины при помощи воронки (крепежный элемент 1 на фиг.2). Также, при необходимости, возможна установка устройства при помощи отрезка трубы (с дополнительными отверстиями) на подготовленные крепежи зарядных машин. Далее (фиг. 5) пропускают зарядный шланг 9 через отверстие в верхнем торце устройства и погружают шланг на дно скважины. По мере опускания зарядного шланга на дно скважины рукав 4 выходит из наружного чехла 5, распрямляя по очереди складки «гармошки».
Распрямление «гармошки» происходит с усилием, так как между внутренней поверхностью наружного чехла 5 (и кольцом 7) и внешней поверхностью рукава 4 создано высокое трение из-за предварительного сжатого состояния гармошки. С увеличением длины распрямленного участка рукава 4 уменьшается размер сложенной пачки (гармошки) рукава и соответственно уменьшается сила упругости сжатого пакета, следовательно, уменьшается сила трения между чехлом 5 и рукавом 4. При достижении дна скважины распрямление рукава 4 по длине прекращается и после начала подачи ВВ начинается распрямление по поперечному размеру до упора в стенку скважины (режим фиксации оболочки в скважине).
Данный пример распрямления оболочки не является единственным. Формирование колонки заряда в скважине с использованием рукава может осуществляться несколькими способами:
за счет массы шашки-детонатора 11, которая кладется во внутрь рукава 4 и под собственной массой опускает и расправляет его в скважине; далее зарядный шланг 9 смесительно-зарядной машины через отверстие в верхнем торце устройства погружают на нужную глубину и подают необходимое количество заряда; после зарядки скважины верхнюю часть рукава 4 оставляют на поверхности, закрепив ее подручными материалами, или оставляют в самой скважине;
за счет массы загружаемого ВВ: предварительно шашку-детонатор 11 опускают на нужную глубину скважины; зарядный шланг 9 через отверстие в верхнем торце устройства погружают в рукав 4, закрепляют устройство над скважинной (любым способом из указанных ранее) и подают небольшое количество ВВ; после чего рукав 4 под весом ВВ начинает распрямляться по скважине; далее зарядный шланг 9 погружают на нужную глубину и подают необходимое количество ВВ; после зарядки скважины верхнюю часть рукава  4 оставляют на поверхности, закрепив ее подручными материалами, или оставляют в самой скважине;
за счет погружения зарядного шланга 9 смесительно-зарядной машины в скважину вместе с рукавом 4: предварительно шашку-детонатор 11 опускают на нужную глубину скважины; затем зарядный шланг через отверстие в верхнем торце устройства погружают в рукав, закрепляют устройство над скважинной (любым из предложенных ранее способом), или же специалист по обслуживанию смесительно-зарядной машины может держать его в руках и вести контроль за расправлением в скважине; далее зарядный шланг погружают на нужную глубину и подают необходимое количество заряда; после зарядки скважины верхнюю часть рукава оставляют на поверхности, закрепив ее подручными материалами, или оставляют в самой скважине.
Длина рукава в скважине принимается больше высоты колонки заряда ВВ и может быть больше глубины скважины (по требованию заказчика).