СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАПИРАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗАБОЕК ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН С ПРУЖИННЫМ ПУСКОВЫМ УСТРОЙСТВОМ
TEST BENCH FOR STUDY OF BLOCKING ABILITY OF STEMS OF EXPLOSIVE WELLS WITH SPRING STARTING DEVICE

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для моделирования процессов, происходящих во взрывной полости скважин при ведении взрывных работ.
Известен стенд для исследования запирающей способности забоек взрывных скважин, включающий камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой, и измерительный комплекс [1]. В крышку вмонтирован шаровой кран, соединяющий камеру высокого давления с установленным на крышке имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы с насечками в нижней части, имитирующими трещины в горной породе, прорезями в верхней части, имитирующими разрушенный массив горных пород. Основным недостатком установки является относительно медленный рост давления в имитаторе взрывной скважины из-за затрат времени на переключение шарового клапана и сравнительно малого сечения трубопроводов, связывающих шаровой клапан с камерой высокого давления и имитатор взрывной скважины.
Наиболее близким по существу решаемой задачи является стенд для моделирования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин, включающий камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой с мембраной, и измерительный комплекс [2]. Крышка соединена с имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы с насечками в нижней части, имитирующими трещины в горной породе, и прорезями в верхней части, имитирующими разрушенный массив горных пород. Однако мембраны, выполненные даже из одного и того же материала, имеют разную прочность и разрушаются при разных величинах давления воздуха, что снижает точность результатов эксперимента.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение заданного давления воздуха на забойку в имитаторе взрывной скважины принудительным разрушением мембраны.
Поставленная задача достигается тем, что в стенде для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин, включающем камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой с мембраной, соединенной с имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы, согласно изобретению, нижняя часть имитатора взрывной скважины дополнительно снабжена пусковой секцией с пружинным пусковым устройством для принудительного разрушения мембраны в момент достижения заданного давления в камере высокого давления.
На фиг. 1 схематично изображен стенд для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин в собранном виде; на фиг. 2 - узел А (засыпка условно не показана), на фиг. 3 - вид Б, на фиг. 4 - вид В, на фиг. 5 - пружинное пусковое устройство после срабатывания.
Стенд для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин представляет собой камеру высокого давления 1, выполненную, например, из толстостенной стальной трубы, к нижнему торцу которой приварен фланец 2, соединенный болтами 3 с рамой 4. На верхнюю часть камеры высокого давления 1 навинчена с помощью резьбы пусковая секция 5 с фланцем 6. Пусковая секция 5 имеет проточку 7 под регулировочное кольцо 8 и мембрану 9, а сверху на нее через герметичную прокладку 10 устанавливают имитатор взрывной скважины 11, выполненный в виде трубы с фланцем 12, который болтами 13 крепится к фланцу 6. В нижней части имитатора взрывной скважины 11 выполнены насечки 14, имитирующие трещины в горной породе, а в верхней части имеются прорези 15, имитирующие разрушенный массив горных пород. В пусковой секции 5 над мембраной 9 на балке 16 установлено пружинное пусковое устройство, состоящее из ударника 17 с рукояткой 18, на одном из плеч которой закреплен шнур 19, пружины сжатия 20, одним концом упирающейся в балку 16, другим - в опорное кольцо 21, закрепленное на ударнике 17. Верхняя часть ударника 17 проходит сквозь отверстие 22 в балке 16 и разрезную втулку 23, закрепленную сверху на балке 16. На части ударника, находящейся в разрезной втулке 23, закреплено центрирующее кольцо 24. Имитатор взрывной скважины 11 снабжен измерительным устройством 25.
Рассмотрим работу стенда для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин с пружинным пусковым устройством на примере исследований по определению запирающей способности забоек взрывных скважин различных конструкций.
На проточку 7 укладывают регулировочное кольцо 8, соответствующее заданной толщине устанавливаемой на него мембране 9. Затем в пусковой секции 5 взводят пружинное пусковое устройство, перемещая ударник 17 за рукоятку 18 вверх, сжимая пружину сжатия 20. Фиксируется ударник 17 во взведенном положении поворотом рукоятки 18 с установкой ее на верхнюю кромку разрезной втулки 23. Сверху на пружинное пусковое устройство надевается защитный чехол 26 из полиэтиленовой пленки, шнур 19 продевается сквозь отверстие в защитном чехле 26 и отверстие 27 в пусковой секции 5. После этого пусковую секцию 5 навинчивают по резьбе на камеру высокого давления 1, затем на пусковой секции 5 закрепляют болтами 13 имитатор взрывной скважины 11.
После этого в имитаторе взрывной скважины 11 размещают элементы модели комбинированной забойки заряда ВВ, например подсыпку 28 из песка или бурового шлама, запорный конус 29, выполненный из модельного материала, например из обожженной глины, гипса, бетона и т.п., и засыпку из крупнокускового модельного материала в виде щебня 30.
Затем открывают кран 31, и воздух, сжатый компрессором высокого давления 32 и накопленный ресивером 33, поступает через отверстие 34 в камеру высокого давления 1. Величина давления фиксируется манометром 35.
Предварительно экспериментальным путем определяют толщину мембраны 9, при которой под заданной величиной давления воздуха, находящегося в камере высокого давления 1, мембрана 9 разрушится. Поскольку мембраны одинаковой толщины и выполненные из одного и того же материала имеют разброс величин прочности и разрушаются при разном давлении воздуха, экспериментально определяется диапазон давления воздуха, при котором происходит разрушение. Включение пружинного пускового устройства осуществляют при достижении 95% от величины минимального разрушающего мембрану 9 давления.
При достижении заданной величины давления воздуха в камере высокого давления 1 дергают за шнур 19, поворачивая и снимая рукоятку 18 с верхней кромки разрезной втулки 23. Под действием пружины сжатия 20 ударник 17 бьет по мембране 9, разрушая ее, и воздух устремляется в имитатор взрывной скважины 11, воздействуя на модель комбинированной забойки. Давление сжатого воздуха через подсыпку 28, смягчающую ударную нагрузку и снижающую утечку воздуха, передается на запорный конус 29, перемещая его вверх по имитатору взрывной скважины 11. При этом запорный конус 29 заклинивается в засыпке из щебня 30, разрушая в ней отдельные куски щебня, далее поднимается вверх, заклинивая новые куски щебня их гранями в насечки 14. Этот процесс постепенно замедляет передвижение запорного конуса 29 вплоть до полной его остановки или разрушения. Отработавший воздух через прорези 15 выходит из имитатора взрывной скважины 11 наружу.
Запирающая способность забоек взрывных скважин различных конструкций оценивается величиной перемещения запорного конуса 29, которое регистрируется измерительным устройством 25 с помощью потенциометрического датчика из нихромовой проволоки 36, закрепленной одним концом на металлическом штыре 37 запорного конуса 29 и проходящей сквозь скользящий контакт 38, установленный на имитаторе взрывной скважины 11. Питание потенциометра осуществляется от аккумуляторной батареи 39, в измерительную цепь потенциометра подключен шлейф осциллографа 40.
По величине смещения запорного конуса 29, замеренной измерительным устройством 25, оценивают качество забойки данной конструкции - чем меньше величина смещения, тем качество забойки выше.
Таким образом, заявляемый стенд для исследования запирающей способности забоек взрывных скважин с пружинным пусковым устройством обеспечивает заданную величину давления воздуха, при которой разрушается мембрана, что повышает точность результатов эксперимента и тем самым позволяет решить поставленную техническую задачу.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2485599, МПК G09B 25/00.
2. Патент Российской Федерации №2493546, МПК G01L 5/14, G09B 25/00 (прототип).