ЗАРЯД ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА ДЛЯ ОБВОДНЕННЫХ СКВАЖИН

Полезная модель относится к области буровзрывных работ и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в массивах обводненных горных пород
Аммиачно-селитренные взрывчатые вещества, имея ряд преимуществ по чувствительности к механическим воздействиям, обладая широким спектром физико-химических и детонационных характеристик, не обладают необходимой водоустойчивостью. Заряжание обводненных скважин дешевыми аммиачно-селитренными взрывчатыми веществами с экономической точки зрения весьма выгодно. Поиск и разработка рациональных конструкций скважинных зарядов из них для заряжания обводненных скважин является весьма актуальной проблемой. Наиболее перспективными являются заряды взрывчатых веществ в полимерных рукавах, установленных с некоторым зазором относительно стенок скважины всей по высоте заряда.
Известен заряд для обводненных скважин, состоящий из двух различных типов шланговых зарядов ВВ с разными скоростями детонации: одно взрывчатое вещество размещено в полимерной оболочке вертикально по оси скважины, второе размещено в своей полимерной оболочке по спирали вокруг первого с шагом одного витка по вертикали, равным двум диаметрам скважины. Линейное инициирование производится одновременно по всей длине скважины детонирующим шнуром с навеской 40 г/м (1). Недостатком заряда является высокая трудоемкость и сложность формирования скважинного заряда, высокий расход средств инициирования (детонирующего шнура).
Известен заряд для обводненных скважин, взрывчатое вещество которого размещено в эластичной оболочке, на заглушенном торце которой выполнены впускные отверстия для скважинной воды внутрь оболочки для обеспечения погружения заряда с плотностью меньше плотности воды в скважину; для компенсации растворяемого ВВ масса заряда увеличивается в 1,05-2,0 раза по сравнению с массой заряда в сухой скважине (2). Известен заряд в герметизированной полимерной оболочке, длина которой превышает длину размещаемого заряда ВВ не менее чем в 1,2раза, на горном предприятии-потребителе производят разгерметизацию верхней части оболочки с последующим заливом в нее 10-12% раствора аммиачной селитры концентрации не менее 20% (3). Недостатком названных зарядов является повышенный расход взрывчатых веществ.
Известен заряд, включающий неводостойкое взрывчатое вещество в цилиндрической водонепроницаемой оболочке длиной больше длины заряда ВВ, установленной на дне водонаполненной скважины, ВВ закрыто слоем термопластичного материала, который сверху засыпан щебеночным балластом для придания отрицательной плавучести заряда взрывчатого вещества (4,). Известен модернизированный аналог этого заряда: в цилиндрической оболочке выполнено гнездо под взрыватель, герметично изолированное от заряда взрывчатого вещества, закрытое крышкой в виде гильзы, не выходящей за пределы наружной цилиндрической оболочки, в цилиндрической стенке гильзы выполнено отверстие для инициирующего провода взрывателя (5). Недостатком этих зарядов является высокая трудоемкость подготовки заряда, связанная с ручными операциями по установке средств взрывания под термопластичным слоем герметика и щебеночного балласта.
Известен заряд ВВ, размещенный в цилиндрической металлической оболочке длиной больше длины заряда, помещенной на дно водонаполненной скважины, в металлической оболочке со стороны жидкой среды расположен газовый пузырь (6). Недостатком заряда является повышенная стоимость заряда из-за необходимости изготовления металлического корпуса; повышенная опасность заряжания скважин - жесткие удары металлического корпуса о каменные стенки и дно скважины могут вызвать преждевременную детонацию взрывчатого вещества при опускании заряда на дно скважины.
Известен заряд взрывчатого вещества, содержащий взрывчатое вещество на основе пористой аммиачной селитры, средство инициирования, размещенные в двух полимерных рукавах разных диаметров, в зазоре между которыми, заполненного жидкостью, установлено по высоте заряда одно или несколько центрирующих колец толщиной, равной ширине жидкостного зазора; инициирование осуществляется электрическими или неэлектрическими детонаторами или промежуточным детонатором в виде патрона из сыпучего взрывчатого вещества, литьевой или прессованной шашки диаметром, меньше диаметра заряда, или в виде слоя взрывчатого вещества диаметром, равным диаметру заряда, чувствительных к импульсу первичных средств инициирования (7), принятый авторами в качестве прототипа. Недостатком заряда-прототипа является высокая трудоемкость, сложность установки и крепления колец на заданной высоте в водном зазоре между полимерными рукавами при формировании колонки заряда для обеспечения отрицательной плавучести заряда взрывчатого вещества в обводненной скважине.
Технической задачей создания полезной модели являлось повышение эффективности ведения буровзрывных работ за счет снижения трудоемкости формирования колонки заряда взрывчатого вещества в обводненной скважине с отрицательной плавучестью его, увеличения кпд взрыва и обеспечения безотказности работы скважинного заряда, расширения области использования аммиачно-селитренных взрывчатых веществ.
Техническая задача была решена разработкой заряда взрывчатого вещества для обводненных скважин, включающего взрывчатое вещество, средство взрывания и кольца, размещенные в водонепроницаемой полимерной оболочке, который дополнительно содержит забойку из инертного материала, в качестве колец содержит кольца из высокоплотного материала с наружным диаметром, равным диаметру заряда взрывчатого вещества, и внутренним диаметром не менее критического диаметра детонации заряда взрывчатого вещества, канал которого заполнен взрывчатым веществом, кольца размещены во взрывчатом веществе на равном расстоянии друг от друга; в качестве средства взрывания содержит промежуточный детонатор с первичным средством инициирования, установленного над кольцом в верхней части заряда.
Кольцо (далее по тексту - монолитное кольцо, прочное кольцо) выполнено в виде прочной монолитной конструкции из песчаноцементной, асбоцементной или бетонной смеси или металла.
В качестве ВВ используются гранулированные и/или порошкообразные ВВ на основе аммиачной селитры с разными плотностями и скоростями детонации, детонирующие от импульса промежуточного детонатора.
В качестве промежуточного детонатора используются тротилсодержащие шашки-детонаторы, а первичных средств инициирования - детонирующий шнур или неэлектрические детонаторы мгновенного или замедленного действия с ударно-волновой трубкой.
В качестве материала полимерной оболочки используются одно- или многослойные полиамидные или полиэтиленовые, или полипропиленовые рукава, нижний торец (нижние торцы) которых герметизируются любым известным способом. При использовании двух полимерных рукавов их диаметры примерно одинаковы, они вставляются друг в друга, нижние торцы герметизируются по отдельности или совместно.
Отличительной особенностью заявляемого заряда взрывчатого вещества является:
- колонка заряда в виде цилиндра переменного сечения из взрывчатого вещества и колец из высокоплотного материала, установленных на равном расстоянии друг от друга по длине заряда, каналы которых заполнены взрывчатым веществом.
Предлагаемая полезная модель заряда взрывчатого вещества для обводненных скважин поясняется фиг.1, на которой представлена схема размещения участков взрывчатого вещества и колец из высокоплотного материала.
Обозначения:
1 - скважина;
2 - забойка из инертного материала;
3 - полимерный рукав;
4 - взрывчатое веществ;
5 - прочное монолитное кольцо;
6 - канал монолитного кольца;
6 - шашка-детонатор;
7 - первичное средство инициирования;
8 - вода;
D - диаметр заряда - наружный диаметр кольца из высокоплотного инертного материала (диаметр полимерного рукава), м;
d - внутренний диаметр прочного монолитного кольца, м;
3
L-длина заряда, м;
l - расстояние между кольцами из высокоплотного инертного материала, м;
B
l - уровень воды в скважине, м.
3
3
Заряд взрывчатого вещества состоит из аммиачно-селитренного взрывчатого вещества 4 с плотностью менее 1000 кг/м, размещенного в полимерном рукаве 3, нижний торец которого герметизирован любым известным способом. Во взрывчатом веществе по высоте заряда на равном расстоянии друг от друга установлены прочные монолитные кольца 5 из высокоплотного инертного материала в количестве, обеспечивающие потопляемость (отрицательную плавучесть) заряда взрывчатого в процессе заряжания скважины за счет обеспечения средней плотности заряда более 1000 кг/м. Канал 6 кольца 5 заполнен взрывчатым веществом 4. Сформированная таким способом колонка заряда взрывчатого вещества представляет собой цилиндр переменного сечения, состоящий из чередующихся участков взрывчатого вещества диаметрами D, равными диаметру заряда (диаметр полимерного рукава, наружный диаметр прочного монолитного кольца), и диаметрами d, равными внутреннему диаметру кольца 5. В верхней части заряда над кольцом 5 установлена шашка-детонатор 7 с первичным средством инициирования 8. Высота и количество колец, расстояния между ними принимаются в соответствии с проектом взрыва. Незаполненная взрывчатым веществом верхняя часть скважины 1 заполняется инертным материалом забойки 2.
Процесс заряжания скважин и формирование колонки заряда.
3
Полимерный рукав с герметично заделанным нижним торцом закрепляется любым известным способом над заряжаемой скважиной. Полимерный рукав последовательно опускается в скважину с одновременной подачей в него взрывчатого вещества. На расчетной высоте на слой взрывчатого вещества устанавливается кольцо из высокоплотного инертного материала. Взрывчатое вещество, подаваемое в полимерный рукав, заполняет также канал кольца. Рукав с взрывчатым веществом перемещается в скважине через столб воды под действием массы взрывчатого вещества, массы монолитного кольца с плотностью более 1000 кг/м. Прочное монолитное кольцо, имеющее плотность материала намного превышающую плотность воды, препятствует всплытию полимерного рукава с взрывчатым веществом как в период заряжания скважин, так и во время нахождения заряда взрывчатого вещества в обводненной скважине до взрыва. В верхней части взрывчатого вещества выше размещения последнего кольца устанавливаются известным способом средства взрывания 6, 7. Производится забойка верхней незаряженной взрывчатым веществом части скважины инертным материалом 2.
Принцип действия скважинного заряда.
3
Заряд имеет среднюю плотность более 1000 кг/м. Кольца расположены внутри взрывчатого вещества на равном расстоянии друг от друга по высоте заряда; канал кольца заполнен гранулированным или порошкообразным взрывчатым веществом, в результате чего образуется непрерывная колонка заряда взрывчатого вещества переменного сечения. После срабатывания шашки-детонатора возбуждается детонация участка взрывчатого вещества, расположенная над верхним кольцом. Фронт детонации при встрече с прочным монолитным кольцом меняет угол наклона детонационной волны и продуктов детонации. Канал прочного монолитного кольца приводит к искусственному сужению прохода детонационной волны и продуктов взрыва, образующихся при детонации взрывчатого вещества, расположенного над монолитным кольцом. Взрывчатое вещество, заключенное внутри прочного монолитного кольца частично детонирует с повышенной скоростью детонации и способствует возбуждению и поддержанию детонации взрывчатого вещества под кольцом с более высокой скоростью. Химическое превращение взрывчатого вещества завершается за более короткий промежуток времени и носит более полный характер, что повышает кпд и мощность взрыва. Заряд, сформированный чередованием участков взрывчатых веществ переменного сечения, установкой прочных колец из высокоплотного инертного материала, позволяет дифференцированно распределять энергию взрыва по высоте разрушаемого уступа. Плотный контакт участков взрывчатых веществ разных диаметров, образующих непрерывную колонку заряда обеспечивает надежность передачи детонационного импульса между участками заряда переменного сечения и полноту детонации заряда в целом, что создает возможность управления полем напряжений в массиве, процессом дробления и перемещения горных пород. При прохождении детонационной волны через сужающийся канал прочного монолитного кольца поток продуктов детонации отражается от стенок и оснований его и стенок скважины и концентрируется в направлении детонации. Скорость детонации взрывчатого вещества повышается, стабилизируется и поддерживается на одном уровне. При этом местное давление увеличивается, задерживается отток продуктов детонации из скважины. Заряд работает в пульсирующем режиме, создавая в окружающей горной породе многократные импульсы механических напряжений, тем самым повышается эффективность дробления взрываемой горной породы, повышается кпд взрыва предлагаемого заряда.
Одновременно за счет встречно-направленных ударных волн происходит мгновенное сжатие воды кольцевого водного зазора, окружающего заряд в полимерной оболочке, 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.
Потеря массы и энергии взрывчатого вещества за счет установки инертного высокоплотного кольца компенсируется повышением скорости детонации взрывчатого вещества заряда и ее поддержания на более высоком уровне в направлении детонации, увеличением давления и времени разгерметизации скважины.
BB
KP.BB=
CP
3
3
Пример использования предлагаемого скважинного заряда. Скважинный заряд высотой L=10 м, диаметром D=0,2 м выполнен в полиамидном рукаве из аммиачно-селитренного взрывчатого вещества Гранулита РП с плотностью ρ=920 кг/м, критическим диаметром детонации взрывчатого вещества заряда d0,06 м. Заряд в полимерном рукаве размещен в скважине глубиной 15 м диаметром 0,25 м, пробуренной в прочной горной породе. Уровень воды в скважине составляет 5 м. В соответствии с проектом взрывных работ для заряжания взрывчатого вещества в полимерный рукав и обеспечения его потопляемости выбираются монолитные кольца из бетонной смеси с плотностью инертного материала ρ=1800 кг/м, высотой h=0,6 м, наружным диаметром D=0,2 м и внутренним диаметром d=0,1 м. Заряд формируется с 3-мя монолитными кольцами, установленными на одинаковом расстоянии 1=2,05 м друг от друга, в том числе от дна скважины и нижнего торца забойки: , где n-число колец.
Колонка заряда формируется в полимерном рукаве в следующей последовательности (от дна скважины): 2,05 м взрывчатого вещества - кольцо; - 2,05 м взрывчатого вещества - кольцо; - 2,05 м взрывчатого вещества - кольцо; - 2,05 м взрывчатого вещества, внутри верхнего участка взрывчатого вещества над кольцом устанавливается шашка-детонатор с первичным средством инициирования. Канал кольца заполняется в процессе заряжания скважины взрывчатым веществом.
Заявленный технический результат - повышение эффективности ведения взрывных работ - обеспечивается конструкцией скважинного заряда:
- надежность передачи детонационного импульса, полнота детонации заряда обеспечиваются непрерывностью размещения взрывчатого вещества в полимерном рукаве в виде цилиндра переменного сечения, плотным контактом торцов участков взрывчатого вещества разного диаметра; концентрацией детонационной волны и продуктов взрыва в направлении детонации;
- повышение кпд взрыва обеспечивается за счет пульсирующего режима детонации взрывчатого вещества заряда переменного сечения, взаимодействия волн напряжений, возникающих при взрыве участков взрывчатых веществ, составляющих колонку заряда;
- снижение стоимости ведения взрывных работ обеспечивается за счет снижения трудоемкости, сокращения времени и простоты установки колец при заряжании скважин;
3
- расширение ассортимента и области применения аммиачно-селитренных взрывчатых веществ за счет конструкции заряда, обеспечивающего возможность использования неводостойких аммиачно-селитренных взрывчатых веществ с плотностью менее 1000 кг/м (менее плотности воды) в обводненных скважинах.
Ведение буровзрывных работ предлагаемыми зарядами взрывчатых веществ позволило повысить равномерность дробления горной породы за счет снижения в основном выхода негабаритной (крупнокусковой) фракции, улучшить проработку подошвы уступа, что позволило повысить производительность погрузочно-транспортного и дробильно-сортировочного оборудования и снизить затраты на буровзрывные работы.
Выполненная в производственных условиях проверка заявляемого скважинного заряда взрывчатого вещества показала его безотказную и надежную работу при дроблении горных пород в сухих, предварительно осушенных, частично и полностью обводненных скважинах диаметром 0,12-0,25 м, глубиной до 20 м.
В процессе проведения взрывов отказов и аномальной работы предлагаемого заряда взрывчатого вещества для обводненных скважин не зафиксировано.
Источники информации
1 Патент РФ №2449241
2 АС СССР №1630440
3 Патент РФ №2117912
4 Патент РФ №2224975
5 Патент РФ №2315262
6 АС СССР №1820177
7 Патент РФ на полезную модель №84962