РАССРЕДОТОЧЕННЫЙ СКВАЖИННЫЙ ЗАРЯД

Полезная модель относится к устройствам для проведения взрывных работ в массивах скальных пород и может использоваться при ведении взрывных работ в горном деле, дорожном и гидротехническом строительстве и других отраслях промышленности.
Скважинный заряд - удлиненный заряд взрывчатых веществ, помещенный в скважину или шпур. Диаметр скважинного заряда выбирается с учётом физико-механических свойств горных пород, детонационных параметров применяемого взрывчатого вещества, необходимого качества дробления пород при подземной и открытой разработках полезных ископаемых и характеристик бурового оборудования.
В зависимости от конструкции скважинные заряды подразделяются на сплошные и рассредоточенные. Сплошной скважинный заряд выполняют из одного или нескольких типов взрывчатых веществ, расположенных в виде вертикального столба. Рассредоточенный скважинный заряд состоит из отдельных частей заряда взрывчатого вещества (россыпью или в патронах) и разделен на части слоями забоечного материала (глина, песок, щебень), деревянными прокладками (фальшпатронами), слоями воды или воздуха. Каждая часть заряда снабжена патроном-боевиком, от которого детонация передается по массе взрывчатого вещества.
Наиболее эффективно использование в рассредоточенных зарядах воздушных, или водных (в породах с высоким содержанием воды) промежутков, позволяющих увеличить степень использования энергии взрывчатых веществ для разрушения пород за счет снижения начального давления газов взрыва и увеличения длительности его импульса. Применение рассредоточенного скважинного заряда обеспечивает более равномерное распределение энергии взрывчатых веществ по всему разрушаемому массиву, улучшает дробление пород по сравнению со сплошным зарядом. Такие заряды интенсивно дробят скальные породы и требуют меньшего количества взрывчатого вещества, чем сплошные.
Известен способ рассредоточения заряда в скважине, включающий установку боевиков в каждом заряде, монтирование детонирующего шнура, создание воздушных промежутков с помощью пневматического скважинного затвора, диаметр которого превышает диаметр скважины, при этом пневматический скважинный затвор в сжатом виде опускают в скважину на соединительной трубке на заданную глубину, которую регулируют с помощью соединительной трубки, а затем накачивают его воздухом до заданного давления, после чего соединительную трубку отделяют от пневматического скважинного затвора и вынимают ее из скважины, а на затвор помещают боевик и часть заряда, затем на этой же соединительной трубке опускают в сжатом виде следующий пневматический скважинный затвор на заданную глубину и всю последовательность действий повторяют до экономически и технически обоснованного количества пневматических скважинных затворов в скважине, при этом перед опусканием в скважину пневматический скважинный затвор в сжатом виде помещают в мешок, поперечный размер которого больше диаметра скважины, свободно закрепляют в мешке, уплотняют мешок с помещенным в нем пневматическим скважинным затвором до поперечного размера, меньшего, чем диаметр скважины, при этом в качестве пневматического скважинного затвора используют торообразную герметичную надувную камеру с ниппелем, внешний диаметр которой больше диаметра скважины [Патент РФ № 2379621, МПК F42D 1/08]. Взрывание рассредоточенного скважного заряда осуществляют с помощью неэлектрической системы взрывания, в которой используют внутрискважинные детонаторы с замедлением 400-500 мс для обеспечения взрывания всех частей рассредоточенного заряда.
Серьезным недостатком этого способа является невозможность выполнения условия одновременного взрывания частей рассредоточенного скважного заряда, что объясняется погрешностью во времени срабатывания детонаторов неэлектрической системы взрывания. По этой причине возникает вероятность подбоя одной из частей рассредоточенного скважного заряда взрывом другой его части, что приводит к выгоранию или переуплотнению взрывчатого вещества, а это в свою очередь приводит к снижению мощности взрыва скважинного заряда и образованию отказавших частей рассредоточенного скважного заряда, а в итоге - к снижению безопасности производства взрывных работ.
Известен способ рассредоточения заряда в скважине, позволяющий получить рассредоточенный скважинный заряд, состоящий из нескольких, например, трех частей взрывчатого вещества, например, гранулита НК, разделенных воздушными промежутками, каждая из которых снабжена боевиком, например шашкой ТГП850, причем первая, нижняя, шашка установлена на дно скважины, а вторая и третья шашки установлены на пневматические скважинные затворы, выполненные в форме накачанной воздухом резиновой шарообразной камеры до давления 2 атмосфер, и выполняющие роль воздушных промежутков [Патент РФ № 223597, МПК F42D 1/02, F42D 1/08].
Известно устройство для создания рассредоточенных зарядов и образования воздушных промежутков в скважинах, включающее закрытый с нижнего конца рукав из эластичного материала с грузом, снабженное жестким кольцом и воронкой из эластичного материала, нижнее основание которой соединено с верхним концом рукава, а жесткое кольцо вмонтировано в верхнее основание, при этом диаметры рукава и жесткого кольца выполнены превышающими диаметр скважины [Патент РФ № 46299, МПК Е21С 37/00]. В получаемом с помощью этого устройства заряде решена задача одновременного взрывания всех частей взрывчатого вещества, однако оно имеет ряд других недостатков. Недостатком получаемого скважинного заряда является то, что детонирующий шнур выжигает и переуплотняет заметную часть взрывчатого вещества, что уменьшает мощность взрыва. Кроме того, использование детонирующего шнура не предусматривает внутрискважинного замедления, что уменьшает безопасность проведения взрывных работ, т.к. резко увеличивает вероятность подбоя поверхностной сети и внутрискважинных отрезков детонирующего шнура.
Известен рассредоточенный скважинный заряд, включающий несколько колонок взрывчатого вещества, каждая из которых снабжена боевиком с детонирующим шнуром, а упомянутые колонки взрывчатого вещества разделены между собой пневматическими накаченными промышленными мячами, установленными по длине скважины на упоры, выполненные в форме пластиковой бутылки [Патент РФ № 2362114, МПК F42D 1/02, F42D 1/08]. Этот скважинный заряд является ближайшим аналогом предлагаемого заряда и принят за прототип полезной модели.
К основным недостаткам прототипа относятся:
- снижение мощности взрыва из-за того, что детонирующий шнур выжигает и переуплотняет заметную часть заряда взрывчатого вещества;
- пониженная безопасность его применения, вызванная использованием детонирующего шнура, не предусматривающего внутрискважинного замедления взрыва, что резко увеличивает вероятность подбоя поверхностной сети.
Полезная модель решает задачу повышения мощности взрыва распределенного скважинного заряда и обеспечения безопасного его применения.
Поставленная задача решается тем, что предлагается скважинный заряд, включающий помещенные в пробуренную в грунте скважину нижнюю колонку взрывчатого вещества и верхнюю колонку взрывчатого вещества, расположенные вертикально и отделенные друг от друга полым промежутком, причем в нижнюю колонку взрывчатого вещества помещён боевик, взрываемый от детонирующего шнура, а в верхнюю колонку взрывчатого вещества помещён боевик, взрываемый от детонатора системы инициирования с задержкой, при этом конец детонирующего шнура боевика, помещенного в нижнюю колонку, соединен с верхней колонкой взрывчатого вещества.
Детонирующий шнур боевика, помещенного в нижнюю колонку взрывчатого вещества, установлен таким образом, что он инициируется при взрыве верхней колонки взрывчатого вещества.
В случае, если взрывчатое вещество неводоустойчивое, полый слой должен быть заполнен воздухом.
В случае, если взрывчатое вещество водоустойчивое, полый слой может быть заполнен водой.
Боевик, помещенный в нижний слой взрывчатого вещества, может быть дополнительно оснащен системой инициирования с задержкой и содержать детонирующий шнур, свободный конец которого соединен с верхней колонкой взрывчатого вещества.
Верхний и нижний боевики могут быть соединены между собой детонирующим шнуром. В этом случае первый взорвавшийся боевик инициирует второй.
В нижнюю колонку взрывчатого вещества может быть помещен дополнительный боевик, оснащенный системой инициирования с задержкой.
Промежуток между верхней колонкой взрывчатого вещества и устьем скважины обычно заполнен забоечным материалом.
Полый слой традиционно выполнен с помощью надуваемого баллона.
В качестве системы инициирования с задержкой может использоваться, например, неэлектрическая система СИНВ-С либо электронный детонатор ЭДЭЗ.
Основная конструкция предлагаемого скважинного заряда изображена на Рис. 1,
где:
1 - забоечный материал (забойка);
2- верхняя колонка взрывчатого вещества - верхняя часть заряда;
3 - неэлектрическая система инициирования;
4 - боевик верхней колонки взрывчатого вещества;
5 - скважинный затвор;
6 - детонирующий шнур боевика;
7 - боевик нижней колонки взрывчатого вещества;
8 - нижняя колонка взрывчатого вещества - нижняя часть заряда.
Предлагаемый скважинный заряд формируют следующим образом.
В грунте пробуривают скважину заданной длины и диаметра. В донную часть скважины загружают нижнюю колонку взрывчатого вещества - нижнюю часть заряда 8. Внутрь нижней колонки помещают нижний боевик 7, который может представлять собой, например, шашку, ТГП-850, с присоединенным к ней детонирующим шнуром 6. Свободный конец детонирующего шнура выводят в верхнюю колонку взрывчатого вещества к устью скважины. Поверх нижней колонки взрывчатого вещества организуют полый промежуток - воздушный, либо водный, например, с помощью скважинного затвора 5. Детонирующий шнур натягивают вдоль стенки скважины. Поверх скважинного затвора загружают верхнюю колонку взрывчатого вещества - верхнюю часть заряда 2. Боевик верхней колонки взрывчатого вещества 4 оснащается неэлектрической системой инициирования 3 с пиротехническим замедлителем. Волновод неэлектрической системы соединяют с поверхностной сетью. Промежуток между верхней колонкой взрывчатого вещества и устьем скважины заполняют забоечным материалом 1.
После срабатывания поверхностной сети инициируется неэлектрическая система в скважине, от которой срабатывает верхний боевик, а от него - верхний заряд. От верхнего заряда запускается детонирующий шнур, от которого срабатывает нижний боевик, а от него - нижний заряд.
Такая конструкция заряда обеспечивает внутрискважинное замедление, а детонирующий шнур синхронизирует срабатывание верхнего и нижнего боевиков. Благодаря выбранному расположению детонирующего шнура и меньшему его количеству, по сравнению с прототипом, заметно уменьшается неблагоприятное воздействие детонирующего шнура на заряд.
Предложенная конструкция скважинного заряда может быть модифицирована введением дублирующей неэлектрической системы инициирования 9 в нижний боевик, как изображено на Рис. 2, где:
1 - забоечный материал (забойка);
2- верхняя колонка взрывчатого вещества - верхняя часть заряда;
3 - неэлектрическая система инициирования;
4 - боевик верхней колонки взрывчатого вещества;
5- скважинный затвор;
6 - детонирующий шнур боевика;
7 - боевик нижней колонки взрывчатого вещества;
8 - нижняя колонка взрывчатого вещества - нижняя часть заряда.
9 - дублирующая неэлектрическая система инициирования.
Замедление дублирующей системы инициирования выбирается примерно на 50-100 мсек больше, чем время срабатывания боевика, помещенного в нижнюю колонку взрывчатого вещества. В том случае, когда происходит отказ верхнего боевика, срабатывает нижний и выжигает верхнюю часть заряда. В штатном случае заряд срабатывает точно также, как описано выше.
Предложенную конструкцию заряда можно дополнительно модифицировать. В этом случае скважинный заряд формируется, как показано на Рис.3.
В скважину сначала загружают основную массу нижней части заряда, затем, поверх нее устанавливают нижний боевик, который закрывают оставшейся массой нижнего заряда. Боевик оснащен неэлектрической системой инициирования и детонирующим шнуром. Волновод неэлектрической системы и детонирующий шнур выводятся к устью скважины. После этого устанавливают скважинный затвор. Поверх скважинного затвора устанавливают верхний боевик, оснащенный неэлектрической системой инициирования. Для этого верхний конец детонирующего шнура продевают через центральное отверстие шашки боевика, и боевик медленно опускают вдоль натянутого детонирующего шнура на скважинный затвор. Затем, боевик закрывают слоем взрывчатого вещества. Остаток детонирующего шнура сбрасывают в скважину. Сверху добавляется расчетное количество взрывчатого вещества и забоечного материала. Неэлектрические системы инициирования верхнего и нижнего боевиков выбираются с одинаковым замедлением. Для надежности детонирующий шнур используется в две нитки.
В такой конструкции заряда первым срабатывает первый боевик, а через детонирующий шнур запускается второй боевик. Тем самым, верхняя и нижняя части заряда срабатывают практически одновременно. Верхняя и нижняя системы инициирования дублируют друг друга и, тем самым, резко повышают надежность срабатывания заряда. Сбрасывание остатка детонирующего шнура в скважину, как показано на Рис.3, минимизирует контакт шнура с взрывчатым веществом и практически полностью исключает выгорание и переуплотнение взрывчатого вещества в заряде.
Дополнительного повышения надежности заряда можно добиться введением в нижнею часть заряда третьего боевика, оснащенного неэлектрической системой инициирования, как изображено на Рис. 4, где
1 - забоечный материал (забойка);
2 - верхняя колонка взрывчатого вещества - верхняя часть заряда;
3 - неэлектрическая система инициирования;
4 - боевик верхней колонки взрывчатого вещества;
5 - скважинный затвор;
6 - детонирующий шнур боевика;
7 - боевик нижней колонки взрывчатого вещества;
8 - нижняя колонка взрывчатого вещества - нижняя часть заряда.
9 - дублирующая неэлектрическая система инициирования
10 - дополнительный боевик.
Время срабатывания дополнительного боевика выбирается таким же, как время срабатывания основных боевиков. В случае отказа основных боевиков взрыв заряда происходит от третьего боевика.
С целью улучшения управляемости взрывом, неэлектрическая система инициирования может быть выполнена в форме электронных детонаторов, например, ЭДЭЗ.
С целью повышения устойчивости заряда в скважине к проседанию, можно использовать в качестве скважинного затвора цилиндрический воздушный баллон из воздухонепроницаемого материала. Длина этого баллона должна быть равна длине воздушного промежутка, а диаметр баллона должен на один-три сантиметра превышать диаметр скважины. В спущенном виде баллон опускается в скважину на воздушном шланге, который соединен с ниппелем баллона. После размещения баллона в скважине он наполняется сжатым воздухом до избыточного давления, равного Р=ВЕСзаряда/СЕЧЕНИЕскважины. На практике необходимое давление составляет величину 0,5 ати.
Предлагаемый распределенный скважинный заряд имеет повышенную мощность взрыва относительно прототипа и обеспечивает безопасность при его применении.