ВЗРЫВОЗАЩИТНАЯ КАМЕРА
EXPLOSION-PROOF CHAMBER

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности взрывных работ специального назначения в горном деле и строительстве для безопасного взрывания крупнокусковой горной массы (негабаритов) и может быть использована при создании взрывных камер и сооружений в качестве исследовательского центра взрывных быстропротекающих процессов.
Известно локализующее устройство по патенту РФ 2455614, F42D 5/04 [1], представляющее собой герметичную взрывную камеру в металлическом корпусе.
Известна конструкция устройства по патенту РФ 2168107, F42D 5/00 [2], состоящая из железобетонной и металлической герметизирующей оболочки, которые воспринимают давление взрыва, передаваемое через демпфирующий слой.
Область их применения и соответственно конструкция определяются из необходимости обеспечения герметичного удержания в замкнутом объеме продуктов взрыва, содержащих взрывоопасные высокотоксичные вещества, недостатком является отсутствие возможности регулировать, т.е. изменять, внутренний объем устройства.
Известно изобретение по патенту РФ 2100774, F42D 5/045 [3], состоящее из свободно свисающих гибких элементов, сетчатого экрана, ограничивающих разлет твердых продуктов разрушения, в том числе при взрывном дроблении негабаритов горной массы.
Недостатком данного устройства является необходимость удержания гибких элементов в свободно свисающем состоянии, что не всегда предоставляется возможным, учитывая стесненные условия разработки карьеров, а также ограниченность применения в условиях открытых рабочих площадок, ввиду вероятного разлета кусков за пределы устройства.
В качестве прототипа выбрана взрывозащитная камера по патенту РФ №147840, включающая переднюю, заднюю, боковые стенки и потолочину, отличающаяся тем, что боковые и задняя стенки выполнены сдвоенными и содержат внутренние и наружные стенки, расположенные на определенном расстоянии друг от друга и снабженные окнами и проемами, которые во внутренних стенках смещены относительно окон и проемов в наружных стенках, в потолочине также выполнено окно, перекрытое крышкой, размещенной на определенном расстоянии от потолочины, передняя стенка снабжена подвижными воротами, внутренние боковые стенки имеют возможность перемещения по направляющим для изменения внутреннего объема камеры.
Недостатком прототипа является ограничение размеров укрытия, ввиду его перемещения на транспорте, а также отсутствие возможности изменять в необходимых пределах внутренний объем для проведения исследований.
Решаемой технической задачей является разработка безопасной конструкции стационарной взрывозащитной камеры для проведения экспериментальных исследований механических свойств разрушаемого материала, а также изучения протекания взрывных процессов, конструкция которой позволяет изменять внутренний объем и обеспечивать безопасное дробление негабаритов взрывным способом.
Технически достижимый результат - повышение взрывобезопасности экспериментальных исследований.
Это достигается тем, что взрывозащитная камера, включающая переднюю, заднюю, боковые стенки и потолочину, отличающаяся тем, что боковые и задняя стенки выполнены сдвоенными и содержат внутренние и наружные стенки, расположенные на определенном расстоянии друг от друга и снабженные окнами и проемами, которые во внутренних стенках смещены относительно окон и проемов в наружных стенках, в потолочине также выполнено окно, перекрытое крышкой, размещенной на определенном расстоянии от потолочины, передняя стенка снабжена подвижными воротами, внутренние боковые стенки имеют возможность перемещения по направляющим для изменения внутреннего объема камеры, дополнительно оснащена взрывозащитным устройством с индикатором безопасности на разрывном элементе, монтируемым в расширительной горловине цистерны с люком-лазом и содержащим корпус клапана, теплоизолирующий и разрывной элементы, футерованный грузовой затвор, перекрывающий отверстие в корпусе защищаемого объекта, а в верхней цилиндрической части корпуса клапана размещены теплоизоляционный элемент и герметизирующая мембрана, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки, шарнирно соединенной с рычагом, взаимодействующим с отбойником, а узел крепления разрывного элемента крепится своей верхней частью на рычаге, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса клапана, а разрывной элемент состоит из проволоки, стопорного болта, вилки, рычага крышки клапана, гайки, двух барабанов, расположенных соответственно в вилке рычага крышки клапана и в вилке верхней цилиндрической части корпуса клапана, при этом концы проволоки вставляются в отверстия барабанов и затем наматываются на них, а зазор h между вилками составляет порядка (1,5÷3) от диаметра проволоки, а параметры клапана находятся в следующих оптимальных интервалах величин: c=H/Dy=2,5÷3,0, где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса защищаемого объекта; Н - высота клапана в сборе, при этом на проволоке разрывного элемента закреплен индикатор безопасности в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора, выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем, а выход тензоусилителя соединен со входом устройства оповещения об аварийной ситуации, а проволока разрывного элемента, на которой закреплен датчик индикатора безопасности, выполнена упругой и имеет несколько витков в части, соединенной с датчиком индикатора безопасности.
На фиг. 1 показан вид сверху взрывозащитной камеры, на фиг. 2 показан разрез по сечению А-А на фиг. 1, на фиг. 3 изображен общий вид взрывозащитного устройства с креплением разрывного элемента, на фиг. 4 - схема индикатора безопасности на разрывном элементе.
Взрывозащитная камера представляет собой стационарную железобетонную строительную конструкцию, которая может располагаться около дробильно-сортировочных комплексов, и предназначена для безопасного взрывания внутри нее негабаритов, образовавшихся после первичной отбойки горного массива. Преимущественная область ее использования - проведение экспериментальных исследований при взрывании внутри нее, например, негабаритной горной массы.
Корпус камеры состоит из боковых и задней сдвоенных стенок - внутренних и наружных, размещенных на определенном расстоянии друг от друга, передней стенки с воротами и потолочины. В боковых и задней внутренних и наружных стенках имеются окна и проемы, расположенные со смещением относительно друг друга, чтобы куски не вылетали за пределы камеры, а ударная волна отводилась из него. В потолочине также выполнено окно для отвода ударной волны, причем для исключения вылета кусков негабарита наружу это окно также перекрыто дополнительной крышкой, размещенной на определенном расстоянии от плоскости потолочины. Стенки и потолочина в местах возможного контакта с разлетающимися при взрыве кусками негабаритов футерованы стальными листами, предотвращающими их от разрушения. Отличительной особенностью камеры является возможность перемещения по направляющим ее внутренних боковых стенок в заданных пределах для изучения взрывных процессов.
Через ворота в передней стенке корпуса камеры, закрывающиеся во время проведения взрывных работ, производится доставка негабаритов и вывоз разрушенной массы после взрывания. Через проемы в наружных стенках погрузчиком осуществляется уборка разрушенной массы, попавшей туда во время взрыва через окна во внутренних стенках. Таким образом, конструкция камеры позволяет надежно локализовать действие взрыва, сохраняя прочность всех элементов.
Новая совокупность существенных признаков, а также наличие связей между ними позволяют, в частности, за счет конструкции взрывозащитной камеры производить безопасное разрушение горной массы вблизи производственных площадок, изучение взрывных процессов, а также осуществлять экспериментальные исследования для определения механических свойств горных пород.
На фундаменте 1 располагается железобетонный корпус, в потолочине 2, в задней и боковых наружных 5, боковых внутренних 4 и задней внутренней 5 стенках которого имеются проемы 6 и окна 7 для выхода избыточного давления (на фиг.2 показано стрелками) взрывной волны. Крышка 8, перекрывая окно 7 в потолочине 2, располагается выше нее на расстоянии, достаточном для выхода избыточного давления, образующегося при взрывании негабаритов 9, и предотвращения разлета кусков. Передняя стенка 10, стенки 4, 5 и потолочина 2 в местах возможного контакта с разлетающимися при взрыве кусками негабаритов 9 футерованы стальными листами 11, предотвращающими их от разрушения. В передней стенке располагается транспортная арка 12 с воротами 13 для ввоза негабаритов 9 и вывоза разрушенного материала после взрыва.
Негабариты 9, привезенные из карьера или доставленные из бункера головных дробилок дробильно-сортировочного комплекса транспортным средством 14 (например, автосамосвалом), выгружают внутри взрывозащитной камеры. После проведения подготовительных работ закрывают ворота 13 и производят взрывание негабаритов 9. После этого открывают ворота 13 и погрузочно-доставочной техникой 15 осуществляют уборку разрушенного материала, в том числе и из проемов 6. Для проведения экспериментальных исследований внутренние боковые стенки 4 имеют возможность перемещения в заданных пределах по направляющим 16, изменяя внутренний полезный объем камеры.
В потолочине 8 выполнено отверстие 17, в которое вставлено взрывозащитное устройство 18, имеющее блок индикатора безопасности 19, которое связано мобильной связью с системой оповещения 20.
Для повышения безопасности проведения экспериментальных исследований в потолочине также смонтировано взрывозащитное устройство с индикатором безопасности (фиг. 3 и 4). Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе устанавливается на корпус 21 (фиг. 3) защищаемого объекта (автоцистерны) и содержит футерованный грузовой затвор, выполненный в виде двух слоев: слоя футеровки 30, перекрывающей отверстие диаметром Dy в корпусе 21 защищаемого объекта, и насыпного грузового слоя 22 в виде щебня, гравия или песка. Корпус клапана 23 выполнен в виде нижней конической и верхней цилиндрической части, в которой размещены теплоизоляционный элемент 24 и герметизирующая мембрана 15, прижимаемая к корпусу клапана посредством крышки 26, шарнирно соединенной с рычагом 28, взаимодействующим с отбойником 27.
Узел 29 крепления разрывного элемента (фиг. 4) в виде проволоки закреплен своей верхней частью на рычаге 28, а нижней - к верхней цилиндрической части корпуса 23 клапана. Узел крепления разрывного элемента состоит из проволоки 26, стопорного болта 31, вилки 32, рычага 33 крышки клапана, гайки 24, и двух барабанов 25, расположенных соответственно в вилке 32 рычага 33 крышки клапана и в вилке верхней цилиндрической части корпуса 23 клапана. Концы проволоки 36 вставляются в отверстия барабанов 35 и затем наматываются на них при их вращении обычным гаечным ключом. После достаточного натяжения проволоки барабаны 35 фиксируются стопорными болтами 31.
На проволоке 26, в ее средней (на чертеже не показано, т.е., как в прототипе), свободной от крепежа части, закреплен индикатор безопасности 37 в виде датчика, реагирующего на деформацию, например тензорезистора (тензодатчика), выход которого соединен с усилителем сигнала, например тензоусилителем 28, а выход тензоусилителя 38 соединен со входом устройства оповещения 39 об аварийной ситуации.
Возможен вариант выполнения проволоки (фиг. 3) разрывного элемента, на которой закреплен датчик индикатора безопасности, упругой и имеющей несколько витков в части, соединенной с датчиком индикатора безопасности.
Важно заметить, что давление срабатывания клапана зависит только от прочности проволоки 26 и не зависит от силы ее натяжения. Чтобы срабатыванию клапана не предшествовали большие пластические деформации проволоки, ее длина, а следовательно, и зазор h должны быть минимальными. Зазор h должен быть порядка (l,5÷3)d, где d - диаметр проволоки. Чтобы крепление концов проволоки было надежным и не допускало их вытягивания из отверстий в барабане, на него должно быть намотано не менее трех витков. Откидная крышка 26 через рычаг 28 удерживается в закрытом положении при разрывном элементе 19, роль которого выполняет проволока калиброванного сечения. Для полной герметизации клапана используется мембрана 25 из алюминиевой фольги или из полимерного материала. Под действием давления в защищаемом аппарате мембрана прижимается к крышке и таким образом через рычаг 18 все усилие от давления передается на шарнир рычага и разрывную проволоку 29. Сама же мембрана при этом оказывается практически полностью разгруженной и на давление срабатывания клапана (разрыв проволоки 29) существенного влияния не оказывает. В этом смысле мембрана не является расчетным элементом: конструкции взрывного клапана.
Если в защищаемой цистерне происходят процессы при высоких температурах, то для тепловой защиты мембраны 25 и других деталей клапана предусмотрены два уровня теплоизоляции. Первый из них представляет собой грузовой затвор 22, футерованный огнеупорным материалом, а второй - минеральную вату, асбестовую крошку или другой термостойкий пористый материал 24, уложенный в корзину из металлических прутьев или полос. Для получения наибольшей эффективности взрывозащиты производственного оборудования взрывозащитный клапан имеет параметры, которые находятся в следующих оптимальных интервалах величин: c=H/Dy=2,5÷3,0,
где Dy - диаметр верхней цилиндрической части корпуса клапана, равный максимальному размеру отверстия корпуса 21 защищаемого объекта; H - высота клапана в сборе.
Взрывозащитное устройство с индикатором безопасности на разрывном элементе работает следующим образом.
Давление в защищаемой цистерне воздействует на крышку 26, так как затвор 22 перекрывает входное отверстие негерметично, и при быстром повышении давления он может приподниматься, а теплоизоляционный слой 14 порист.
При срабатывании клапана крышка 26 отбрасывается до упора в отбойники 27, засыпка 22 и теплоизоляционный элемент 24 потоком газа выбрасываются из полости клапана. При этом срабатывает индикатор безопасности 27 в виде датчика, реагирующего на деформацию разрыва, например тензорезистора, сигнал с которого поступает на усилитель 38 сигнала, а затем на устройство оповещения 39 об аварийной ситуации.
В случае когда повышение давления в объекте незначительное, то крышка 26 все равно приподнимается, но уже без выброса потоком газа засыпки 22 и теплоизоляционного элемента 24, т.е. возникает предаварийная ситуация, то индикатор безопасности 37 срабатывает и устройство оповещения 39 сигнализирует обслуживающему персоналу о нарушении технологического процесса и необходимости принятия предупреждающих аварию мер.
Источники информации
1. Патент №2455614 РФ, МПК F42D 5/04. Локализующее устройство для радиографических исследований взрывных процессов / А.С. Степанов, В.П. Кузьмин, Р.С. Мухаметшин, И.Н. Гордеев и др. - 2010147796/03; Заявл. 23.11.2010; Опубл. 10.07.2012. - 11 с.: ил.
2. Патент №2168107 РФ, F42D 5/00. Быстровозводимое устройство для локализации продуктов взрыва / Г.П. Моторикин, В.П. Жогин. - 99122203/06; Заявл. 22.10.1999; Опубл. 27.05.2001. - 5 с.: ил.
3. Патент №2100774 РФ, F42D 5/045. Устройство для локализации зоны взрывного разрушения / Г.А. Басе. - 95121978/03; Заявл. 28.12.1995; Опубл. 27.12.1997. - 4 с.: ил.
4. Инструкция по организации и безопасному производству взрывных работ в стесненных условиях с применением предохранительных укрытий / ИГД УрО РАН. - Екатеринбург, 2010.