СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ СПОСОБЫ
DELIVERY SYSTEMS OF EXPLOSIVE MATERIALS AND METHODS RELATED TO IT

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США №61/762,149, озаглавленной «СИСТЕМЫ ДОСТАВКИ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ СПОСОБЫ», поданной 7 февраля 2013 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ
Изобретение относится по существу к взрывчатым веществам. Более конкретно, настоящее изобретение относится к системам доставки взрывчатых веществ и к связанным с ними способам. В некоторых вариантах осуществления способы относятся к способам изменения энергии взрыва взрывчатых веществ в шпуре.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Варианты осуществления, раскрытые в настоящем документе, станут более понятны из представленного ниже описания и приложенных пунктов формулы изобретения в сочетании с приложенными чертежами. На чертежах показаны преимущественно обобщенные варианты осуществления, которые будут описаны с дополнительной спецификой и подробностями вместе с чертежами.
На Фиг. 1 представлена технологическая схема одного варианта осуществления системы доставки взрывчатых веществ.
На Фиг. 2 показан срез поперечного сечения одного варианта осуществления загрузочной трубы.
На Фиг. 3 показан вид сбоку одного варианта осуществления грузового автомобиля, оборудованного конкретными вариантами осуществления системы, представленной на Фиг. 1, с вставленной в шпур загрузочной трубой.
На Фиг. 4 представлена блок-схема одного варианта осуществления способа доставки взрывчатых веществ.
На Фиг. 5 представлена блок-схема одного варианта осуществления способа изменения энергии взрыва взрывчатых веществ в шпуре.
На Фиг. 6 показан шпур, заполненный в соответствии с одним вариантом осуществления способа, показанного на Фиг. 5.
На Фиг. 7 показан один вариант осуществления шпура с переменным диаметром для применения со способами, раскрытыми в настоящем документе, такими как те, которые показаны на Фиг. 4 и 5.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Эмульсионные взрывчатые вещества широко применяются в горнодобывающей промышленности, при разработке карьеров и котлованов для разрушения горных пород и руд. По существу углубление, которое называют «шпуром», бурят в поверхности, например, в грунте. Затем в шпур можно нагнетать или подавать с помощью шнека эмульсионные взрывчатые вещества. Эмульсионные взрывчатые вещества по существу транспортируют к месту работ в виде эмульсии, плотность которой слишком высока для полной детонации. Как правило, эмульсию необходимо «активировать», чтобы эмульсия успешно сдетонировала. Зачастую активацию выполняют путем введения в эмульсию небольших пустот. Эти пустоты действуют как «горячие точки» для распространения детонации. Эти пустоты можно ввести путем вдувания газа в эмульсию, таким образом формируя пузырьки газа, добавления микросфер, других пористых сред и/или впрыскивания химических газообразующих добавок, взаимодействующих в эмульсии и таким образом образующих газ.
В зависимости от длины или глубины шпуров, детонаторы можно разместить у конца шпура, который также называют «дном», и у начала эмульсионных взрывчатых веществ. Зачастую в таких ситуациях верхнюю часть шпура заполняют не взрывчатыми веществами, а инертным материалом, который называют «забойкой», чтобы попытаться сохранить мощность взрыва внутри окружающего шпур материала, не допуская утечки взрывных газов и энергии через верхнюю часть шпура.
В настоящем документе раскрыты системы доставки взрывчатых веществ и связанные с ними способы. Следует понимать, что размещение и конфигурация компонентов вариантов осуществления, по существу описанных ниже и показанных на фигурах в настоящем документе, могут иметь широкое разнообразие разных конфигураций. Таким образом, представленное ниже более подробное описание различных вариантов осуществления, как описано ниже и представлено на фигурах, не предполагает ограничения объема раскрытия, а представляет лишь различные варианты осуществления. Несмотря на то что различные аспекты вариантов осуществления представлены на чертежах, если это конкретно не указано, чертежи не обязательно выполнены в масштабе.
Фразы «функционально соединенный с», «соединенный с» и «связанный с» относятся к любой форме взаимодействия между двумя или более объектами, включая механическое, электрическое, магнитное, электромагнитное, тепловое взаимодействие и взаимодействие по текучей среде. Аналогичным образом, «соединенный по текучей среде» относится к любой форме взаимодействия по текучей среде между двумя или более объектами. Два объекта могут взаимодействовать друг с другом, даже если они не находятся в непосредственном контакте друг с другом. Например, два объекта могут взаимодействовать друг с другом посредством промежуточного объекта.
В настоящем документе термин «по существу» означает почти и включая 100%, включая по меньшей мере приблизительно 80%, по меньшей мере приблизительно 90%, по меньшей мере приблизительно 91%, по меньшей мере приблизительно 92%, по меньшей мере приблизительно 93%, по меньшей мере приблизительно 94%, по меньшей мере приблизительно 95%, по меньшей мере приблизительно 96%, по меньшей мере приблизительно 97%, по меньшей мере приблизительно 98% и по меньшей мере приблизительно 99%.
В настоящем документе термин «проксимально» относится к расположению «близко» к раскрываемому объекту или «у» него. Например, «проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы» относится к расположению близко к выходному отверстию загрузочной трубы или у него.
В некоторых вариантах осуществления системы доставки взрывчатых веществ система содержит:
первый резервуар, выполненный с возможностью хранения первой газообразующей добавки;
второй резервуар, выполненный с возможностью хранения второй газообразующей добавки;
третий резервуар, выполненный с возможностью хранения эмульсионной матрицы;
гомогенизатор, выполненный с возможностью перемешивания эмульсионной матрицы и первой газообразующей добавки с образованием гомогенизированного продукта, причем гомогенизатор функционально соединен с первым резервуаром и третьим резервуаром;
загрузочную трубу, функционально соединенную с гомогенизатором, причем загрузочная труба выполнена с возможностью перекачки гомогенизированного продукта, причем загрузочная труба выполнена с возможностью вставки в шпур, и причем второй резервуар функционально соединен с загрузочной трубой проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы; и
смеситель, размещенный проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы, причем смеситель выполнен с возможностью перемешивания гомогенизированного продукта с по меньшей мере второй газообразующей добавкой с образованием активированного продукта.
В некоторых вариантах осуществления способов доставки взрывчатых веществ способы включают подачу первой газообразующей добавки, подачу второй газообразующей добавки и подачу эмульсионной матрицы. Способ дополнительно включает вставку загрузочной трубы в шпур. Способ дополнительно включает гомогенизацию эмульсионной матрицы и первой газообразующей добавки с образованием гомогенизированного продукта, протекание гомогенизированного продукта через загрузочную трубу и введение второй газообразующей добавки проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы. Способ дополнительно включает перемешивание проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы второй газообразующей добавки и гомогенизированного продукта с образованием активированного продукта и перекачку активированного продукта в шпур.
В некоторых вариантах осуществления способов изменения энергии взрыва взрывчатых веществ в шпуре способы включают вставку загрузочной трубы в шпур и протекание гомогенизированного продукта, содержащего эмульсионную матрицу, через загрузочную трубу. Способы дополнительно включают введение газообразующей добавки проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы с первым расходом, перемешивание гомогенизированного продукта с газообразующей добавкой проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы с первым расходом с образованием первого активированного продукта, имеющего первую плотность, и перекачку первого активированного продукта в шпур. Способы дополнительно включают введение газообразующей добавки проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы со вторым расходом, перемешивание гомогенизированного продукта с газообразующей добавкой проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы со вторым расходом с образованием второго активированного продукта, имеющего вторую плотность, и перекачку второго активированного продукта в шпур.
На Фиг. 1 показана технологическая схема одного варианта осуществления системы 100 доставки взрывчатых веществ. Система 100 доставки взрывчатых веществ, изображенная на Фиг. 1, содержит различные компоненты и материалы, как дополнительно описано ниже. Дополнительно любая комбинация индивидуальных компонентов может содержать узел или подузел для применения вместе с системой доставки взрывчатых веществ.
В вариантах осуществления, изображенных на Фиг. 1, система 100 доставки взрывчатых веществ содержит первый резервуар 10, выполненный с возможностью хранения первой газообразующей добавки 11, второй резервуар 20, выполненный с возможностью хранения второй газообразующей добавки 21, и третий резервуар 30, выполненный с возможностью хранения эмульсионной матрицы 31. Система 100 доставки взрывчатых веществ дополнительно содержит гомогенизатор 40, выполненный с возможностью перемешивания эмульсионной матрицы 31 и первой газообразующей добавки 11 с образованием гомогенизированного продукта 41.
В некоторых вариантах осуществления первая газообразующая добавка 11 содержит регулятор рН. Регулятор рН может содержать кислоту. Примеры кислот включают, без ограничений, органические кислоты, такие как лимонная кислота, уксусная кислота и винная кислота. Можно применять любой регулятор рН, известный в данной области и совместимый со второй газообразующей добавкой и ускорителем газообразования, при его наличии. Регулятор рН может растворяться в водном растворе.
В некоторых вариантах осуществления первый резервуар 10 дополнительно выполнен с возможностью хранения ускорителя газообразования в смеси с первой газообразующей добавкой 11. Гомогенизатор может быть выполнен с возможностью перемешивания эмульсионной матрицы и смеси ускорителя газообразования с первой газообразующей добавкой с образованием гомогенизированного продукта. Примеры ускорителей газообразования включают, без ограничений, тиомочевину, мочевину, тиоцианат, йодид, цианат, ацетат, сульфоновую кислоту и ее соли, а также их комбинации. Можно применять любой ускоритель газообразования, известный в данной области и совместимый с первой газообразующей добавкой и второй газообразующей добавкой. Регулятор рН и газообразующая добавка могут растворяться в водном растворе.
В некоторых вариантах осуществления вторая газообразующая добавка 21 представляет собой химическую газообразующую добавку, выполненную с возможностью взаимодействия в эмульсионной матрице 31 и с ускорителем газообразования, при его наличии. Примеры химической газообразующей добавки включают, без ограничений, пероксиды, такие как пероксид водорода, неорганические соли нитриты, такие как нитрит натрия, нитрозамины, такие как N,N'-динитрозопентаметилентетрамин, борогидриды щелочных металлов, такие как борогидрид натрия, и основания, такие как карбонаты, включая карбонат натрия. Можно использовать любую химическую газообразующую добавку, известную в данной области и совместимую с эмульсионной матрицей 31 и ускорителем газообразования, при его наличии. Химическая газообразующая добавка может растворяться в водном растворе.
В некоторых вариантах осуществления эмульсионная матрица 31 содержит непрерывную фазу горючего компонента и дискретную фазу окисляющего компонента. Можно применять любую известную в данной области эмульсионную матрицу, такую как, в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, Titan 1000 G от Dyno Nobel.
Примеры горючего компонента включают, без ограничений, жидкие топлива, такие как мазут, дизельное топливо, дистиллят, печное топливо, керосин, газолин и нафта; парафины, такие как микрокристаллический парафин, твердый парафин и парафиновый гач; масла, такие как парафиновые масла, бензол, толуол и ксилол, битумные материалы, полимерные масла, такие как низкомолекулярные полимеры олефинов, животные масла, такие как рыбий жир, и другие минеральные, углеводородные или жирные масла; а также их смеси. Можно применять любой горючий компонент, известный в данной области и совместимый с окисляющим компонентом и эмульгатором, при его наличии.
Эмульсионная матрица может обеспечивать по меньшей мере приблизительно 95%, по меньшей мере приблизительно 96%, по меньшей мере приблизительно 97% содержания кислорода в активированном продукте.
Примеры окисляющих компонентов включают, без ограничений, высвобождающие кислород соли. Примеры высвобождающих кислород солей включают, без ограничений, нитраты щелочных и щелочноземельных металлов, хлораты щелочных и щелочноземельных металлов, перхлораты щелочных и щелочноземельных металлов, нитрат аммония, хлорат аммония, перхлорат аммония и их смеси, такие как смесь нитрата аммония и нитратов натрия или кальция. Можно применять любой окисляющий компонент, известный в данной области и совместимый с горючим компонентом и эмульгатором, при его наличии. Окисляющий компонент может растворяться в водном растворе, образуя в результате эмульсионную матрицу, известную в данной области как эмульсия «вода в масле». Окисляющий компонент может не растворяться в водном растворе, образуя в результате эмульсионную матрицу, известную в данной области как эмульсия «расплав в масле».
В некоторых вариантах осуществления эмульсионная матрица 31 дополнительно содержит эмульгатор. Примеры эмульгаторов включают, без ограничений, эмульгаторы на основе продуктов взаимодействия поли[алк(ен)ил]янтарных ангидридов и алкиламинов, включая производные янтарного ангидрида полиизобутилена (PiBSA) алканоламинов. Дополнительные примеры эмульгаторов включают, без ограничений, алкоксилаты спиртов, алкоксилаты фенолов, поли(оксиалкилен)гликоли, сложные эфиры поли(оксиалкилен) жирных кислот, алкоксилаты аминов, сложные эфиры жирных кислот с сорбитом и глицерином, соли жирных кислот, сложные эфиры сорбитана, сложные эфиры поли(оксиалкилен)сорбитана, алкоксилаты жирных аминов, сложные эфиры поли(оксиалкилен)гликолей, амины жирных кислот, алкоксилаты амидов жирных кислот, жирные амины, четвертичные амины, алкилоксазолины, алкенилоксазолины, имидазолины, алкилсульфонаты, алкилсульфосукцинаты, алкиларилсульфонаты, алкилфосфаты, алкенилфосфаты, сложные эфиры фосфатов, лецитин, сополимеры поли(оксиалкилен)гликоля и поли(12-гидроксистеариновой) кислоты, 2-алкил и 2-алкенил-4,4'-бис(гидроксиметил)оксазолин, моноолеат сорбитана, сесквиолеат сорбитана, 2-олеил-4,4'-бис(гидроксиметил)оксазолин, а также их смеси. Можно применять любой эмульгатор, известный в данной области и совместимый с горючим компонентом и окисляющим компонентом.
Система 100 доставки взрывчатых веществ дополнительно содержит первый насос 12, выполненный с возможностью нагнетания первой газообразующей добавки 11. Входное отверстие первого насоса 12 соединено по текучей среде с первым резервуаром 10. Выходное отверстие первого насоса 12 соединено по текучей среде с первым расходомером 14, выполненным с возможностью измерения потока 15 первой газообразующей добавки 11. Первый расходомер 14 соединен по текучей среде с гомогенизатором 40. Поток 15 первой газообразующей добавки 11 можно ввести в поток 35 эмульсионной матрицы 31 до гомогенизатора 40, в том числе до или после третьего насоса 32 или до или после третьего расходомера 34. Поток 15 можно ввести вдоль средней линии потока 35. На Фиг. 1 показано протекание потока 15 первой газообразующей добавки 11 из первого резервуара 10 через первый насос 12 и первый расходомер 14 в гомогенизатор 40.
Система 100 доставки взрывчатых веществ дополнительно содержит второй насос 22, выполненный с возможностью нагнетания второй газообразующей добавки 21. Входное отверстие второго насоса 22 соединено по текучей среде со вторым резервуаром 20. Выходное отверстие второго насоса 22 соединено по текучей среде со вторым расходомером 24, выполненным с возможностью измерения протекания потока 25 второй газообразующей добавки 21. Второй расходомер 24 соединен по текучей среде с клапаном 26. Клапан 26 выполнен с возможностью управления потоком 25 второй газообразующей добавки 21. Клапан 26 соединен по текучей среде с загрузочной трубой (не показана) проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы и проксимально по отношению к входному отверстию смесителя 60. Клапан 26 может содержать управляющий клапан. Примеры управляющих клапанов включают, без ограничений, клапаны с наклонным шпинделем, шаровые клапаны, дроссельные клапаны и мембранные клапаны. Можно применять любой клапан, известный в данной области и совместимый с процессом управления протеканием второй газообразующей добавки 21. На Фиг. 1 показано протекание потока 25 второй газообразующей добавки 21 из второго резервуара 20 через второй насос 22, второй расходомер 24 и клапан 26 в поток 47.
Система 100 доставки взрывчатых веществ дополнительно содержит третий насос 32, выполненный с возможностью нагнетания эмульсионной матрицы 31. Входное отверстие третьего насоса 32 соединено по текучей среде с третьим резервуаром 30. Выходное отверстие третьего насоса 32 соединено по текучей среде с третьим расходомером 34, выполненным с возможностью измерения потока 35 эмульсионной матрицы 31. Третий расходомер 34 соединен по текучей среде с гомогенизатором 40. На Фиг. 1 показано протекание потока 35 эмульсионной матрицы 31 из третьего резервуара 30 через третий насос 32 и третий расходомер 34 в гомогенизатор 40.
В некоторых вариантах осуществления система 100 доставки взрывчатых веществ выполнена с возможностью перекачки второй газообразующей добавки 21 с массовым расходом менее чем приблизительно 5%, менее чем приблизительно 4%, менее чем приблизительно 2% или менее чем приблизительно 1% массового расхода эмульсионной матрицы 31.
Гомогенизатор 40 может быть выполнен с возможностью гомогенизации эмульсионной матрицы 31 во время формирования гомогенизированного продукта 41. В настоящем документе термины «гомогенизировать» или «гомогенизация» относятся к уменьшению размера капель окисляющего компонента в горючем компоненте эмульсионной матрицы, такой как эмульсионная матрица 31. Гомогенизация эмульсионной матрицы 31 повышает вязкость гомогенизированного продукта 41 в сравнении с эмульсионной матрицей 31. Гомогенизатор 40 также может быть выполнен с возможностью перемешивания потока 35 эмульсионной матрицы 31 и потока 15 первой газообразующей добавки 11 с образованием гомогенизированного продукта 41. Поток 45 гомогенизированного продукта 41 выходит из гомогенизатора 40. Давление потока 35 и потока 15 может обеспечивать давление для протекания потока 45.
Гомогенизатор 40 может уменьшать размер капель окисляющего компонента за счет приложения сдвигового напряжения к эмульсионной матрице 31 и первой газообразующей добавке 11. Гомогенизатор 40 может содержать клапан, выполненный с возможностью приложения сдвигового напряжения к эмульсионной матрице 31 и первой газообразующей добавке 11. Гомогенизатор 40 может дополнительно содержать смесительные устройства, такие как, в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, стационарные смесители и/или динамические смесители, такие как шнеки, для перемешивания потока 15 первой газообразующей добавки 11 с потоком 35 эмульсионной матрицы 31.
Гомогенизация эмульсионной матрицы 31 во время формирования гомогенизированного продукта 41 может быть благоприятной для активированного продукта 61. Например, в сравнении с негомогенизированным активированным продуктом уменьшение размера капель окисляющего компонента и повышение вязкости активированного продукта 61 могут приводить к подавлению слияния пузырьков газа, образующихся при введении второй газообразующей добавки 21. Аналогичным образом, в сравнении с негомогенизированным активированным продуктом снижается влияние гидростатического давления на плотность пузырьков газа в гомогенизированном активированном продукте 61. Таким образом, в сравнении с негомогенизированным активированным продуктом в гомогенизированном активированном продукте 61 миграция пузырьков газа подавляется. В результате этого плотность гомогенизированного активированного продукта 61 при загрузке на конкретной глубине шпура ближе к плотности гомогенизированного активированного продукта 61 при перекачке на эту глубину, чем в случае с плотностью при загрузке негомогенизированного активированного продукта, если он перекачивается вместо гомогенизированного активированного продукта. Повышение вязкости гомогенизированного активированного продукта 61 также, как правило, снижает миграцию продукта в трещины и пустоты в окружающем шпур материале в сравнении с негомогенизированным активированным продуктом.
В некоторых вариантах осуществления гомогенизатор 40 по существу не гомогенизирует эмульсионную матрицу 31. В таких вариантах осуществления гомогенизатор 40 содержит устройства, преимущественно выполненные с возможностью перемешивания потока 35 и потока 15, но не включает устройства, преимущественно выполненные с возможностью уменьшения размера капель окисляющего компонента в эмульсионной матрице 31. В таких вариантах осуществления активированный продукт 61 будет представлять собой негомогенизированный активированный продукт. В настоящем документе «преимущественно выполненный» относится к основной функции, с возможностью выполнять которую выполнено устройство. Например, любое(-ые) смесительное(-ые) устройство(-а) гомогенизатора 40 могут оказывать некоторое влияние на размер капель окисляющего компонента, но основной функцией смесительных устройств может быть перемешивание потока 15 и потока 35.
Система 100 доставки взрывчатых веществ дополнительно содержит четвертый резервуар 50, выполненный с возможностью хранения смазки 51, и нагнетатель смазки 52, выполненный с возможностью облегчения за счет смазки перекачки гомогенизированного продукта 41 через внутреннюю часть загрузочной трубы. Четвертый резервуар 50 соединен по текучей среде с нагнетателем смазки 52. Нагнетатель смазки 52 может быть выполнен с возможностью впрыскивания кольцевого пространства смазки 51, окружающей поток 45 гомогенизированного продукта 41 и обеспечивающей смазку гомогенизированного продукта при протекании во внутренней части загрузочной трубы. Смазка 51 может содержать воду. Гомогенизатор 40 соединен по текучей среде с нагнетателем смазки 52. Нагнетатель смазки 52 функционально соединен с загрузочной трубой. Поток 45 гомогенизированного продукта 41 поступает в нагнетатель смазки 52. Поток 55 смазки 51 выходит из четвертого резервуара 50 и вводится нагнетателем смазки 52 в поток 45. Впрыскивание в поток 55 можно осуществить в виде кольцевого пространства, которое по существу радиально окружает поток 45. Поток 47 выходит из нагнетателя смазки 52 и содержит поток 45, по существу радиально окруженный потоком 55. Поток 55 смазки 51 обеспечивает смазку при протекании потока 45 через загрузочную трубу.
Система 100 доставки взрывчатых веществ дополнительно содержит загрузочную трубу. Загрузочная труба функционально соединена с нагнетателем смазки. Загрузочная труба выполнена с возможностью перекачки потока 47 в смеситель 60. Загрузочная труба выполнена с возможностью вставки в шпур.
Система 100 доставки взрывчатых веществ дополнительно содержит смеситель 60, размещенный проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы. Смеситель 60 выполнен с возможностью перемешивания гомогенизированного продукта 41 и смазки 51 в потоке 47 со второй газообразующей добавкой 21 в потоке 25 с образованием активированного продукта 61 в потоке 65. Смеситель может содержать стационарный смеситель. Примеры стационарного смесителя включают, без ограничений, винтовой стационарный смеситель. Можно применять любой стационарный смеситель, известный в данной области и совместимый с процессом перемешивания второй газообразующей добавки 21, гомогенизированного продукта 41 и смазки 51.
В некоторых вариантах осуществления поток 15 первой газообразующей добавки 11 не вводят в поток 35 до гомогенизатора 40. Вместо этого поток 15 первой газообразующей добавки 11 можно ввести в поток 45 гомогенизированного продукта 41 после гомогенизатора 40 или в поток 47 после нагнетателя смазки 52. Поток 15 можно впрыскивать вдоль средней линии потока 45 или потока 47. В этих вариантах осуществления первая газообразующая добавка 11 потока 15 может перемешиваться с гомогенизированным продуктом 41 и второй газообразующей добавкой 25 в смесителе 60.
Система 100 доставки взрывчатых веществ дополнительно содержит систему 70 управления, выполненную с возможностью изменения расхода потока 25 относительно расхода потока 47. Система 70 управления может быть выполнена с возможностью изменения расхода потока 25 во время непрерывного образования и перекачки активированного продукта 61 в шпур. Система 70 управления может быть выполнена с возможностью изменения расхода потока 25 одновременно с изменением расхода потока 15, потока 35 и потока 55 для изменения расхода потока 47.
Система 70 управления может быть выполнена с возможностью автоматического изменения расхода потока 25 по мере заполнения шпура активированным продуктом 61 в зависимости от желательной плотности активированного продукта 61 на конкретной глубине шпура. Система 70 управления может быть выполнена с возможностью определения желательной плотности активированного продукта на основе желательного профиля энергии взрыва внутри шпура. Система 70 управления может быть выполнена с возможностью регулирования расхода потока 15 первой газообразующей добавки 11 на основе температуры эмульсионной матрицы 31 и желательной скорости взаимодействия второй газообразующей добавки 21 в гомогенизированном продукте 41. Температуру эмульсионной матрицы 31 можно измерять в третьем резервуаре 30. Система 70 управления может быть выполнена с возможностью изменения расхода потока 25 для поддержания желательной плотности активированного продукта по меньшей мере частично на основе изменений расхода потока 35 в гомогенизаторе 40.
Система 70 управления содержит компьютер (не показан), содержащий процессор (не показан), функционально соединенный с запоминающим устройством (не показано). В запоминающем устройстве хранятся программы для выполнения желательных функций системы 70 управления, и причем программы реализует процессор. Система 70 управления сообщается с первым насосом 12 посредством системы 71 связи. Система 70 управления сообщается со вторым насосом 22 посредством системы 72 связи. Система 70 управления сообщается с третьим насосом 32 посредством системы 73 связи. Система 70 управления сообщается с первым расходомером 14 посредством системы 74 связи. Система 70 управления сообщается со вторым расходомером 24 посредством системы 75 связи. Система 70 управления сообщается с третьим расходомером 34 посредством системы 76 связи. Система 70 управления сообщается с клапаном 26 посредством системы 77 связи. Система 70 управления сообщается с нагнетателем смазки 52 посредством системы 78 связи. Системы 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 и 78 связи могут содержать одну или более систем проводной и/или беспроводной связи.
В некоторых вариантах осуществления система 100 доставки взрывчатых веществ выполнена с возможностью доставки смеси активированного продукта 61 с твердыми окислителями и дополнительными жидкими горючими. В таких вариантах осуществления загрузочную трубу можно не вставить в шпур, а вместо этого можно смешать активированный продукт 61 с твердым окислителем и дополнительным жидким горючим. Полученную смесь можно налить в шпур, например, через выпускное отверстие шнекового лотка, размещенного над устьем шпура.
Например, система 100 доставки взрывчатых веществ может содержать пятый резервуар, выполненный с возможностью хранения твердого окислителя. Система 100 доставки взрывчатых веществ может дополнительно содержать шестой резервуар, выполненный с возможностью хранения дополнительного жидкого горючего отдельно от жидкого горючего, являющегося частью эмульсионной матрицы 31. Воронка может функционально соединять пятый резервуар со смесительным устройством, таким как шнек. Смесительное устройство может быть соединено по текучей среде с шестым резервуаром. Смесительное устройство также может быть соединено по текучей среде с выходным отверстием загрузочной трубы и выполнено с возможностью образования активированного продукта 61. Смесительное устройство может быть выполнено с возможностью смешивания активированного продукта 61 с твердым окислителем из пятого резервуара и жидким горючим из шестого резервуара. Лоток может быть соединен с выпускным отверстием смесительного устройства и выполнен с возможностью перекачки смешанного активированного продукта 61 в шпур. Например, активированный продукт 61 можно смешать в шнеке с нитратом аммония и дизельным топливом класса 2 с образованием смеси «тяжелого ANFO».
Система 100 доставки взрывчатых веществ может содержать дополнительные резервуары для хранения твердых активаторов и/или добавок для увеличения энергии. Эти дополнительные компоненты можно перемешать с твердым окислителем из пятого резервуара или можно перемешать непосредственно с гомогенизированным продуктом 41 или активированным продуктом 61. В некоторых вариантах осуществления твердый окислитель, твердый активатор и/или добавку для увеличения энергии можно смешать с активированным продуктом 61 без добавления какого-либо жидкого горючего из шестого резервуара.
Примеры твердых активаторов включают, без ограничений, стеклянные или углеводородные микросферы, целлюлозные наполняющие агенты, наполняющие агенты из вспененных минералов и т.п. Примеры добавок для увеличения энергии включают, без ограничений, металлические порошки, такие как порошок алюминия. Примеры твердых окислителей включают, без ограничений, высвобождающие кислород соли, образованные в виде пористых сфер, также известных в данной области как «гранулы». Примеры высвобождающих кислород солей раскрыты выше в отношении окисляющего компонента эмульсионной матрицы 31. Гранулы высвобождающих кислород солей можно применять в качестве твердого окислителя. Можно применять любой твердый окислитель, известный в данной области и совместимый с жидким горючим. Примеры жидкого горючего раскрыты выше в отношении горючего компонента эмульсионной матрицы 31. Можно применять любое жидкое горючее, известное в данной области и совместимое с твердым окислителем.
Следует понимать, что система 100 доставки взрывчатых веществ может дополнительно содержать дополнительные компоненты, совместимые с процессом доставки взрывчатых веществ.
Следует понимать, что систему 100 доставки взрывчатых веществ можно модифицировать, исключив компоненты, не обязательные для протекания потоков 15, 25, 35 и 45. Например, могут не присутствовать нагнетатель смазки 52 и четвертый резервуар 50. В другом примере могут не присутствовать один или более из первого насоса 12, второго насоса 22, третьего насоса 32, первого расходомера 14, второго расходомера 24 и третьего расходомера 34. Например, в отсутствие первого насоса 12 в системе 100 доставки взрывчатых веществ вместо него можно использовать гидростатическое давление в первом резервуаре 10 для подачи достаточного давления для протекания потока 15 первой газообразующей добавки 11. В другом примере может не присутствовать система 70 управления, а вместо нее могут присутствовать средства ручного управления для управления протеканием потоков 15, 25, 35 и 45.
Дополнительно следует понимать, что на Фиг. 1 представлена технологическая схема, на которой не указано физическое размещение любого из компонентов. Например, третий насос 32 можно разместить внутри третьего резервуара 30.
На Фиг. 2 показан срез поперечного сечения одного варианта осуществления загрузочной трубы 80, который можно применять с системой 100 доставки взрывчатых веществ. В этом варианте осуществления загрузочная труба 80 содержит гибкий шланг 82. Гибкий шланг 82 содержит первое кольцевое пространство 87, содержащее внутреннюю поверхность 84 и внешнюю поверхность 86. Внутренняя поверхность 84 отделена от внешней поверхности 86 первой толщиной 88. Первое кольцевое пространство 87 выполнено с возможностью перекачки потока 47, содержащего поток 45 гомогенизированного продукта 41 и поток 55 смазки 51.
В этих вариантах осуществления гибкий шланг 82 дополнительно содержит второе кольцевое пространство 85, продольно параллельное первому кольцевому пространству 87 и радиально смещенное от первого кольцевого пространства 87. Второе кольцевое пространство 85 размещено радиально относительно центра первого кольцевого пространства 87 между внутренней поверхностью 84 и внешней поверхностью 86. Диаметр второго кольцевого пространства 85 меньше длины первой толщины 88. Второе кольцевое пространство 85 выполнено с возможностью перекачки потока 25, содержащего вторую газообразующую добавку 21. Продольная длина второго кольцевого пространства 85 может быть по существу равна продольной длине первого кольцевого пространства 87.
Как показано на Фиг. 2, второе кольцевое пространство 85 приводит к образованию отдельной трубки внутри боковой стенки гибкого шланга 82. В альтернативном варианте осуществления отдельная трубка может быть размещена снаружи гибкого шланга 82 для перекачки потока 25 второй газообразующей добавки 21. Например, отдельный шланг может быть прикреплен к внешней поверхности 86 гибкого шланга 82. Дополнительно в альтернативном варианте отдельный шланг может быть размещен внутри гибкого шланга 82, например, прикреплен к внутренней поверхности 84.
На Фиг. 3 показан вид сбоку одного варианта осуществления грузового автомобиля 200, оборудованного конкретными вариантами осуществления системы 100 доставки взрывчатых веществ. На Фиг. 3 представлен упрощенный грузовой автомобиль 200, но показаны не все из компонентов системы 100 доставки взрывчатых веществ, изображенных на Фиг. 1. На Фиг. 3 показаны первый резервуар 10, второй резервуар 20, третий резервуар 30 и гомогенизатор 40, установленные на грузовом автомобиле 200. Грузовой автомобиль 200 расположен близко к вертикальному шпуру 300. Загрузочную трубу 80 разматывают с барабана 92 для намотки и вставляют в вертикальный шпур 300. Труба 42 соединяет по текучей среде гомогенизатор 40 с первым кольцевым пространством 87 (не показано) во внутренней части загрузочной трубы 80. Труба 95 соединяет по текучей среде второй резервуар 20 со вторым кольцевым пространством 85 (показано пунктиром) загрузочной трубы 80. Труба 95 отделена по текучей среде от гомогенизатора 40.
На Фиг. 3 показана форсунка 90, присоединенная у конца загрузочной трубы 80. Форсунка 90 выполнена с возможностью перекачки потока 65 активированного продукта 61 в шпур 300. Форсунка 90 может включать смеситель 60 (не показан) внутри внутренней поверхности форсунки 90. Внутренняя поверхность форсунки 90 может быть сопряжена с внутренней поверхностью 84 первого кольцевого пространства 87. Форсунка 90 может содержать по меньшей мере одно отверстие, предназначенное для введения потока 25 второй газообразующей добавки 21 в поток 47, содержащий гомогенизированный продукт 41. Такое по меньшей мере одно отверстие может соединять внешнюю поверхность и внутреннюю поверхности форсунки. Выходное отверстие второго кольцевого пространства 85 гибкого шланга 82 может быть функционально соединено с внешней поверхностью форсунки 90 и по меньшей мере одним отверстием. Внешняя поверхность форсунки 90 может содержать канал для соединения по текучей среде выходного отверстия второго кольцевого пространства 85 с по меньшей мере одним отверстием форсунки 90. Такое по меньшей мере одно отверстие может быть размещено до смесителя 60 внутри форсунки 90.
На Фиг. 4 представлена блок-схема одного варианта осуществления способа доставки взрывчатых веществ. В этих вариантах осуществления способ включает стадию 401 подачи первой газообразующей добавки, стадию 402 подачи второй газообразующей добавки и стадию 403 подачи эмульсионной матрицы. Способ дополнительно включает стадию 404 вставки загрузочной трубы в шпур. Способ дополнительно включает стадию 405 гомогенизации эмульсионной матрицы и первой газообразующей добавки с образованием гомогенизированного продукта, стадию 406 протекания гомогенизированного продукта через загрузочную трубу и стадию 407 введения второй газообразующей добавки проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы. Способ дополнительно включает стадию 408 смешивания проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы второй газообразующей добавки и гомогенизированного продукта с образованием активированного продукта и стадию 409 перекачки активированного продукта в шпур.
В некоторых вариантах осуществления способ может дополнительно включать изменение расхода второй газообразующей добавки относительно расхода гомогенизированного продукта. Способы могут дополнительно включать изменение расхода второй газообразующей добавки одновременно с непрерывным образованием активированного продукта и его перекачкой в шпур. Способы могут дополнительно включать автоматическое изменение расхода второй газообразующей добавки по мере заполнения шпура активированным продуктом в зависимости от желательной плотности активированного продукта на конкретной глубине шпура. Способы могут дополнительно включать определение расхода второй газообразующей добавки, которое приведет к получению желательной плотности активированного продукта по меньшей мере частично на основе расхода эмульсионной матрицы, поступающей в гомогенизатор. Способы могут дополнительно включать выбор нескольких разных желательных значений плотности активированного продукта.
В некоторых вариантах осуществления гомогенизация эмульсионной матрицы и первой газообразующей добавки с образованием гомогенизированного продукта содержит сначала гомогенизацию эмульсионной матрицы, а затем смешивание первой газообразующей добавки с гомогенизированной эмульсионной матрицей.
В некоторых вариантах осуществления шпуры могут содержать вертикальные шпуры. Шпуры могут быть образованы в поверхности земли или шпуры могут быть образованы под землей.
На Фиг. 5 представлена блок-схема некоторых вариантов осуществления способов изменения энергии взрыва взрывчатых веществ в шпуре. В этих вариантах осуществления способы включают стадию 501 вставки загрузочной трубы в шпур и стадию 502 протекания гомогенизированного продукта, содержащего эмульсионную матрицу, через загрузочную трубу. Способы дополнительно включают стадию 503 введения газообразующей добавки проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы с первым расходом, стадию 504 смешивания гомогенизированного продукта с газообразующей добавкой проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы с первым расходом с образованием первого активированного продукта, имеющего первую плотность, и стадию 505 перекачки первого активированного продукта в шпур. Способы дополнительно включают стадию 506 введения газообразующей добавки проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы со вторым расходом, стадию 507 смешивания гомогенизированного продукта с газообразующей добавкой проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы со вторым расходом с образованием второго активированного продукта, имеющего вторую плотность, и стадию 508 перекачки второго активированного продукта в шпур.
В некоторых вариантах осуществления газообразующая добавка, введенная проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы, может содержать вторую газообразующую добавку, а гомогенизированный продукт может содержать эмульсионную матрицу, смешанную с первой газообразующей добавкой. Гомогенизированный продукт может содержать гомогенизированную эмульсионную матрицу.
В некоторых вариантах осуществления гомогенизированный продукт непрерывно протекает с постоянным расходом через загрузочную трубу, в то время как первый расход газообразующей добавки изменяется на второй расход газообразующей добавки.
В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно включают введение газообразующей добавки проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы с третьим расходом, смешивание гомогенизированного продукта с газообразующей добавкой проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы с третьим расходом с образованием третьего активированного продукта, имеющего третью плотность, и перекачку третьего активированного продукта в шпур.
В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно включают введение газообразующей добавки проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы с четвертым расходом, смешивание гомогенизированного продукта с газообразующей добавкой проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы с четвертым расходом с образованием четвертого активированного продукта, имеющего четвертую плотность, и перекачку четвертого активированного продукта в шпур.
В некоторых вариантах осуществления способы включают непрерывное протекание гомогенизированного продукта через загрузочную трубу, в то время как расход газообразующей добавки непрерывно изменяется или изменяется так часто, как это необходимо, чтобы в разных местах вдоль шпура образовывались активированные продукты, имеющие желательные значения плотности. Альтернативно гомогенизированный продукт может непрерывно протекать через загрузочную трубу с переменными значениями расхода.
В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно включают определение свойств породы и/или руды вдоль длины или глубины шпура. Примеры свойств породы и/или руды включают, без ограничений, плотность твердых частиц, предел прочности при неограниченном сжатии, модуль упругости Юнга и коэффициент Пуассона. Способы определения свойств породы и/или руды известны в данной области и, таким образом, в настоящем документе не раскрываются. Специалисты в данной области могут воспользоваться знаниями свойств породы и/или руды для изменения плотности активированного продукта вдоль длины или глубины шпура для достижения оптимальных характеристик взрывчатого вещества.
В некоторых вариантах осуществления способы дополнительно включают определение желательного профиля энергии взрыва внутри шпура, а затем определение желательного профиля плотности активированного продукта, который способен обеспечить желательный профиль энергии взрыва.
На Фиг. 6 показано поперечное сечение вертикального шпура 310, заполненного активированным продуктом 61, который содержит первый активированный продукт 61а, перекачиваемый с первой плотностью А, второй активированный продукт 61b, перекачиваемый со второй плотностью В, третий активированный продукт 61с, перекачиваемый с третьей плотностью С, и четвертый активированный продукт 61d, перекачиваемый с четвертой плотностью D. Следует понимать, что активированный продукт 61 может дополнительно содержать дополнительные сегменты, перекачиваемые с разными значениями плотности. Также следует понимать, что плотность активированного продукта 61 может непрерывно изменяться. На Фиг. 6 первая плотность А больше второй плотности В, которая больше третьей плотности С, которая больше четвертой плотности D.
На Фиг. 6 показано распределение относительной энергии взрыва вдоль шпура 310 с гистограммой Е с обеих сторон шпура 310. Хотя показан активированный продукт 61 с четырьмя разными значениями плотности перекачки, распределение относительной энергии взрыва в показанном варианте осуществления постепенно изменяется от верхней части активированного продукта 61 к нижней части активированного продукта 61. Как описано выше, плотность при загрузке гомогенизированного активированного продукта 61 на конкретной глубине шпура ближе к плотности при перекачке гомогенизированного активированного продукта 61 на этой глубине, чем в случае с плотностью при загрузке негомогенизированного активированного продукта, если он перекачивается вместо гомогенизированного активированного продукта. По существу энергия взрыва коррелирует с плотностью перекачиваемого активированного продукта 61. По мере снижения плотности перекачиваемого гомогенизированного активированного продукта 61 энергия взрыва также снижается.
Чувствительность и плотность активированного продукта определяются количеством газообразующей добавки, введенной в гомогенизированный продукт. Таким образом, изменение расхода газообразующей добавки позволяет управлять плотностью активированного продукта. Например, усиление протекания второй газообразующей добавки приводит к увеличению количества пузырьков газа. При увеличении количества пузырьков газа возрастает чувствительность к детонации и снижается плотность, таким образом снижая энергию взрыва активированного продукта. Для сравнения, ослабление протекания газообразующей добавки приводит к уменьшению количества пузырьков газа. С уменьшением количества пузырьков газа снижается чувствительность к детонации и повышается плотность, таким образом повышая энергию взрыва активированного продукта.
На Фиг. 6 показан профиль энергии взрыва, имеющий приблизительно пирамидальную форму. Следует понимать, что раскрытые способы изменения энергии взрыва взрывчатых веществ в шпуре можно применять для реализации любого числа желательных профилей энергии взрыва активированного продукта. Например, в вертикальном шпуре может быть желательно, чтобы первая плотность А была меньше четвертой плотности D. В этом сценарии гистограмма Е относительной энергии взрыва может быть в большей степени похожа на перевернутую пирамиду. В другом примере может быть желательно, чтобы вторая плотность В и/или третья плотность С были больше четвертой плотности D. В этом сценарии гистограмма Е относительной энергии взрыва может иметь выпуклую форму с обеих сторон вертикального шпура 310.
В некоторых вариантах осуществления способы изменения энергии взрыва в шпуре дополнительно включают увеличение диаметра шпура в областях шпура, в которых желательно повысить энергию взрыва. Увеличение диаметра шпура в области шпура позволяет поместить в этой области больший объем взрывчатых веществ, чем в других областях шпура. Кроме того, плотность перекачиваемого в эту область активированного продукта можно увеличить, управляя расходом газообразующей добавки (например, второй газообразующей добавки) по мере перекачки активированного продукта в эту область шпура. Таким образом, энергию взрыва можно повысить не только за счет повышения плотности взрывчатых веществ, но энергию взрыва можно повысить и за счет увеличения объема взрывчатых веществ.
На Фиг. 7 показан один вариант осуществления шпура 400 с переменными диаметрами. В этом варианте осуществления первая область 410 имеет первый диаметр, а вторая область 420 имеет второй диаметр, который больше первого диаметра. На Фиг. 7 вторая область 420 находится у дна шпура 400. Однако следует понимать, что диаметр шпура 400 можно увеличить в любой области шпура, в которой желательно увеличить относительный объем взрывчатых веществ. Например, при производстве взрывных работ в карьере, если на глубине двадцати пяти метров находится пласт твердой породы, а под ним глубина более рыхлой породы составляет дополнительные двадцать пять метров, то вторая область 420 может быть образована посередине шпура глубиной пятьдесят метров. В этом примере первая область 410 будет проходить выше и ниже второй области 420.
Кроме того, может существовать множество областей увеличенного диаметра. Например, при разработке угля открытым способом над угольным пластом может находиться пласт твердой породы. Однако между пластом твердой породы и поверхностью может находиться дополнительный пласт твердой породы. Таким образом, в этом примере шпур 400 может включать вторую область 420 у дна шпура 400, а также вторую область 420 на глубине, соответствующей дополнительному пласту твердой породы. В этом примере первая область 410 будет проходить между двумя вторыми областями 420, а также над верхней второй областью 420.
Длина второй области 420 может соответствовать длине шпура, для которого желательно увеличить энергию взрыва. Таким образом, в вариантах осуществления с множеством вторых областей 420 длина каждой индивидуальной второй области 420 может быть отличной друг от друга в зависимости от топологии вдоль длины шпура 400.
В настоящем документе раскрыты способы увеличения диаметра только конкретной области шпура. Например, шпур 400 можно пробурить с диаметром первой области 410 вдоль всей длины шпура 400. Затем в шпур 400 можно вставить расширитель. Расширитель можно активировать у верхней части второй области 420, и диаметр шпура 400 увеличивается вдоль желательной длины второй области 420. После образования второй области 420 расширитель можно деактивировать и извлечь из шпура 400 без изменения диаметра первой области 410.
Пример технологии расширения может включать буровые долота, установленные на рычагах с гидравлическим приводом. Когда гидравлический привод рычагов не задействован, рычаги складываются вместе в форме цилиндра. Со сложенными рычагами расширитель можно перемещать в шпур и из него без модификации диаметра шпура. Расширитель можно избирательно активировать с образованием областей большего диаметра по мере необходимости. Кроме того, величина гидравлического давления, приложенного к рычагам, может определять диаметр углубления, созданного расширителем.
Следует понимать, что можно применять любую известную в данной области технологию бурения с переменным диаметром. Кроме того, следует понимать, что способы увеличения диаметра только конкретной области шпура также могут применяться со способом доставки взрывчатых веществ, раскрытым в настоящем документе, таким как способ, показанный на Фиг. 4.
Следует понимать, что систему 100 доставки взрывчатых веществ можно применять для выполнения стадий способов, показанных на Фиг. 4 и 5.
Одним преимуществом введения газообразующей добавки, такой как вторая газообразующая добавка 21, проксимально по отношению к выходному отверстию загрузочной трубы является то, что плотность активированного продукта может изменяться почти мгновенно, когда требуется получить разные значения плотности. Это обеспечивает для оператора возможность точного контроля плотности перекачиваемого активированного продукта. Таким образом, оператор может заполнить шпур активированным продуктом, который хорошо соответствует желательному профилю плотности для шпура. Это, в свою очередь, имеет преимущество, которое заключается в том, что при детонации полученный взрыв может позволить достичь желаемых результатов. Возможность достичь при взрыве желаемых результатов может способствовать достижению экологических целей и снижению общих затрат, связанных с проектом производства взрывных работ.
Без дополнительного уточнения считается, что специалист в данной области может, опираясь на предшествующее описание, в полной мере использовать настоящее раскрытие. Раскрытые в настоящем документе примеры и варианты осуществления следует толковать лишь в качестве иллюстраций и примеров, которые ни в коей мере не ограничивают объем настоящего раскрытия. Специалистам в данной области, с учетом преимущества настоящего раскрытия, будет очевидно, что в отдельные аспекты описанных выше вариантов осуществления можно внести изменения без отклонения от основных принципов раскрытия, представленного в настоящем документе.