ЗАБОЙКА

Полезная модель относится к устройствам для разрушения твердых горных пород.
Основную массу горных выработок на угольных и рудных шахтах в настоящее время проходят буровзрывным способом, поэтому вопросы повышения эффективности взрывных работ приобретают первостепенное значение. Особое внимание должно быть уделено повышению эффективности взрыва при ведении взрывных работ методом шпуровых зарядов, который, в сущности, является единственным в практике горнопроходческих работ. Одним из факторов, определяющим условия и эффективность взрыва шпуровых и скважинных зарядов взрывчатых веществ является внутренняя забойка шпуров. Ее величина и качество в значительной степени определяют коэффициент использования шпуров (КИШ), равномерность дробления массива, а также количество поступающих в рудничную атмосферу при взрыве пыли и ядовитых газов.
Известна расклинивающаяся металлическая забойка (1) для длительного запирания продуктов детонации в зарядной полости и повторного использования, при котором калибруют цилиндр, заменяют упругую манжету. (патент RU №2329462).
Наряду с трудоемкостью подготовки к применению недостатком известной забойки является наличие металлических осколков после взрыва в разрушенной породе, повышенная стоимость. Забойка технологически сложна, требует много времени для подготовки взрывания, не предусматривает поглощения токсичных газов взрыва.
Известно устройство для разрушения горных пород и соединения строительных конструкций, включающее силовой цилиндр и рабочий орган, состоящий из раздвижных цилиндрических щек (фиксатора забойки) и взаимодействующего с ними клина забойки, причем фиксатор забойки соединен со штоком силового цилиндра (патент RU №139745).
Наиболее близким аналогом является забойка «клин-фиксатор», включающая фиксатор, выполненный в виде раздвижных цилиндрических щек с цилиндрическим основанием, при этом, каждая из щек снабжена наружным оребрением с продольным и поперечными ребрами жесткости и одним поперечным ребром на внутренней поверхности, и клин, выполненный с цилиндрическим основанием, кроме того, на наружной поверхности цилиндрических щек и цилиндрического основания клина выполнены канавки для электропроводов. (http://www.minetech53.ru/).
Недостатком известных забоек является плоская поверхность цилиндрического основания клина, то есть плоская граница раздела среды взрывания, при наличии которой волна в малой степени отражается в боковом и обратном направлении. Это не способствует снижению массовой скорости и более полному протеканию вторичных реакций в продуктах детонации, а соответственно повышению энергии взрыва. Известные забойки оказывают сопротивление продуктам детонации за счет инерции своей массы и сил трения. Недостатком также является малая сила трения за счет незначительной наружной поверхности раздвижных цилиндрических щек, соприкасающихся с массивом за счет имеющих полукруглых поперечных и продольных ребер жесткости одинаковой высоты. Однако как только происходит сдвиг забойки, трение покоя уступает трению скольжения, сила трения уменьшается и забойка не может удерживать продукты взрыва в зарядной камере шпура и скважины для сдвижения и разрушения массива. Сопротивление забойки за счет инерции своей массы незначительно, так как забойка изготовлена из пластмассы. Свободный выход взрывных газов через канавки для электропроводов и отсутствие ингибиторов не защищает призабойное пространство от взрывов газа и пыли.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является повышение эффективности взрыва при ведении взрывных работ методом шпуровых зарядов путем запирания продуктов детонации в зарядной полости и увеличения времени их воздействия на разрушаемую породу с одновременным снижением выброса количества ядовитых газов, образующихся при взрывах и поступающих в рудничную атмосферу.
Указанный технический результат достигается тем, что в забойке, включающей фиксатор, выполненный в виде раздвижных цилиндрических щек с цилиндрическим основанием, при этом, каждая из щек снабжена наружным оребрением с продольным и поперечными ребрами жесткости и одним поперечным ребром на внутренней поверхности, и клин, выполненный с цилиндрическим основанием, кроме того, на наружной поверхности цилиндрических щек и цилиндрического основания клина выполнены канавки для электропроводов, в отличие от ближайшего аналога, основание фиксатора выполнено с вогнутой поверхностью, а наружные продольные ребра жесткости выполнены высотой меньше остроконечных поперечных ребер, кроме того, основание клина выполнено с выпуклой поверхностью на торце, а материал забойки содержит карбонат кальция (3-25)%.
Сущность предлагаемой забойки шпура поясняется чертежами, где
на фиг. 1 показан общий вид устройства в изометрии,
на фиг. 2 показано размещение устройства в шпуре или скважине.
Забойка шпура включает фиксатор забойки 1, выполненный в виде раздвижных цилиндрических щек, и взаимодействующий с ними клин забойки 2. Основание фиксатора забойки 1 выполнено с вогнутой поверхностью 3, На наружной поверхности раздвижных цилиндрических щек выполнены поперечные остроконечные ребра жесткости 4 и меньшей высоты продольные ребра жесткости 5. Цилиндрическое основание клина забойки 2 выполнено с выпуклой поверхностью на торце 6. На наружной поверхности цилиндрических щек и цилиндрического основания клина выполнены канавки для электропроводов 7. Фиксатор и клин выполнены из материала, содержащего ингибитор в количестве (3-25)% карбоната кальция.
Устройство работает следующим образом. Первоначально в фиксатор забойки 1 с небольшим усилием вставляют клин забойки 2. В пробуренный в горной породе шпур или скважину погружают электродетонатор, взрывчатые вещества, затем забойку. Под внешним давлением, например стержня, установленным в торец с вогнутой поверхностью 3 фиксатора забойки 1 и упоре клина забойки 2 выпуклой поверхностью на торце 6 во взрывчатые вещества происходит перемещение клина забойки 2 в фиксаторе забойки 1 до того момента, когда раздвижные цилиндрические щеки фиксатора забойки 1, деформируясь, зафиксируются на стенке шпура или скважины за счет остроконечных поперечных ребер жесткости 4 и продольных ребер жесткости 5. Для исключения повреждения электропроводов или других детонирующих средств на наружной поверхности всех элементов комбинированной забойки шпура выполнено отверстие 7.
Запирание продуктов взрыва из зарядной камеры шпура определяется подбором диаметра канавок для электропроводов и сопротивлением истечению газов за счет расширения их в призабойном пространстве с завихрением с помощью торца с вогнутой поверхностью 3 фиксатора забойки 1. Струя истечения из канавок для электропроводов создает область низкого давления в вогнутой поверхности, куда устремляются газы высокого давление, возникает завихрение и запирание газов истечения.
Известно, при прохождении границы раздела сред различной конфигурации взрывная волна частично отражается в различных направлениях, что способствует снижению массовой скорости в забойке. Именно для рассеивания взрывной волны клин забойки выполнен с выпуклостью на торце. Канавки для электропроводов 7 на наружной поверхности цилиндрических щек и цилиндрического основания клина 2, подобранные в зависимости от диаметра шпура или скважины, параметров заряда и массива, наряду с выпуклостью на торце, играют роль демпфера, цель которого как можно дольше удержать продукты взрыва в зарядной камере шпура или скважины.
Чтобы как можно дольше удерживать продукты взрыва в зарядной камере шпура и скважины использован фиксатор забойки 1 в виде раздвижных цилиндрических щек с наружной цилиндрической поверхностью, которая содержит остроконечные поперечные ребра жесткости 4 и меньшей высоты продольные ребра жесткости 5. Остроконечные поперечные ребра жесткости 4 имеют возможность упруго деформироваться и сцепляться с неровной поверхностью массива. Это позволяет увеличить поверхность сцепления со стенкой шпура или скважины. При этом, если происходит сдвиг фиксатора забойки 1 во время взрыва, то остроконечные поперечные ребра жесткости 4 претерпевают упругую деформацию и находятся в зацепление со стенкой в режиме трения покоя, а не скольжения, что увеличивает время запирания продуктов детонации. Наличие меньшей высоты у продольных ребер жесткости 5, чем у поперечных остроконечных ребер жесткости 4 позволяет им не участвовать в режиме скольжения фиксатора пробки 1 по массиву во время взрыва. Эффективности запиранию способствует наличие у фиксатора забойки 1 продольных ребер жесткости 5, которые препятствуют разрушению фиксатора забойки 1 при расклинивания, повышают жесткость при изгибе раздвижных цилиндрических щек и силу прижатия их к массиву. Особенно это важно по мере увеличения поршневого давления продуктов детонации, когда происходит перемещение клина пробки 2 в фиксаторе пробки 1, то есть происходит еще большее его расклинивание.
Наличие в фиксаторе забойки 1 и клине забойки 2 материала, содержащего ингибитор в количестве (3-25)% карбоната кальция позволяет использовать забойку шпура или скважины при ведении взрывных работ в угольных шахтах, опасных по газу и по взрывам пыли. При этом установлено, что 3% карбоната кальция в материале забойки достаточно при ведении взрывных работ открытым способом. При ведении взрывных работ в шахтах верхним пределом использования карбоната кальция в материале забойки является 25%. Повышение ингибитора в материале забойки более 25% карбоната кальция увеличивает ее вес и вызывает снижение прочности забойки, а значит уменьшает время запирания продуктов детонации. Использование карбоната кальция в материалах забойки позволяет значительно увеличить технико-экономические показатели ведения взрывных работ.
Наличие ингибиторного материала в виде карбоната кальция в материалах забойки позволяет значительно уменьшить продукты взрыва, вследствие чего в призабойном пространстве не образуется задымление от сгорания забойки шпура.
Использование предлагаемой конструкции забойки для шпура позволит повысить эффективность взрыва при ведении взрывных работ методом шпуровых зарядов путем запирания продуктов детонации в зарядной полости и увеличения времени их воздействия на разрушаемую породу с одновременным снижением выброса количества ядовитых газов, образующихся при взрывах и поступающих в рудничную атмосферу.