СКВАЖИННЫЙ ЗАТВОР

Полезная модель относится к устройствам для создания свободных полостей во взрывных скважинах при формировании рассредоточенных скважинных зарядов и может использоваться при проведении взрывных работ, преимущественно в горнорудной промышленности для разработки месторождений полезных ископаемых, а также в строительной промышленности при строительстве разного рода сооружений и прокладке дорог.
Известно устройство для рассредоточения заряда взрывчатого вещества воздушными промежутками, выполненное в виде бумажного цилиндра, диаметр которого меньше диаметра скважины (Мельников И.В. и др. Совершенствование буровзрывных работ. - М.: Углетехиздат, 1959. - С. 253).
Недостатком устройства является невозможность использования его в скважинах переменного диаметра, т.к. из-за большой длины оно застревает, а также невозможность использования в обводненных скважинах.
Известен скважинный затвор (патент РФ на полезную модель №162145, опубл. 27.05.2016). Предложен скважинный затвор, содержащий тело в форме усеченного конуса, у которого диаметр большего основания усеченного конуса не превышает поперечного размера скважины, а нижнее основание усеченного конуса снабжено упором, состоящим из двух соединенных между собой трубчатых элементов, первый из которых расположен соосно с усеченным конусом и присоединен к названному основанию, а второй элемент расположен под утлом к первому элементу и выполнен такой длины, чтобы при наклонном положении усеченного конуса в скважине он упирался в ее стенку.
Недостатком данной полезной модели является сложность изготовления и трудоемкость установки в скважине.
Известно устройство для создания воздушных промежутков в скважинных зарядах, содержащее скважинный затвор с эластичной боковой оболочкой и опору, причем боковая оболочка выполнена гофрированной (авторское свидетельство СССР №614658, опубликовано в 1979 г., бюлл. №39). Диаметр верхнего основания оболочки в известном устройстве равен или больше диаметра скважины, что обеспечивает надежное перекрытие поперечного сечения скважины.
Недостатком данного устройства является сложность установки и необходимость оставления опоры в скважине.
Известно устройство для рассредоточения заряда в скважине, (патент РФ на изобретение №2419063, опубл. 20.05.2011) содержащее опорную конструкцию, превосходящую габаритами диаметр устья скважины и подвешиваемую часть, выполненную в виде цилиндра со скошенными параллельно друг другу торцами в сечении в виде эллипса.
Недостатки известной конструкции состоят в том, что подвешиваемая часть, не позволяет полностью перекрыть сечение скважины, поэтому взрывчатое вещество при заряжании просыпается или проливается в промежутки между подвешиваемой частью и стенками скважины.
Известен способ рассредоточения заряда в скважине (патент РФ №2235971, опубл. 10.09.2004, бюлл. 25), включающий создание воздушных промежутков с помощью скважинных затворов, 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.
Недостатком известного способа является то, что его невозможно использовать в обводненных скважинах с большим столбом воды, т.к. при опускании пневматического скважинного затвора в сжатом виде в скважину, скорость его погружения в воду очень мала, а при наполнении пневматического скважинного затвора воздухом в воде на него действует выталкивающая сила, смещающая пневматический скважинный затвор от заданной глубины установки, что препятствует созданию точных геометрических параметров рассредоточенного заряда.
Известен скважинный затвор (патент РФ на полезную модель №162145, опубл. 27.05.2016). Предложен скважинный затвор, содержащий тело в форме усеченного конуса, у которого диаметр большего основания усеченного конуса не превышает поперечного размера скважины, а нижнее основание усеченного конуса снабжено упором, состоящим из двух соединенных между собой трубчатых элементов, первый из которых расположен соосно с усеченным конусом и присоединен к названному основанию, а второй элемент расположен под утлом к первому элементу и выполнен такой длины, чтобы при наклонном положении усеченного конуса в скважине он упирался в ее стенку.
Недостатком данной полезной модели является сложность изготовления и трудоемкость установки в скважине.
Известно устройство для создания воздушных промежутков в скважинных зарядах (патент РФ №65135, опубл. 27.07.2007), устройство содержит скважинный затвор в форме конуса и опору, выполненную в виде жесткого стержня или комбинированной подвески. Конус снабжен радиальными ребрами жесткости и эластичной оболочкой, имеющей диаметр, равный или превышающий диаметр скважины. Оболочка может быть снабжена радиальными прорезями и выполнена съемной. С помощью опоры устройство устанавливают согласно проекту в определенном месте скважины для рассредоточения заряда взрывчатого вещества.
Недостатком известного технического решения является сложность корректной установки в скважине и повышенный расход материалов из-за необходимости оставления опоры в скважине.
Известно устройство для создания воздушных промежутков в скважинных зарядах, принятое за прототип (патент РФ №167755, опубл. 10.01.2017). Затвор выполнен в виде усеченного конуса и снабжен радиальными лепестками. Внешний диаметр лепестков превышает диаметр скважины. Опора выполнена временной с возможностью фиксации в замке в виде узкой внутренней части скважинного затвора за счет клинового соединения, образуемого при вхождении временной опоры во внутреннюю конусную часть скважинного затвора. При этом диаметр узкой части скважинного затвора d принимают меньше внешнего диаметра D временной опоры.
Недостатком известного технического решения является сложность корректной установки в скважине и недостаточная эффективность запирания энергии взрыва.
Техническим результатом изобретения является упрощение корректной установки устройства в скважине с обеспечением фиксации в необходимом высотном интервале, а также повышение эффективности запирания энергии взрыва.
Технический результат достигается тем, что в скважинном затворе, выполненном в виде полого усеченного конуса, снабженного радиальными упругими лепестками, с диаметром, превышающим диаметр скважины, согласно изобретению упругие лепестки покрыты шипами с внешней стороны и снабжены симметричными сегментными фасками, образующими подвижные соединения косой прируб с возможностью перекрытия упругими лепестками друг друга, при этом концы упругих лепестков снабжены параллельными направляющими выступами, полый усеченный конус выполнен с симметричными внутренними выступами.
Технический результат достигается также тем, что скважинный затвор изготовлен методом литья из смеси полиэтилена низкого давления и полиэтилена высокого давления;
Технический результат достигается также тем, что скважинный затвор изготовлен из полипропилена марки 21-012.
Скважинный затвор поясняется рисунками, где: на фиг. 1 показан скважинный затвор, объемный вид, на фиг. 2 показана принципиальная схема установки скважинного затвора в скважине, продольный разрез, на фиг. 3 показана принципиальная схема образования воздушного промежутка над зарядом взрывчатого вещества, где:
1 - скважинный затвор;
2 - полый усеченный конус затвора 1;
3 - упругие лепестки затвора 1;
4 - замок в виде узкой внутренней части скважинного затвора 1, образованный за счет клинового соединения, образуемого при вхождении временной опоры 5 в полый усеченный конус 2 скважинного затвора 1;
5 - временная опора;
6 - заряд взрывчатого вещества;
7 - забойка;
8 - скважина;
9 - воздушный промежуток, образованный с помощью скважинного затвора 1;
10 - шипы упругих лепестков 3;
11 - симметричные сегментные фаски, образующие подвижные соединения косой прируб с возможностью перекрытия упругими лепестками 3 друг на друга;
12 - параллельные направляющие выступы на концах упругих лепестков 3;
13 - внутренние выемки полого усеченного конуса 2;
d - диаметр узкой части скважинного затвора 1, м;
D - внешний диаметр временной опоры 5, например стержня или шланга зарядной машины, м.
Скважинный затвор содержит следующие основные элементы. Скважинный затвор 1, выполненный в виде усеченного конуса 2 с упругими лепестками 3 (с разными углами при образующей конуса). Упругие лепестки 3 с внешней стороны покрыты шипами 10, что позволяет повысить усилие выталкивания скважинного затвора 1 из скважины 10 при взрыве, тем самым большая энергия будет потрачена на полезную работу за счет запирания продуктов взрыва. Также каждый упругий лепесток 3 снабжен симметричными сегментными фасками 11, образующими подвижные соединения косой прируб с возможностью перекрытия упругими лепестками 3 друг друга. За счет того, что скважинный затвор имеет диаметр, больший диаметра скважины 8 при установке упругие лепестки 3 смыкаются путем контакта фасок 11 друг с другом с образованием прочного соединения косой прируб, что также способствует более эффективному запиранию продуктов взрыва. Для упрощения корректной установки устройства в скважине каждый упругий лепесток 3 на конце снабжен параллельными направляющими выступами 12. Усеченный конус 2 снабжен внутренними выемками 13 для исключения слипания скважинных затворов между друг другом при транспортировке. В донной части полого усеченного конуса 2 образован замок 4 в виде узкой внутренней части скважинного затвора 1 для крепления временной опоры 5 за счет клинового соединения, образуемого при вхождении временной опоры 5 во внутреннюю конусную часть скважинного затвора 1. Клиновое соединение достигается за счет того, что диаметр d узкой части скважинного затвора 1, м, принимают меньше внешнего диаметра D временной опоры 5, м. Временная опора 5 служит для установки скважинного затвора 1 в нужном интервале высот. Скважинный затвор 1 может быть изготовлен методом литья из смеси полиэтилена низкого давления и полиэтилена высокого давления, или полипропилена марки 21-012.
Скважинный затвор работает следующим образом. В массиве горных пород бурят скважину 8 и заряжают в нее необходимое количество взрывчатого вещества, например, эмульсионного, с образованием заряда 6 взрывчатого вещества. Далее надевают скважинный затвор 1 до расклинивания в замке 4 на временную опору 5 и опускают с помощью временной опоры 5 скважинный затвор 1 на нужную глубину в скважину 8, например, на длину забойки 7. При спуске эффективно работают параллельные направляющие выступы 12, способствующие равномерному спуску скважинного затвора 1. Затем извлекают временную опору 5 с одновременной фиксацией скважинного затвора 1 за счет взаимодействия упругих лепестков 3 со стенками скважины 8. Упругие лепестки 3 имеют диаметр больше диаметра скважины 8, поэтому происходит расклинивание скважинного затвора 1 при извлечении временной опоры 5 в нужном интервале. При расклинивании упругие лепестки 3 входят в контакт друг с другом с помощью симметричных сегментных фасок 11, что повышает жесткость устройства и усилие распора. Также в контакт со стенками скважины входят шипы 10 упругих лепестков 3. Далее производят операции по забойке скважины 8, например, щебнем. В приведенной конструкции за счет создания воздушного промежутка над зарядом 6 при использовании эмульсионного взрывчатого вещества может происходить газификация эмульсионного взрывчатого вещества без зажатия столба заряда 6 взрывчатого вещества забойкой 7, что позволяет исключить из производственных операций непроизводительные простои, связанные с необходимостью ожидания для прохождения газификации после заряжания эмульсионного взрывчатого вещества. Также скважинный затвор 1 может быть использован для рассредоточения заряда взрывчатого вещества. При этом операции установки скважинного затвора 1 в скважине остаются прежними, установку производят в соответствии с принятой конструкцией заряда взрывчатого вещества. Данный скважинный затвор 1 способствует повышению полезного использования энергии взрыва с улучшением дробления горного массива, способствует снижению величины ударно-воздушной волны, уменьшает дальность разлета кусков породы, улучшает качество дробления взорванной горной массы в верхней части уступа и снижает выброс вредных газов и продуктов взрыва в атмосферу. За счет предложенных решений скважинные затворы 1 не теряют своих свойств при отрицательных температурах воздуха и легко устанавливаются в обводненных скважинах.
Скважинный затвор обеспечивает следующие преимущества:
- упрощение корректной установки устройства в скважине;
- повышение эффективности запирания продуктов взрыва;
- обеспечение надежной фиксации в необходимом высотном интервале.