СКВАЖИННАЯ ЗАБОЙКА

Полезная модель относится к области буровзрывных работ, конкретно к запиранию газообразных продуктов взрыва в зарядной полости скважины и может быть использована при взрывном разрушении горных пород методом скважинных зарядов с целью снижения выбросов оксидов азота.
Известна скважинная забойка из буровой мелочи (Кутузов Б.Н. Взрывные работы. - М.: Недра, 1988, с. 223), увеличивающая время действия расширяющихся газообразных продуктов взрыва на разрушаемый массив. Забойка выполнена в виде сплошного цилиндра без внутренних полостей.
Основным недостатком данного типа забойки является недостаточный запирающий эффект. Из-за слабого сцепления со стенками скважины забойка выбрасывается взрывом, не совершая работы по сдерживанию продуктов взрыва, а также при повышенном содержании влаги продукты взрыва прорываются через забойку.
Известна засыпная забойка взрывных скважин с элементами каменного материала (патент RU №2526950, опубликовано 27.08.2014). Засыпная забойка взрывных скважин с элементами каменного материала, включающая нижнюю засыпную часть из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком и верхнюю комбинированную часть, разделенную на два отрезка: нижний отрезок длиной до трех диаметров скважины, заполненный элементами каменного материала размером 0,2-0,6 диаметра скважины, перемежающимися инертным сыпучим материалом крупностью менее 5 мм, и верхний, заполненный до верха скважины этим же инертным сыпучим материалом.
Недостатком является то, что при формировании таких забоек камни приходится сбрасывать по одному и при больших диаметрах скважин на длине 10 диаметров (2,5 м для скважин 250 мм), камни приобретают большую скорость и могут повредить проводник инициирующего импульса.
Известна скважинная забойка (патент RU №2229684, опубликовано 27.05.2004). Скважинная забойка выполнена из пластичного полимерного материала, имеет форму цилиндра, внешний диаметр которого соизмерим с диаметром скважины, и диффузор в виде осевой внутренней полости, имеющей вид вытянутой полусферы, сопряженной с усеченным конусом, непосредственно примыкающая к заряду взрывчатого вещества. Цилиндр выполнен полым и тонкостенным, при этом упомянутая осевая внутренняя полость выполнена в виде тонкостенной воронки, стенки которой имеют ту же толщину, что и стенки цилиндра и выполнены из того же материала, причем пространство между воронкой и цилиндром заполнено инертным материалом. Толщина стенок цилиндра и воронки могут составлять 2-4 мм.
Недостатком является то, что при заряжании во внутреннюю полость (диффузор) возможно попадание взрывчатого вещества, что уменьшает площадь поверхности внутренней полости (диффузора), при этом уменьшается взаимодействие ударной волны с нижней частью диффузора и распор внутренней поверхности диффузора.
Известна забойка для скважин большого диаметра (патент RU №2122178, опубликовано 20.11.1998), представляющая собой цилиндр с внутренней полостью, имеющей вид полусферы, сопряженной с усеченным конусом, в состав материала для изготовления которой входит соль щелочноземельного металла. Забойка изготовлена из полиэтилена высокого давления в качестве пластификатора.
Недостатком является достаточно жесткая внешняя поверхность забойки. При наличии у разных горных пород различного коэффициента разбуривания и чистоты внутренней поверхности скважины это приводит к трудностям при размещении забойки внутри скважины. Кроме того, при увеличении диаметра забойки многократно увеличивается количество материала, затрачиваемого на изготовление одного изделия, что ведет к значительному росту его себестоимости, а существующие способы литья и прессовки не позволяют качественно и быстро изготавливать крупные партии подобных изделий.
Известна скважинная забойка (патент RU №2451264, опубликовано 20.05.2012), принятая за прототип, выполненная из пластичного полимерного материала в виде полого и тонкостенного цилиндра, внешний диаметр которого соизмерим с диаметром скважины, и который снабжен диффузором в виде осевой внутренней полости, имеющей вид вытянутой полусферы, сопряженной с усеченным конусом и непосредственно примыкающей к заряду взрывчатого вещества, причем стенки диффузора имеют ту же толщину, что и стенки цилиндра и выполнены из того же материала, а пространство между цилиндром и диффузором заполнено инертным материалом, нижняя часть забойки снабжена крышкой с отверстием для средств инициирования.
Основным недостатком прототипа является отсутствие составных элементов с различными наполнителями в составе забойки, а также отсутствие в верхней части забойки крышки, которая предотвращает вылет составных элементов.
Техническим результатом является создание профилированной забойки, способствующей повышению эффективности ведения взрывных работ, а также повышению безопасности ведения взрывных работ путем снижения выбросов оксидов азота за счет применения карбоната цинка в составе профилированной забойки.
Технический результат достигается тем, что диффузор выполнен в форме усеченного конуса, длина которого составляет 1/3 от длины забойки, составные элементы его, выполненные в форме полого цилиндра с отверстием в центре и выполненные из пластичного полимерного материала с толщиной стенок от 2 до 4 мм, внутри которых содержится карбонат цинка, при этом верхняя часть забойки снабжена крышкой с отверстием.
Скважинная забойка с добавлением в состав карбоната цинка поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - продольный разрез (по вертикальной оси),
фиг. 2 - крышка забойки с отверстием для средств инициирования, где
1 - полый тонкостенный цилиндр;
2 - диффузор;
3 - составной элемент;
4 - карбонат цинка;
5 - крышка забойки;
6 - отверстие для средств инициирования.
Забойка выполнена в форме полого тонкостенного цилиндра 1 (фиг. 1) с толщиной стенок от 2 до 4 мм, изготовленного из пластичного полимерного материала. В нем размещается диффузор 2 в виде осевой внутренней полости, имеющей вид усеченного конуса, длина которого составляет 1/3 от длины забойки. В пространство между стенками полого тонкостенного цилиндра и диффузором помещается составной элемент 3, изготовленный в форме полого цилиндра с отверстием для средств инициирования, выполненный из пластичного полимерного материала с толщиной стенок от 2 до 4 мм, длина которых составляет 10 см, внутри которых содержится карбонат цинка 4. Для предотвращения попадания взрывчатого вещества нижняя часть забойки снабжена крышкой забойки 5 (фиг. 1, 2) с отверстием для средств инициирования 6. Для предотвращения вылета составного элемента 4 верхняя часть забойки снабжена крышкой забойки 5 с отверстием для средств инициирования 6, способ крепления зависит от материала крышки. Возможные способы крепления термический, химический, механический.
Скважинная забойка работает следующим образом. Крышка забойки 5 крепится к нижней части забойки и предотвращает попадание взрывчатого вещества во внутреннюю полость (диффузор 2) при заряжании скважины. Через отверстие для средств инициирования 6 происходит заряжание средств инициирования. Вторая крышка забойки 5 крепится к верхней части забойки и предотвращает вылет составного элемента 4.
После преломления ударной волны в пространство скважины происходит взаимодействие ударной волны с нижней частью диффузора. Ударная волна разрушает крышку забойки 5, непосредственно примыкающую к взрывчатому веществу, и использует внутреннюю поверхность диффузора 2 для преломления.
При наличии крышки забойки 5 после полного отражения от стенок диффузора 2 ударной волны, рассчитанной по уравнениям газовой динамики, наступает квазистационарная стадия взаимодействия продуктов детонации с забойкой, характеризуемая установлением критических параметров (дозвуковой скоростью) их истечения через верхнюю часть диффузора. По мере истечения заторможенного высокотемпературного потока продуктов детонации через выходную часть, стенки составного элемента 3 подвергаются высокотемпературному воздействию, что позволяет карбонату цинка 4, содержащемуся в составном элементе, участвовать в химической реакции с образовавшимися после взрыва оксидами азота. При температуре t=300°С карбонат цинка разлагается по реакции: , оксид цинка является катализатором реакции нейтрализации оксида азота: . Крышка забойки 5, закрепленная в верхней части забойки, предотвращает вылет составного элемента 3 до полного сгорания. В зависимости от различных параметров количество составных элементов 3 может варьироваться от 1 до 3.