СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРОДУКТОВ ВЗРЫВА С ПИСТОННЫМ ПУСКОВЫМ УСТРОЙСТВОМ
BENCH FOR ANALYSIS OF EXPLOSION PRODUCTS EFFECTS THAT INCORPORATES PERCUSSION STARTER

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для моделирования процессов, происходящих во взрывной полости скважин при ведении взрывных работ.
Известен стенд для исследования запирающей способности забоек взрывных скважин, включающий камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой, и измерительный комплекс [1]. В крышку вмонтирован шаровой кран, соединяющий камеру высокого давления с установленным на крышке имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы с насечками в нижней части, имитирующими трещины в горной породе, прорезями в верхней части, имитирующими разрушенный массив горных пород. Основным недостатком установки является относительно медленный рост давления в имитаторе взрывной скважины из-за затрат времени на полное открытие шарового клапана и сравнительно малого сечения трубопроводов, связывающих шаровой клапан с камерой высокого давления и имитатором взрывной скважины, и малого проходного сечения самого шарового клапана.
Наиболее близким по существу решаемой задачи является стенд для моделирования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин, включающий камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой со срезным диском, и измерительный комплекс [2]. Крышка соединена с имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы с насечками в нижней части, имитирующими трещины в горной породе, и прорезями в верхней части, имитирующими разрушенный массив горных пород. Однако срезные диски, выполненные даже из одного и того же материала, имеют разную прочность и разрушаются при разных величинах давления воздуха, что снижает точность результатов эксперимента.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение заданного давления воздуха на забойку в имитаторе взрывной скважины принудительным разрушением мембраны.
Поставленная задача достигается тем, что в стенде для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин, включающем камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой с мембраной, соединенной с имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы, согласно изобретению камера высокого давления дополнительно снабжена пистонным пусковым устройством для принудительного разрушения мембраны в момент достижения заданного давления в камере высокого давления.
На чертеже схематично изображен стенд для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин в собранном виде.
Стенд для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин представляет собой камеру высокого давления 1, выполненную, например, из толстостенной стальной трубы, к нижнему торцу которой приварен фланец 2, соединенный болтами 3 с рамой 4. На верхнюю часть камеры высокого давления 1 навинчена с помощью резьбы пусковая секция 5 с фланцем 6. Пусковая секция 5 имеет проточку 7 под регулировочное кольцо 8 и мембрану 9, а сверху на нее через герметичную прокладку 10 устанавливают имитатор взрывной скважины 11, выполненный в виде трубы с фланцем 12, который болтами 13 крепится к фланцу 6. В нижней части имитатора взрывной скважины 11 выполнены насечки 14, имитирующие трещины в горной породе, а в верхней части имеются прорези 15, имитирующие разрушенный массив горных пород. Имитатор взрывной скважины 11 снабжен измерительным устройством 16, состоящим из потенциометрического датчика из нихромовой проволоки 17, закрепленной одним концом на металлическом штыре 18 запорного конуса 19 и проходящей сквозь скользящий контакт 20, установленный на имитаторе взрывной скважины 11. Питание потенциометра осуществляется от аккумуляторной батареи 21, в измерительную цепь потенциометра подключен шлейф осциллографа 22.
К камере высокого давления 1 герметично через ниппель 23 присоединена пневматическая магистраль 24, снабженная манометром 25 и краном 26, соединяющим магистраль 24 с накопительным ресивером 27. Сжатый воздух в ресивер 27 нагнетает компрессор высокого давления 28.
В камере высокого давления 1 на нижнюю поверхность мембраны 9 закрепляется пистонное пусковое устройство, состоящее из пистона 29 и электрических проводов 30, проходящих через загерметизированное, например, эпоксидным клеем отверстие 31 в корпусе камеры высокого давления 1. Провода 30 одним концом соединены с аккумуляторной батареей 21, с другого конца провода введены в пистон 29, имеющий небольшой пороховой заряд, где соединены между собой проводником высокого сопротивления (нитью из вольфрама, нихрома и т.п.) для образования высокой температуры в пистоне. Электрические провода 30 снабжены выключателем 32.
Рассмотрим работу пистонного пускового устройства взрывного стенда на примере исследований по определению запирающей способности забоек взрывных скважин различных конструкций.
На проточку 7 укладывают регулировочное кольцо 8, соответствующее заданной толщине устанавливаемой на него мембраны 9. После этого пусковую секцию 5 навинчивают по резьбе на камеру высокого давления 1. Затем на пусковой секции 5 закрепляют болтами 13 имитатор взрывной скважины 11.
После этого в имитаторе взрывной скважины 11 размещают элементы модели комбинированной забойки заряда ВВ, например подсыпку 33 из песка или бурового шлама, запорный конус 19, выполненный из модельного материала, например из обожженной глины, гипса, бетона и т.п., и засыпку из крупнокускового модельного материала в виде щебня 34.
Затем открывают кран 26, и воздух, сжатый компрессором высокого давления 28 и накопленный ресивером 27, поступает через ниппель 23 в камеру высокого давления 1. Величина давления фиксируется манометром 25.
Предварительно экспериментальным путем определяют толщину мембраны 9, при которой под заданной величиной давления воздуха, находящегося в камере высокого давления 1, мембрана 9 разрушится. Поскольку мембраны одинаковой толщины и выполненные из одного и того же материала, имеют разброс величин прочности и разрушаются при разном давлении воздуха, экспериментально определяется диапазон давления воздуха, при котором происходит разрушение. Включение пистонного пускового устройства осуществляют при достижении 95% от величины минимального разрушающего мембрану 9 давления.
При достижении заданной величины давления воздуха в камере высокого давления 1 включается выключатель 32, по проводам 30 подается электрический ток, проводник высокого сопротивления быстро нагревается и происходит микровзрыв пистона 29, предварительно напряженная давлением воздуха мембрана 9 разрушается и воздух устремляется в имитатор взрывной скважины 11, воздействуя на модель комбинированной забойки. Давление сжатого воздуха через подсыпку 33, смягчающую ударную нагрузку, передается на запорный конус 19, перемещая его вверх по имитатору взрывной скважины 11. При этом запорный конус 19 заклинивается в засыпке из щебня 34, разрушая в ней отдельные куски щебня, далее поднимается вверх, заклинивая новые куски щебня их гранями в насечки 14. Этот процесс постепенно замедляет передвижение запорного конуса 19 вплоть до полной его остановки или разрушения. Отработавший воздух через прорези 15 выходит из имитатора взрывной скважины 11 наружу.
Запирающая способность забоек взрывных скважин различных конструкций оценивается величиной перемещения запорного конуса 19, которое регистрируется измерительным устройством 16. По величине смещения запорного конуса 19, замеренной измерительным устройством 16, оценивают запирающую способность забойки данной конструкции - чем меньше величина смещения, тем запирающая способность забойки выше.
Для обеспечения безопасной работы со стендом в случае камуфлета (остановки запорного конуса 19 без сброса сжатого воздуха через прорези 15 в имитаторе взрывной скважины) 11 сжатый воздух выпускается через ниппель 23.
Таким образом, заявляемый стенд для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин с пистонным пусковым устройством обеспечивает заданную величину давления воздуха, при которой разрушается мембрана, что повышает точность результатов эксперимента и тем самым позволяет решить поставленную техническую задачу.
Источники информации
1. Патент Российской Федерации №2485599, МПК G09B 25/00.
2. Патент Российской Федерации №2493546, МПК G01L 5/14, G09B 25/00 (прототип).