Самозагружающаяся смесительно-зарядная машина для заряжания скважин в процессе изготовления взрывчатых веществ
SELF-LOADING MIXING AND CHARGING MACHINE FOR CHARGING WELLS IN THE PROCESS OF MANUFACTURING EXPLOSIVES

Изобретение относится к области буровзрывных работ, производимых при добыче полезных ископаемых открытым способом, строительных работах и пр.
Смесительно-зарядная машина (далее по тексту СЗМ) производства взрывчатых веществ (далее ВВ) и заряжания скважин предназначена для изготовления многокомпонентных сыпучих взрывчатых веществ путем холодного смешения гранулированной аммиачной селитры с жидкими и твердыми горючими компонентами в процессе заряжания скважин на земной поверхности.
В основном производство смесей аммиачная селитра - горючие добавки осуществляется в смесительно-зарядных машинах непосредственно на местах ведения взрывных работ в процессе заряжания скважин.
Согласно Горной энциклопедии (под редакцией Е.А. Козловского «Горная энциклопедия», т 2, М., Советская энциклопедия, 1986 г): ЗАРЯДНАЯ МАШИНА (a. charger, charge loader; н. Aufladungsmaschine; ф. machine a charger; и. maquina de cargar, cargadora de explosivo) - УСТРОЙСТВО для механизированной подачи гранулированных, патронированных и текучих (водосодержащих) взрывчатых веществ в зарядные полости (скважины, шпуры, котлы, камеры) при открытых и подземных горных работах, а также для приготовления взрывчатых веществ (игданита, водосодержащих взрывчатых веществ-) в процессе заряжания.
Зарядная машина для открытых работ состоит из транспортной базы (в основном автомобиль), емкости для взрывчатых веществ или его компонентов, устройства для подачи взрывчатых веществ из емкости в скважину, СМЕСИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА (при изготовлении взрывчатых веществ), систем управления и контроля. Привод рабочих органов - от транспортного двигателя. Устройство для самотечной подачи взрывчатых веществ состоит из винтовых конвейеров или пневмодиафрагм, для пневматической подачи - из компрессорной установки, питателя (камерного или барабанного), зарядного шланга. При заряжании взрывчатых веществ подается из емкости винтовым транспортером или при помощи диафрагмы к разгрузочному отверстию, из которого по лотку или рукаву самотеком поступает в скважину (самотечная подача). При пневматической подаче взрывчатых веществ из разгрузочного отверстия направляется в питатель, из которого при помощи сжатого воздуха по зарядному шлангу подается в скважину. Управляют процессом заряжания из кабины.
В документах ООН от 2008 г. (ECE/TRANS/WP.15/2008/4 15 February 2008) этому же устройству дается определение - "Смесительно-зарядная машина" (СЗМ) означает машину или транспортное средство с установленной на нем машиной для изготовления взрывчатых веществ из опасных грузов, не являющихся взрывчатыми, и их заряжания. Машина состоит из различных цистерн и контейнеров для массовых грузов, технологического оборудования, а также насосов и связанного с ними оборудования. СЗМ могут иметь специальные отделения для упакованных взрывчатых веществ.»
В свою очередь транспортное средство имеет определение из ПДД (п. 1.2): «Транспортное средство» - УСТРОЙСТВО, предназначенное для перевозки по дорогам людей, грузов или оборудования, установленного на нем.
Еще одно подтверждение: На горнодобывающих карьерах механизированная подача взрывчатых веществ в зарядные плоскости (такие как скважины, шпуры, котлы и камеры) осуществляется с помощью смесительно-зарядных машин.
Эти устройства используются также и для приготовления самих взрывчатых веществ в процессе заряжания. Смесительно-зарядные машины находят применение, как при открытых, так и при подземных горных выработках. Установки могут быть оборудованы для применения широкого спектра взрывчатых веществ: гранулированных, патронированных и текучих.
Зарядные машины подразделяются на самоходные и передвижные (в том числе переносные) в зависимости от наличия транспортной базы. Основными блоками устройства являются:
• емкость для взрывчатых веществ или его компонентов;
• устройство для подачи взрывчатых веществ из емкости в скважину;
• смесительные устройства;
• системы управления;
• системы контроля.
https://www.arlan.ru/news/1385/.
Известна смесительно-зарядная установка для производства взрывчатых веществ и заряжания скважин (патент №166670, МПК F42D 1/08, С06В 21/00, опубл. 10.12.2016), предназначенная для изготовления взрывчатых веществ путем холодного смешения гранулированной аммиачной селитры с жидкими нефтепродуктами в процессе заряжания скважин на земной поверхности, содержит поточно-гравитационный смеситель взрывчатых веществ, жестко связанный с бункером аммиачной селитры, оснащенным быстросъемным зарядным лотком, топливный модуль, состоящий из бака жидкого горючего, гидравлической системы с приводом от коробки отбора мощности автомобиля и пневмосистемы привода шиберной задвижки с калиброванными отверстиями для регулирования производительности заряжания скважин.
Недостатком известного технического решения является плохое качество получаемой смеси в виду того, что проточно-гравитационный смеситель не позволяет тщательно перемешать ВВ; отсутствует весоизмерительная система.
Известен передвижной комплекс для заряжания скважин в процессе изготовления взрывчатых веществ (патент №165806, МПК F42D 1/08, оп. 10.11.2016), включающий транспортную базу, расходный бункер аммиачной селитры, топливный бак, поточный гравитационный смеситель взрывчатых веществ, грузоподъемное устройство. Содержит сборочную конструкцию, состоящую из соединенных между собой любым известным способом бункера аммиачной селитры и поточного гравитационного смесителя взрывчатых веществ, установленную на общей раме. На боковой стенке расходного бункера аммиачной селитры размещен пульт управления технологическим процессом изготовления взрывчатого вещества и заряжания скважин. Гидравлическая система подачи дизельного топлива в поточный гравитационный смеситель взрывчатых веществ выполнена с приводом насосной станции от колесного трактора. В качестве транспортной базы выбран самоходный колесный трактор с установленным на нем топливным баком, грузоподъемным устройством в виде фронтального погрузчика, оснащенного транспортными вилами.
Недостатком известного технического решения является плохое качество получаемой смеси в виду того, что проточно-гравитационный смеситель не позволяет тщательно перемешать ВВ; отсутствует весоизмерительная система, отсутствует функция самозагрузки, что требует применения дополнительной техники, отсутствует измельчитель аммиачной селитры, что не позволяет получать ВВ с улучшенными характеристиками.
Известна транспортно-зарядная машина (патент №164596, МПК F42D 1/08, оп.10.09.2016), содержащая транспортную базу, бункер аммиачной селитры, бак жидкого горючего, снабженного теплоизоляционным кожухом, выдвижной питатель, систему подачи жидкого горючего и гидросистему привода, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит поточный гравитационный смеситель, транспортная база представляет собой грузовой самосвал, кузов которого, облицованный листовой нержавеющей сталью и перекрытый крышей в виде сплошного настила с загрузочными люками, оснащенными сеткой и закрывающимися откидными крышками, является бункером аммиачной селитры; задняя часть кузова переходит в пирамиду неправильной формы, в одной из граней, смещенной к левому борту в нижней ее части расположено отверстие, в котором закреплен входной патрубок шнекового питателя с возможностью вращения его вокруг своей оси, выходной патрубок шнекового питателя быстросъемным устройством соединен с поточным гравитационным смесителем взрывчатых веществ; в транспортном положении шнековый питатель находится в пределах габаритов заднего борта, а при заряжании скважин он развернут в сторону левого борта самосвала, при этом оси выходного патрубка шнекового питателя и скважины совпадают.
Недостатком известного технического решения является плохое качество получаемой смеси в виду того, что проточно-гравитационный смеситель не позволяет тщательно перемешать ВВ; отсутствует весоизмерительная система, отсутствует функция самозагрузки, что требует применения дополнительной техники, отсутствует измельчитель аммиачной селитры, что не позволяет получать ВВ с улучшенными характеристиками.
Наиболее близким известным техническим решением к изобретению является смесительно-зарядная машина для транспортирования и гравитационного заряжания скважин сыпучими промышленными взрывчатыми веществами (патент №76442, МПК F42D 1/08, оп.20.09.2008), состоящая из транспортной базы с платформой, на которой размещены съемный контейнер для сыпучего компонента ВВ с загрузочными и выгрузочными люками с закрывающимися крышками, дозаторы компонентов ВВ, система перемешивания компонентов и подачи ВВ в скважину и бак с жидкостным компонентом ВВ, отличающаяся тем, что смесительно-зарядная машина снабжена вторым съемным контейнером для сыпучего компонента ВВ, установленным рядом с первым контейнером, причем оба контейнера установлены на платформе транспортной базы посредством тензодатчиков весовой системы, а также манипулятором для подъема тары с сыпучим компонентом ВВ и загрузки компонента ВВ в контейнеры, которые выполнены с нижними предохранительными выплавными люками и верхними загрузочными люками с приводными механизмами крышек и предохранительными вышибными диафрагмами. 2. Смесительно-зарядная машина для транспортирования и гравитационного заряжания скважин сыпучими промышленными взрывчатыми веществами по п. 1, отличающаяся тем, что транспортная база выполнена четырехосной. Смесительно-зарядная машина для транспортирования и гравитационного заряжания скважин сыпучими промышленными взрывчатыми веществами по п. 1, отличающаяся тем, что система подачи ВВ в скважину содержит лоток, направляющий ВВ в скважину, с приводом для подъема лотка в транспортном положении, и смесительно-транспортировочные шнеки, предназначенные для подачи ВВ к лотку при заряжании скважины, которые расположены с подъемом под углом к горизонтали. 4. Смесительно-зарядная машина для транспортирования и гравитационного заряжания скважин сыпучими промышленными взрывчатыми веществами по п. 1, отличающаяся тем, что манипулятор для подъема контейнеров с сыпучим компонентом ВВ и загрузки компонента ВВ в емкости выполнен с гидравлическим приводным механизмом и установлен на платформе транспортной базы между двух контейнеров для сыпучего компонента ВВ. Смесительно-зарядная машина для транспортирования и гравитационного заряжания скважин сыпучими промышленными взрывчатыми веществами по п. 1, отличающаяся тем, что на платформе транспортной базы за кабиной оператора установлена противопожарная стенка.
Недостатком известного технического решения является то, что тензодатчики, используемые в весоизмерительной системе известной СЗМ, крайне чувствительны к вибрации, которая неизбежно появляется на транспортном средстве во время движения, и даже на холостом ходу. Вибрация отрицательно влияет на точность показаний и надежность весоизмерительной системы. Смесительно-транспортировочные шнеки являются смесителями непрерывного действия и уступают смесителям периодического действия (гравитационный барабан) по качеству смешения, отсутствует измельчитель аммиачной селитры, что не позволяет получать ВВ с улучшенными характеристиками.
Задачей изобретения является разработка самозагружающейся смесительно-зарядной машины для заряжания скважин в процессе изготовления взрывчатых веществ, конструкция которой позволит снять со специализированного транспорта функции доставки компонентов ВВ со склада на блок, увеличить экономическую эффективность использования специализированного оборудования, улучшить взрывчатые характеристики ВВ путем использования измельченной аммиачной селитры, повысить экономическую эффективность взрывных работ.
Достигаемый технический результат от применения изобретения заключается в упрощении и сокращении технологического цикла, снижении трудозатрат и стоимости ведения взрывных работ за счет создания смесительно-зарядной машины, конструкция которой позволяет снять со специализированного транспорта функции доставки компонентов ВВ со склада на блок, что позволяет увеличить экономическую эффективность использования специализированного оборудования, а измельчение аммиачной селитры непосредственно перед смешением позволяет увеличить взрывчатые характеристики ВВ, повысить экономическую эффективность взрывных работ т.к. известно, что с уменьшением диаметра частиц аммиачной селитры, растет скорость детонации и уменьшается критический диаметр.
Технический результат достигается за счет того, что смесительно-зарядная машина для заряжания скважин в процессе изготовления взрывчатых веществ, состоящая из транспортной базы с кабиной оператора, со смонтированном на ней комплексом оборудования, включающим систему перемешивания компонентов ВВ, систему подачи ВВ в скважину, емкости с жидким компонентом, шнек, систему загрузки компонентов взрывчатых веществ, весоизмерительную систему с датчиком, согласно изобретению, содержит систему перемешивания в виде гравитационного смесительного барабана, закрепленного посредством опорной рамы на транспортной базе; при этом промежуточный бункер расположен под выгрузным отверстием гравитационного смесительного барабана на опорной раме, транспортировочный шнек выполненный с функцией дозатора, закреплен консольно к нижней части промежуточного бункера, установленного на опорной раме под выгрузным отверстием гравитационного смесительного барабана, емкости для жидкого компонента расположены по бокам транспортной базы, двигателя транспортной базы (автомобиля) смесительно-зарядной машины, гидравлический манипулятор, установлен по центру передней части транспортной базы, гидравлический манипулятор содержит измельчитель, заслонку, систему растаривания мягкого контейнера разового использования, которая представляет собой ковш с ножами и крюком; при этом гидравлическая система состоит из насоса, подключенного через коробку отбора мощности к двигателю, гидрораспределителей, клапанов, гидравлических шлангов, посредством которых запитаны все приводы оборудования, такие как гидромоторы и гидроцилиндры, весоизмерительная система состоит из контроллера, датчика положения и коммутационного блока, воронки; заслонки; гидроцилиндра; датчика давления; рычага и осуществляет контроль загружаемых компонентов и заряда выгружаемого в скважину.
Преимущества заявляемой СЗМ:
1. Наличие весоизмерительной системы, с измерением количества компонентов и заряда ВВ по массе, нечувствительная к вибрации.
2. Специализированное оборудование задействовано только для изготовления и заряжания ВВ, а для транспортировки компонентов взрывчатых веществ используется универсальный транспорт.
3. Наличие измельчителя нитрата аммония, соответственно повышение эффективности ВВ.
4. Гравитационный смесительный барабан, используемый в СЗМ, является смесителем периодического действия. В известных СЗМ используется поточно-гравитационный смеситель, либо шнековый смеситель, которые являются смесителями непрерывного действия. Качество смешения при использовании гравитационного смесительного барабана, как смесителя периодического действия, выше за счет конструкции барабана и возможности более точного дозирования компонентов, отсутствие необходимости использования питателей и дозаторов компонентов.
Основными отличительными признаками данной СЗМ от известных технических решений являются применение: смесительного гравитационного барабана, системы растаривания МКР и загрузки СЗМ, измельчителя и возможность работы СЗМ с измельченной аммиачной селитрой, весоизмерительной системы.
Измельчение аммиачной селитры непосредственно перед смешением позволяет увеличить взрывчатые характеристики ВВ, повысить экономическую эффективность взрывных работ т.к. известно, что с уменьшением диаметра частиц аммиачной селитры, растет скорость детонации (рис. 3) и уменьшается критический диаметр (табл. 1)
На фиг. 1 представлена смесительно-зарядная машина, общий вид.
На фиг. 2 - то же, вид спереди.
На Фиг. 3 - то же, схема весоизмерительной системы.
Позиции обозначают: платформа 1 автотранспортной базы; смесительный барабан 2; опорная рама 3; промежуточный бункер 4; разгрузочная воронка 5; шнек-дозатор 6; емкости 7 для жидкого компонента; двигатель 8; кабина 9 водителя-оператора; гидравлический манипулятор 10; измельчитель 11; заслонка 12; ковш 13; нож 14; крюк 15; воронка 16; заслонка 17; гидроцилиндр 18; датчик давления 19; рычаг 20; верхнее положение 21 манипулятора 4.
Самозагружающаяся смесительно-зарядная машина для заряжания скважин в процессе изготовления взрывчатых веществ, включает в себя несколько сборочных единиц оборудования, смонтированных на автотранспортной базе 1.
Для достижения заявленного технического результата устройство - смесительно-зарядная машина обладает совокупностью функциональных систем: включающая систему перемешивания компонентов ВВ и подачи ВВ в скважину, систему измельчения АС, весоизмерительную систему, систему самозагрузки и растаривания мягких контейнеров разового использования, систему управления, гидравлическую систему.
При этом система перемешивания компонентов и подачи ВВ состоит из гравитационного барабана 2, являющегося смесителем периодического действия, смонтированного на транспортной базе 1 через опорную раму 3 расположенную в центральной части транспортной базы 1, загрузочную воронку 5, которая закреплена на опорной раме 3 над выгрузным отверстием смесительного барабана 2, промежуточный бункер 4, расположенный под выгрузным отверстием смесительного барабана 2, и смонтированный на опорной раме 3, шнек-дозатор 6, консольно закрепленный к нижней части промежуточного бункера 4, емкости 7 для жидкого компонента смонтированные по бокам сторонам транспортной базы.
Система самозагрузки и растаривания мягких контейнеров разового использования представляет собой гидравлический манипулятор 10 с гидравлическим приводным механизмом установленный в по центру передней части транспортной базы посредством шарниров (не показаны), состоящий из ковша 13, с измельчителя 11 смонтированным в нижней части ковша 13, заслонки 12 измельчителя 11, систему растаривания мягкого контейнера разового использования, включающей ножи 14, крюк 15, смонтированных на ковше 13.
Система измельчения аммиачной селитры состоит из измельчителя 11 который установлен на донному отверстии ковша 13, и заслонки 12, регулирующей зазор выходного отверстия измельчителя.
В кабине 9 водителя - оператора машины, расположенной в передней левой части транспортной базы 1, находится система управления работой смесительно-зарядной машины (не показано).
Гидравлическая система (не показано) для запитки исполнительных механизмов смесительно-зарядной машины: гидравлических приводов манипулятора, гравитационного смесителя, измельчителя аммиачной селитры, шнекового конвейера, гидроцилиндров весоизмерительной системы, состоит из гидронасоса подключенного к коробке отбора мощности двигателя 8, расположенного в задней части транспортной базы 1, гидрораспределителей, клапанов гидравлических шлангов.
Весоизмерительная система подачи ВВ в скважину состоит из контроллера, датчика положения и коммутационного блока, воронки 16; заслонки 17; гидроцилиндра 18; датчика давления 19; рычага 20. Весоизмерительная система загрузки компонентов, подаваемых на смешение аналогичной конструкции встроена в гидравлический манипулятор 10
Основными отличительными признаками данной СЗМ от известных технических решений являются применение: смесительного гравитационного барабана, системы растаривания МКР и загрузки СЗМ, измельчителя и возможность работы СЗМ с измельченной аммиачной селитрой, весоизмерительной системы.
Смесительно-зарядная машина для заряжания скважин в процессе изготовления взрывчатых веществ представляет сборочную конструкцию, состоящую из установленных на общей платформе 1 транспортного средства и соединенных между собой любым известным способом (например, сварными и болтовыми соединениями) в зависимости от функционального назначения и технологической последовательности выполнения операций, нескольких сборочных единиц, функционально связанных между собой, настолько, что образуют самостоятельное устройство. При этом каждая сборочная единица имеет свое назначение, а вместе они выполняют общее назначение и обеспечивают технический результат, для которого и создано настоящее изобретение.
Конструктивное единство устройства заключается в том, что разные сборочные единицы смесительно-зарядной машины имеют взаимообусловленное конструктивное исполнение, для функционирования в едином устройстве. В этом понимании состоит конструктивно-функциональное единство признаков изобретения, родовое понятие которой отражает название устройства.
Смесительно-зарядная машина предназначена для работы на месте осуществления взрывных работ. Для обеспечения сырьем к блоку необходимо подвезти аммиачную селитру в мягких контейнерах разового использования (далее МКР) или мешках универсальным автотранспортом. Смесительно-зарядная машина может взять МКР как с борта грузовика, так и с поверхности грунта. Для этого манипулятор 10 переводится в нижнее положение, МКР зацепляется на крюк 15, затем осуществляется поворот ковша относительно оси шарнира. МКР разрезается ножами 14. Затем манипулятор 10 переводится в верхнее положение 21, включается измельчитель 11. Качество измельчения регулируется при помощи заслонки 12. Измельченная селитра через разгрузочную воронку 5 подается в смесительный барабан 2, туда же дозирующим насосом (не показан) подаются жидкие горючие компоненты из емкости 7, твердые горючие добавки подаются через ковш 13 манипулятора 10. Готовое взрывчатое вещество ВВ пересыпается в промежуточной бункер 4, путем реверсирования вращения барабана 2. Из бункера 4 ВВ шнеком-дозатором 6, через весоизмерительную систему подается в скважину. Для этого СЗМ должна находиться непосредственно у скважины. При отсутствии необходимости измельчения селитры, сохранена возможность загрузки аммиачной селитры без измельчения. Также сохранена возможность дозирования заряда в скважину по объему при помощи шнека-дозатора 6.
Принцип работы весоизмерительной системы основан на оценке разницы давления, осуществляемой датчиком давления 19, в гидроцилиндре 18 рычажной системы, находящейся в равновесии под определенным углом, который фиксируется при помощи датчика положения (не показано). Воронка 16, подвешенная на рычаге 20 заполняется готовым ВВ при помощи шнека 6 непосредственно над скважиной. При достижении необходимой массы заряда, шнек отключается. Выгрузка ВВ в скважину осуществляется путем открытия заслонки 17.
Наличие весоизмерительной системы, позволяет механизировать взрывные работы на небольших скважинах, с зарядом от 10 до 100 кг.
Таким же образом функционирует весоизмерительная система компонентов ВВ, загружаемых в смесительный барабан. Разница давления оценивается в главных гидроцилиндрах манипулятора.
Измельчение аммиачной селитры непосредственно перед смешением позволяет увеличить взрывчатые характеристики ВВ, повысить экономическую эффективность взрывных работ т.к. известно, что с уменьшением диаметра частиц аммиачной селитры, растет скорость детонации (рис. 3) и уменьшается критический диаметр (табл. 1)
Зависимость критического диаметра заряда в бумажной оболочке из смеси АС-ДТ (аммиачная селитра и дизельное топливо), от размеров гранул АС
Решается и проблема слеживаемости аммиачно-селитренных ВВ, т.к измельчение и смешение происходит непосредственно на блоке перед зарядкой скважины, измельченная аммиачная селитра и ВВ изготовленные на ее основе не успевают слежаться.
В настоящее время на горнодобывающих предприятиях используются смесительно-зарядные машины, которые доставляют невзрывчатые компоненты ВВ с мест загрузки и хранения к месту использования ВВ. Учитывая большую стоимость специализированного оборудования, которым является СЗМ, такой подход является экономически менее эффективным. Подтверждением данного факта является отказ от использования современных СЗМ малыми и средними горными предприятиями.
Предложенная конструкция СЗМ позволяет снять со специализированного транспорта функции доставки компонентов ВВ со склада на блок, что позволяет увеличить экономическую эффективность использования специализированного оборудования. Специализированное оборудование будет использоваться только для приготовления ВВ и заряжания. При использовании данной СЗМ, доставка компонентов осуществляется универсальным грузовым автотранспортом.