Устройство для рассредоточения скважинного заряда ВВ и его забойки

Полезная модель относится к области взрывных работ, а именно к устройствам для рассредоточения и забойки скважинных зарядов взрывчатого вещества (ВВ) низкоплотными промежутками и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.
Одним из наиболее эффективных методов интенсификации подготовки горной массы к выемке и снижении удельного расхода ВВ является применение в колонке скважинного заряда ВВ инертных промежутков, которые могут выполнять роль придонных компенсаторов ударных волн, промежутков рассредоточения на части колонку скважинного заряда и промежутков между верхним торцом заряда ВВ и забойкой.
Известно, что улучшение дробления горных пород взрывом обеспечивается зарядами ВВ, которые в процессе формирования в скважинах рассредоточивают воздушными промежутками, выполненными например из пневматических скважинных затворов с ниппелем (патент РФ №2379621, МПК F42D 1/08). Существенным недостатком технического решения является возможность снижения давления в пневматической камере, затем ликвидация промежутка.
Известна также полезная модель «Устройство для создания промежутков в скважине» (патент РФ №152866, МПК F42D 1/08) для снижения удельного расхода ВВ и качественной подготовки горной массы, содержащая эластичный затвор, жестко скрепленный с опорой и прикрепленным к затвору мешка из гидрофобного материала на жестком каркасе. Недостаток устройства в том, что в случае разгерметизации мешка он будет заполнен водой, что приведет к частичной потере заявленного эффекта.
Известна комбинированная скважинная забойка (патент РФ №132179, МПК F42D 1/08), в которой между запирающим элементом и зарядом взрывчатого вещества размещена прослойка из низкоплотного пористого материала, которая отделена от запирающего элемента и заряда взрывчатого вещества воздушными промежутками, а в прослойке из низкоплотного пористого материала выполнена полость, в которой размещена пневматическая камера, и канал, соединяющий полость с воздушным промежутком, расположенным под забойкой, при этом диаметр пневматической камеры соизмерим с диаметром скважины. Недостаток полезной модели в том, что в случае разгерметизации пневматической камеры прослойка из низкоплотного материала осядет, что приведет к частичному снижению запирающего эффекта забойки.
В обводненных скважинах создание воздушного промежутка существенно затрудняется, поскольку его обычно формируют опусканием опоры с кружками или крестовинами на концах (патент РФ №116621, МПК F42D 1/08), поэтому в обводненных скважинах полученный промежуток заполняется водой и не обеспечивает эффекта перераспределения энергии взрыва в массив.
Наиболее близким по существу решаемой задачи является «Способ формирования рассредоточенных зарядов в обводненных скважинах» (патент на изобретение №2306523 RU(11) С1) в гидроизолирующей оболочке, предварительно размещенной в обводненной скважине, за счет создания газового промежутка в заряде ВВ, сформированном в обводненной скважине. Для создания газового промежутка в гидроизоляционную оболочку, содержащую нижнюю часть заряда ВВ опускают эластичную оболочку с размещенными в ней утяжелителем и химическими реагентами, способными выделять газ при взаимодействии. После заполнения эластичной оболочки выделившимся газом над ней формируют верхнюю часть заряда ВВ. Массу утяжелителя подбирают таким образом, чтобы обеспечить отрицательную плавучесть частично заполненной газом эластичной оболочки. Количество химических реагентов подбирают таким образом, чтобы заполненная выделившимся газом эластичная оболочки заняла расчетную высоту в заряде ВВ. Недостаток известного технического решения состоит в том, что в случае разгерметизации оболочки и снижения давления газа произойдет ликвидация промежутка и оседание столба заряда ВВ.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции устройства для создания низкоплотного пористого промежутка, используемого в зависимости от конструкции скважинного заряда в различных сочетаниях, а именно, в качестве придонного компенсатора, заполняющего скважину между ее дном и торцом нижней части заряда ВВ, инертного промежутка для рассредоточения частей заряда ВВ и забойки скважины при заполнении незаряженной ВВ верхней части скважины.
Технический результат достигается тем, что устройство для создания низкоплотного промежутка в скважинном заряде ВВ включает гидроизолирующую оболочку с обратным клапаном, выполненным виде сходящихся лепестков на одном ее торце, а на противоположном торце гидроизолирующей оболочки закреплен стопор, выполненный в виде подпружиненного витка с усами, концы которых направлены вдоль гидроизолирующей оболочки в сторону торца с обратным клапаном и расстоянием между концами усов больше диаметра скважины, причем подпружиненный виток сверху закрыт эластичной пробкой, соизмеримой с диаметром шланга, при помощи которого гидроизолирующая оболочка устанавливается в скважине.
Сущность технического предложения поясняется фиг. 1-4.
На фиг. 1 показано устройство для рассредоточения заряда ВВ и забойки перед размещением его в скважине. На фиг. 2 показано устройство, закрепленное на дне обводненной скважины. На фиг. 3 показано устройство, на дне обводненной скважины в рабочем положении, т.е. наполненное низкоплотным пористым твердеющим материалом. На фиг. 4 показаны устройства, одно из которых закреплено на дне обводненной скважины, другое у торца нижней части заряда ВВ и третье у торца верхней части заряда ВВ.
Устройство для создания низкоплотного пористого твердеющего промежутка в скважинном заряде ВВ включает гидроизолирующую оболочку 1 с обратным клапаном 2, выполненным виде сходящихся лепестков на одном ее торце, а на противоположном торце гидроизолирующей оболочки 1 закреплен стопор 3, выполненный в виде подпружиненного витка, установленного в эластичной пробке 5 внутри гидроизолирующей оболочки 1, причем концы подпружиненного витка в виде усов направлены вдоль гидроизолирующей оболочки 1 в сторону торца с обратным клапаном 2 и расстоянием между концами усов больше диаметра скважины 6.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Перед заряжанием обводненной скважины 6 ВВ в нее на всю глубину опускают шланг 4, на который через обратный клапан 2 устанавливают гидроизолирующую оболочку 1, причем в отверстие шланга 4 вставляют эластичную пробку 5, в которой закреплен подпружиненный виток стопора 3, усы которого во время опускания гидроизолирующей оболочки 1 направлены в сторону устья скважины 6. Шланг 4 упирается в пробку 5, закрепленную на нижнем торце внутри гидроизолирующей оболочки 1. Подпружиненный виток стопора 3 в свою очередь закреплен внутри пробки 5 и при установке ее в отверстие шланга 4 сжимается, при этом расстояние между концами усов становится меньше диаметра скважины 6. При опускании усы скользят вдоль стенки скважины 6. При достижении дна скважины 6 по шлангу 4 подают под давлением низкоплотный пористый твердеющий материал, например пеногель. Эластичная пробка 5 вытесняется из шланга 4, подпружиненный виток освобождается, усы стопора 3 упираются в стенку скважины 6 и удерживает гидроизолирующую оболочку 1 в ее рабочем положении. Гидроизолирующая оболочка 1, наполненная твердеющим пеногелем, заполняет пространство скважины 6 на величину гидроизолирующей оболочки 1, вытесняя воду. Шланг 4 под действием реактивной силы поднимается вверх из гидроизолирующей оболочки 1 и далее до устья скважины 6. При этом обратный клапан 2 препятствует выходу твердеющего пеногеля из гидроизолирующей оболочки 1. Даже в случае разгерметизации гидроизолирующей оболочки 1 твердеющий пеногель предотвращает уменьшения объема образовавшаяся полости, которая в последующем будет играть роль придонного компенсатора 7 ударных волн. Затем в скважину 6 одновременно загружают часть заряда ВВ 8 и устанавливают боевик 11. После этого процесс размещения на заряде ВВ 8 следующей гидроизолирующей оболочки 1 повторяется. В скважине 6 формируется низкоплотный пористый твердеющий промежуток 9, на который размещается следующая часть заряда ВВ 10 с боевиком 11. После чего процесс размещения на заряде ВВ 10 очередной гидроизолирующей оболочки 1 вновь повторяется и в скважине 6 формируется низкоплотная пористая твердеющая забойка 12. После детонации частей заряда ВВ 8 и 10 в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин несколько десятков тысяч атмосфер и происходит удар по верхнему торцу придонного компенсатора 7, промежутку рассредоточения заряда ВВ 9 и по нижнему торцу забойки 12. Экспериментально установлено (Миндели Э.О. и др. Забойка шпуров. - М.: Недра, 1967. - 152 с.), что при засыпной забойке, воде и других материалах с плотностью ≥1 он уплотняется в виде пробки и забойка выбрасывается с возрастающей скоростью, а часть продуктов детонации выбрасывается в атмосферу, не совершив полезную работу. Для исключения этого явления низкоплотный пористый твердеющий материал, размещенный в гидроизолирующих оболочках 1, играющий роль демпферов, растягивает импульс взрыва. Низкоплотные пористые промежутки 7, 9 и забойка 12 сжимаются, сдерживая ударную волну, распространяющуюся по ним. Скорость продольной волны в низкоплотном пористом материале на порядок меньше, чем скорость продольной волны в массиве, смещение которого происходит и в сторону полости скважины, заполняя часть низкоплотного промежутка 7, 9 и забойки 12. Пережатые здесь каналы скважины сдерживают выброс продуктов детонации, и перераспределяют энергию ударной волны в массив, обеспечивая дробление массива на значительно большем расстоянии от оси скважины. Это обстоятельство позволяет увеличить размеры сетки скважин, что в свою очередь обеспечивает снижение удельного расхода ВВ. Вода, вытесненная к устью скважины в процессе ее заряжания, во-первых, играет роль гидрозабойки, а во-вторых, инфильтруется в трещины подошвы уступа, создавая обводненный слой породы, который при взрыве будет распылен в пылегазовом облаке, и способствовать коагуляции пыли.
Практическое использование предложенного технического решения проводилось на разрезе Заречный в Кузбассе при проведении научно-исследовательской работы по разработке технических мероприятий повышения эффективности буровзрывных работ. Эксперименты проводились при взрывной подготовке пород крепостью 5,5-6 по шкале проф. М.М. Протодъяконова для экскаватора РН-2300. Заряжание обводненных скважин глубиной от 12 до 15 м проводилось эмульсолитом А-20. В результате экспериментов было рекомендовано на один метр расширить сетку скважин, что позволило снизить на 15% удельный расход ВВ.
Таким образом, заявляемая полезная модель для рассредоточения заряда ВВ и забойки в обводненных скважинах путем заполнения гидроизолированных оболочек низкоплотным материалом, позволяет решить поставленную техническую задачу повышения качества подготовки горной массы, снижения расхода ВВ и улучшения экологической обстановки при массовых взрывах.