СПОСОБ ЗАРЯЖАНИЯ ВЫРАБОТКИ В ВИДЕ ШПУРА ИЛИ СКВАЖИНЫ ПРИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF THE OUTPUT CHARGING IN THE FORM OF THE BLAST HOLE OR THE BORED HOLE DURING THE BLASTING OPERATIONS (VERSIONS)

Изобретение относится к области, преимущественно, буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных областях народного хозяйства, применяющих взрывные работы на объектах горнорудной и нерудной промышленности. В том числе может быть использовано: при валке зданий, сооружений, дроблении фундаментов и спекшейся руды; взрывных работах в подземных и горноразведочных выработках; взрывных работах при прокладке тоннелей, строительстве тоннельных линий метрополитена и т.п.
Основным условием проведения буровзрывных работ является обеспечение их безопасности для осуществляющего их и окружающего производственного персонала.
Данные условия регламентируются федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности при взрывных работах.
Одно из условий обеспечения безопасности при осуществлении технологии заряжания (заполнения) выработок в виде шпуров или скважин - это необходимость соблюдать меры предосторожности, исключающие динамическое воздействие в осевом направлении в сторону устья выработки (шпура или скважины) на проводники инициирующего импульса (например, электропровода) средства инициирования заряда (например, электродетонатора), находящиеся в эксплуатационной полости выработки (т.е. шпура или скважины) с выводом их концов за пределы устья выработки. При этом гибкие проводники инициирующего импульса должны иметь слабину в зоне выработки между подрывным зарядом и торцом механической забойки.
Несанкционированное и неконтролируемое динамическое воздействие на гибкие проводники инициирующего импульса (например, электропровода электродетонатора) может произойти любым случайным образом после установки и фиксации в выработке (шпуре или скважине) механической забойки (в особенности распорно-клинового типа-распорного затвора), поскольку данная забойка, как правило, выполнена с технологическими функциональными каналами для свободного протягивания концов проводников инициирующего импульса за пределы устья выработки, что недопустимо с точки зрения обеспечения безопасности проведения буровзрывных работ с гибкими проводниками.
В соответствии с вышеизложенным технология заряжания выработки (шпура или скважины) должна гарантированно обеспечить исключения динамического воздействия на гибкие проводники инициирующего импульса (например, электропровода электродетонатора), способного обеспечить обрыв упомянутых гибких проводников в зоне крепления к детонатору или в области подрывного заряда после установки и фиксации механической забойки в функциональной полости выработки (шпура или скважины).
Из уровня техники известен способ заряжания выработки в виде шпура или скважины при буровзрывных работах, включающий последовательную установку в функциональную полость предварительно пробуренной выработки:
- детонатора с проводниками инициирующего импульса;
- непосредственно подрывного заряда;
- и механической забойки в виде распорного затвора клинового типа, конструктивно включающего наружную втулку с раздвижными структурами и размещенный в ее полости элемент с, по меньшей мере, одной клиновой поверхностью, взаимодействующий с обращенными к нему внутренними поверхностями раздвижных структур втулки.
Причем перед установкой упомянутого распорного затвора в сформированных в его конструктивных элементах технологических каналах свободно размещают проводники инициирующего импульса детонатора с выводом их за пределы функциональной полости выработки. После ввода распорного затвора в устье выработки осуществляют его проводку вдоль выработки посредством технологического стержня-забойника на заданное расстояние и осуществляют фиксацию распорного затвора в этом положении. Для осуществления фиксации распорного затвора обеспечивают расклинивание раздвижных структур втулки распорного затвора посредством внешнего динамического воздействия на торец упомянутой втулки, расположенный со стороны устья выработки, вдоль оси последней посредством упомянутого стержня-забойника в направлении установленного подрывного заряда с обеспечением перемещения этой втулки относительно элемента с клиновой поверхностью (патент №139745 U1).
К недостаткам данного известного из уровня техники изобретения следует отнести ограниченные функциональные возможности вследствие невозможности фиксации гибких проводников инициирующего импульса в зоне механической забойки, преимущественно, максимально близко к устью выработки.
В основу заявленного изобретения была положена задача создания такого способа заряжания выработки в виде шпура или скважины при буровзрывных работах, при промышленной реализации которого (с использованием соответствующих конструктивных структур забойки в виде распорного затвора) полностью исключался бы несанкционированный обрыв гибких проводников инициирующего импульса в глубинной зоне выработки (выполненной в виде шпура или скважины), расположенной за пределами забойки.
Технический результат - обеспечение фиксации гибких проводников инициирующего импульса детонатора между взаимообращенными поверхностями взаимоподвижных конструктивных структур механической забойки в виде распорного затвора в рабочем (т.е. зафиксированном в выработке) положении этой забойки при простоте ее конструктивного исполнения, причем максимально близко к устью забойки.
Поставленный технический результат согласно первому варианту осуществления патентуемого способа достигается посредством того, что в способе заряжания выработки в виде шпура или скважины при буровзрывных работах, включающем последовательную установку в функциональную полость предварительно пробуренной выработки:
- детонатора с гибкими проводниками инициирующего импульса;
- непосредственно подрывного заряда;
- и механической забойки в виде распорного затвора клинового типа, конструктивно включающего наружную втулку с раздвижными структурами и размещенный в ее полости элемент с, по меньшей мере, одной клиновой поверхностью, взаимодействующий с обращенными к нему внутренними поверхностями раздвижных структур втулки;
- причем перед установкой упомянутого распорного затвора в технологических каналах, сформированных в, по меньшей мере, одном его конструктивном элементе, размещают проводники инициирующего импульса детонатора с выводом их концов за пределы функциональной полости выработки;
- а после ввода распорного затвора в устье выработки осуществляют его проводку вдоль выработки посредством технологического стержня-забойника на заданное расстояние и осуществляют фиксацию распорного затвора в этом положении;
- для чего обеспечивают расклинивание раздвижных структур втулки распорного затвора посредством внешнего динамического воздействия на торец упомянутой втулки, расположенный со стороны устья выработки, вдоль оси последней посредством упомянутого стержня-забойника в направлении установленного подрывного заряда с обеспечением перемещения этой втулки относительно элемента с клиновой поверхностью; согласно изобретению: в процессе операции упомянутого размещения гибких проводников инициирующего импульса детонатора, по меньшей мере, часть этих проводников размещают между взаимообращенными поверхностями, по меньшей мере, одной раздвижной структуры втулки и элемента с клиновой поверхностью распорного затвора в конструктивно-технологически сформированных, по меньшей мере, на одной из указанных поверхностей канавках, расположенных со стороны устья выработки;
- причем геометрические параметры данных канавок выбирают из условия обеспечения свободного прохода указанных проводников используемого типоразмера в процессе операции проводки распорного затвора и осевой фиксации соответствующего участка каждого проводника инициирующего импульса (без нарушения целостности его оболочки) в рабочем положении раздвижных структур распорного затвора, то есть после окончательной фиксации его пространственного положения в функциональной полости выработки, за счет расклинивания раздвижных структур втулки.
Поставленный технический результат согласно второму варианту осуществления патентуемого способа достигается посредством того, что в способе заряжания выработки в виде шпура или скважины при буровзрывных работах, включающем последовательную установку в функциональную полость предварительно пробуренной выработки:
- детонатора с гибкими проводниками инициирующего импульса;
- непосредственно подрывного заряда;
- и механической забойки в виде распорного затвора клинового типа, конструктивно включающего два взаимоподвижных конструктивных элемента со встречно направленными клиновыми поверхностями, взаимодействующими между собой в процессе относительного перемещения указанных конструктивных элементов;
- причем перед установкой упомянутого распорного затвора в технологических каналах, сформированных в его конструктивных элементах, размещают проводники инициирующего импульса детонатора с выводом их концов за пределы функциональной полости выработки;
- а после ввода распорного затвора в устье выработки осуществляют его проводку вдоль выработки посредством технологического стержня-забойника на заданное расстояние и осуществляют фиксацию распорного затвора в этом положении;
- для чего обеспечивают расклинивание взаимоподвижных конструктивных элементов распорного затвора посредством внешнего динамического воздействия на торец соответствующего элемента с клиновой поверхностью вдоль оси выработки посредством упомянутого стержня-забойника в направлении установленного подрывного заряда с обеспечением перемещения этого элемента с клиновой поверхностью относительно взаимодействующего с ним второго, ответного элемента;
согласно изобретению:
- в процессе операции упомянутого размещения гибких проводников инициирующего импульса детонатора, по меньшей мере, часть этих проводников размещают между взаимообращенными коническими поверхностями взаимоподвижных элементов распорного затвора в конструктивно-технологически сформированных, по меньшей мере, на одной из указанных поверхностей канавках, расположенных со стороны устья выработки;
- причем геометрические параметры данных канавок выбирают из условия обеспечения свободного прохода указанных проводников используемого типоразмера в процессе операции проводки распорного затвора и осевой фиксации соответствующего участка каждого проводника инициирующего импульса, без нарушения целостности его оболочки, в рабочем положении взаимоподвижных элементов распорного затвора, то есть после окончательной фиксации его пространственного положения в функциональной полости выработки за счет расклинивания взаимоподвижных элементов затвора.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного технического решения, позволил установить, что не обнаружены аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными или эквивалентными всем существенным признакам заявленного технического решения, а выбранный из выявленных аналогов прототип (как наиболее близкий по совокупности признаков аналог) позволил выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявленном объекте изобретения, изложенных в формуле.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявленного технического решения требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных из уровня техники сходных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения, результаты которого показывают, что заявленное техническое решение не следует (для специалиста) явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники (определенного заявителем) не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного технического решения преобразований на достижение усматриваемого заявителем технического результата.
В частности, заявленными техническими решениями не предусматриваются следующие преобразования известного объекта-прототипа:
- дополнение известного объекта каким-либо известным признаком, присоединяемым к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
- замена какого-либо признака известного объекта другим известным признаком для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
исключение какого-либо признака известного объекта с одновременным исключением обусловленной наличием этого признака функции и достижением при этом обычного для такого исключения результата;
- увеличение количества однотипных признаков в известном объекте для усиления технического результата, обусловленного наличием в объекте именно таких признаков;
- выполнение известного объекта или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
- создание объекта, включающего известные признаки, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил и достигаемый, при этом, технический результат обусловлен только известными свойствами признаков этого объекта и связей между ними.
Следовательно, заявленные технические решения соответствуют требованию условия патентоспособности «изобретательский уровень» по действующему законодательству.
Способ иллюстрируется графическими материалами.
Фиг. 1 - одна из возможных конструктивных схем распорного затвора, которая может быть использована для промышленной реализации первого варианта осуществления патентуемого способа (п. 1 формулы изобретения).
Фиг. 2 - вид А по фиг. 1.
Фиг. 3 - технологическая схема осуществления способа заряжания выработки с установкой в ее технологической полости конструкции распорного затвора по фиг. 1 и фиг. 2
Фиг. 4 - одна из возможных конструктивных схем распорного затвора, которая может быть использована для промышленной реализации второго варианта осуществления патентуемого способа (п. 2 формулы изобретения).
Фиг. 5 - вид Б по фиг. 4.
В графических материалах структуры и элементы соответствующих вариантов конструктивного исполнения распорного затвора и других структур, устанавливаемых в технологическую выработку (шпур или скважину) обозначены следующими позициями:
1 - выработка (технологическая для установки подрывного заряда и сопутствующих технологических средств);
2 - полость (функциональная технологической выработки 1);
3 - детонатор (подрывного заряда 5 взрывчатого вещества);
4 - проводники (инициирующего импульса детонатора 3);
5 - заряд (подрывной взрывчатого вещества);
6 - затвор (распорный клинового типа);
7 - втулка (наружная распорного затвора 6 по фиг. 1 и фиг. 2),
8 и 9 - структуры (конструктивные раздвижные втулки 7);
10 - элемент (с, по меньшей мере, одной клиновой поверхностью 11 и 12, взаимодействующий со структурами 8 и 9 втулки 7);
11 и 12 - поверхности (клиновые элемента 10);
13 и 14 - поверхности (внутренние раздвижных структур 8 и 9 соответственно втулки 7);
15 и 16 - каналы (технологические для размещения проводников 4 инициирующего импульса);
17 - устье (выработки технологической - шпура или скважины);
18 - стержень-забойник;
19 - средство (мерное конструктивно-технологическое);
20 - выступ (Г-образный фиксирующий мерного средства 19);
21 - участок (поверхности породы, прилегающий к устью 17 выработки 1);
22 - поверхность (упорная выступа 20);
23 и 24 - элементы (взаимоподвижные конструктивные распорного затвора 6 по фиг.4 и фиг.5);
25 и 26 - поверхности (клиновых элементов 23 и 24 соответственно);
27 - фиксатор (установочный элементов 23 и 24)
28 - канавка (фиксирующая, т.е. /в совокупности с обращенной в ее сторону клиновой поверхностью соответствующей конструктивной структуры механической забойки 6/ функционально являющаяся средством фиксации соответствующего проводника 4 инициирующего импульса в зоне механической забойки 6 клинового типа, максимально приближенной к устью выработки).
Способ осуществления технологии заряжания выработки 1 в виде шпура или скважины при буровзрывных работах согласно первому варианту промышленной реализации заключается в следующем.
Патентуемый способ включает последовательную установку в функциональную полость 2 предварительно пробуренной выработки 1:
- детонатора 3 с проводниками 4 инициирующего импульса;
- непосредственно подрывного заряда 5;
- и механической забойки в виде распорного затвора 6 клинового типа, конструктивно включающего наружную втулку 7 с раздвижными структурами 8 и 9 и размещенный в ее полости элемент 10 с, по меньшей мере, одной клиновой поверхностью 11 и 12, взаимодействующий с обращенными к нему внутренними поверхностями 13 и 14 раздвижных структур втулки.
Как правило, распорный затвор 6 изготавливают из упругодеформируемого материала (например, пластика или иного полимерного материала).
Причем перед установкой упомянутого распорного затвора 6 в технологических каналах 15 и 16, сформированных в его конструктивных элементах, размещают проводники 4 инициирующего импульса детонатора 3 с выводом их (проводников 4) концов за пределы функциональной полости 2 выработки 1.
После ввода распорного затвора 6 в устье 17 выработки 1 осуществляют его проводку вдоль выработки 1 посредством технологического стержня-забойника 18 на заданное расстояние и осуществляют фиксацию распорного затвора 6 в этом положении.
Для осуществления указанной фиксации распорного затвора 6 обеспечивают расклинивание раздвижных структур 8 и 9 втулки 7 посредством внешнего динамического воздействия по стрелке F на торец упомянутой втулки 7, расположенный со стороны устья 17 выработки 1 вдоль оси последней посредством упомянутого стержня-забойника 18 в направлении установленного подрывного заряда 5 с обеспечением перемещения по стрелке S этой втулки 7 относительно элемента 10 с, по меньшей мере, одной клиновой поверхностью 11 и 12.
В процессе упомянутой операции проводки распорного затвора 6 целесообразно использовать конструктивно-технологическое мерное средство 19, которое фиксируют в осевом направлении относительно элемента 10 с, по меньшей мере, одной клиновой поверхностью 11 и 12 распорного затвора 6.
Расстояние регламентированной установки распорного затвора 6 от устья 17 выработки 1 регистрируют по реперным меткам или по конструктивно-технологическому фиксирующему выступу 20, сформированным на мерном средстве 19. При этом в процессе осуществления расклинивания вышеупомянутых раздвижных структур 8 и 9 втулки 7 распорного затвора 6 осуществляют механическое удержание в осевом направлении элемента 10 с, по меньшей мере, одной клиновой поверхностью 11 и 12 на месте регламентированной установки распорного затвора 6. Для этого осуществляют фиксацию мерного средства 19 относительно неподвижной базовой структуры.
Оптимально, в качестве мерного средства использовать элемент, например, в виде планки с технологически заданной длиной, функционально являющийся конструктивной структурой элемента 10 с клиновой поверхностью, причем данная структура должна иметь Г-образный выступ 20 на ее конце, расположенном в зоне устья 17 выработки 1, а в качестве неподвижной базовой структуры, в этом случае, целесообразно функционально использовать участок 21 поверхности породы, прилегающий к устью 17 выработки, который вводят в контакт с упорной поверхностью 22 Г-образного выступа 20 в процессе операции проводки распорного затвора 6 вдоль выработки 1.
В процессе операции упомянутого размещения гибких проводников 4 инициирующего импульса детонатора 3, по меньшей мере, часть этих проводников 4 размещают между взаимообращенными поверхностями, по меньшей мере, одной раздвижной структуры 8 и 9 втулки 7 и элемента 10 с клиновой поверхностью 11 и 12 распорного затвора 6 в конструктивно-технологически сформированных на одной из указанных поверхностей канавках 28, расположенных со стороны устья 17 выработки 1.
Причем геометрические параметры данных канавок 28 выбирают из условия обеспечения свободного прохода указанных проводников 4 используемого типоразмера в процессе операции проводки распорного затвора 6 и осевой фиксации соответствующего участка каждого проводника 4 инициирующего импульса (без нарушения целостности его оболочки) в рабочем положении конструктивных раздвижных структур 8 и 9 распорного затвора 6, то есть после окончательной фиксации его пространственного положения в функциональной полости 2 выработки 1 за счет расклинивания раздвижных структур 8 и 9 втулки 7.
Способ осуществления технологии заряжания выработки 1 в виде шпура или скважины при буровзрывных работах согласно второму варианту промышленной реализации заключается в следующем.
В патентуемом способе осуществляют последовательную установку в функциональную полость 2 предварительно пробуренной выработки 1:
- детонатора 3 с проводниками 4 инициирующего импульса;
- непосредственно подрывного заряда 5;
- и механической забойки в виде распорного затвора 6 клинового типа, конструктивно включающего два взаимоподвижных конструктивных элемента 23 и 24 со встречно направленными клиновыми поверхностями 25 и 26 соответственно, взаимодействующими между собой в процессе относительного перемещения указанных конструктивных элементов 23 и 24.
Причем перед установкой упомянутого распорного затвора 6 в технологических каналах 15 и 16, сформированных в его конструктивных элементах 23 и 24, размещают проводники 4 инициирующего импульса детонатора 3 с выводом их (проводников 4) концов за пределы функциональной полости 2 выработки 1.
В подготовленном к установке распорном затворе 6 элементы 23 и 24 временно фиксируют фиксатором 27.
После ввода распорного затвора 6 в устье 17 выработки 1 осуществляют его проводку вдоль выработки 1 посредством технологического стержня-забойника 18 на заданное расстояние и осуществляют фиксацию распорного затвора 6 в этом положении.
Для осуществления вышеуказанной фиксации обеспечивают расклинивание взаимоподвижных конструктивных элементов 23 и 24 распорного затвора 6 посредством внешнего динамического воздействия (по стрелке F) на торец соответствующего элемента 23 с клиновой поверхностью 25 вдоль оси выработки 1 (по стрелке S) посредством упомянутого стержня-забойника 18 в направлении установленного подрывного заряда 5 с обеспечением перемещения этого элемента 23 с клиновой поверхностью 25 относительно взаимодействующего с ним второго, ответного элемента 24 (при этом фиксатор 27 разрывается или растягивается, в случае его изготовления из упругого материала).
В процессе упомянутой операции проводки распорного затвора 6 целесообразно использовать конструктивно-технологическое мерное средство 19, которое фиксируют в осевом направлении относительно упомянутого второго, ответного элемента 24 распорного затвора 6.
Конструкция мерного средства 19 может быть аналогична вышеописанной для первого варианта способа.
Расстояние регламентированной установки распорного затвора 6 от устья 17 выработки регистрируют по реперным меткам или по конструктивно-технологическому фиксирующему выступу 20, сформированным на мерном средстве 19.
В процессе осуществления расклинивания вышеупомянутых взаимоподвижных элементов 23 и 24 распорного затвора 6 осуществляют механическое удержание элемента 24, связанного с мерным средством 19, в осевом направлении на месте регламентированной установки распорного затвора 6. Для этого осуществляют фиксацию мерного средства 19 относительно неподвижной базовой структуры.
В процессе операции упомянутого размещения гибких проводников 4 инициирующего импульса детонатора 3, по меньшей мере, часть этих проводников 4 размещают между взаимообращенными коническими поверхностями 25 и 26 взаимоподвижных элементов 23 и 24 распорного затвора 6 в конструктивно-технологически сформированных, по меньшей мере, на одной из указанных поверхностей 25 и 26 канавках 28, расположенных со стороны устья 17 выработки. Причем геометрические параметры данных канавок 28 выбирают из условия обеспечения свободного прохода указанных проводников 4 используемого типоразмера в процессе операции проводки распорного затвора 6 и осевой фиксации соответствующего участка каждого проводника 4 инициирующего импульса (без нарушения целостности его оболочки) в рабочем положении взаимоподвижных элементов 23 и 24 распорного затвора 6. То есть после окончательной фиксации его пространственного положения в функциональной полости 2 выработки 1 за счет расклинивания взаимоподвижных элементов 23 и 24 затвора 6.
Совершенно очевидно, что в любом варианте реализации патентуемого способа допустимо использовать в качестве гибких проводников 4 инициирующего импульса: электропроводов, подрывного шнура термического действия (с легко воспламеняющимся горючим веществом в его полости) или волновода, преимущественно, оптоволоконного (в зависимости от используемого типа детонатора подрывного заряда). Основным условием является гибкость проводников 4 инициирующего импульса.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его промышленной реализации, предназначен для использования в области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использован в различных областях промышленности применяющих взрывные работы на объектах горнорудной и нерудной промышленности; в том числе, может быть использован: при валке зданий, сооружений, дроблении фундаментов и спекшейся руды; взрывных работах в подземных и горноразведочных выработках; взрывных работах при прокладке тоннелей, строительстве тоннельных линий метрополитена и т.п.
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимых пунктах нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата: обеспечение фиксации гибких проводников инициирующего импульса детонатора между взаимообращенными поверхностями относительно подвижных конструктивных структур механической забойки в виде распорного затвора в рабочем (т.е. зафиксированном в выработке) положении этой забойки при простоте ее конструктивного исполнения.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию условия патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.