ЗАСЫПНАЯ ЗАБОЙКА ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН С ЭЛЕМЕНТАМИ КАМЕННОГО МАТЕРИАЛА
FILL STEMMING OF BLAST HOLES WITH ELEMENTS OF STONE MATERIAL

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывное рыхление скальных массивов горных пород.
Известно, что наилучшее дробление горных пород взрывом обеспечивается применением укороченной забойки с воздушным промежутком над зарядом /1/. При этом конструкция забойки, расположенной над воздушным промежутком вблизи устья скважины, должна обеспечивать продолжительное противодействие ее выбросу действием взрыва - вплоть до момента разрушения массива /2/.
Наиболее близким по существу решаемой задачи устройством для запирания продуктов взрыва в зарядной полости скважины является комбинированная засыпная забойка скважин, включающая верхнюю и нижнюю части, разделенные буферным промежутком из пенополистирола, причем нижняя часть представляет собой засыпку из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком, в которой верхняя часть забойки выполнена в виде конуса длиной 2-3 диаметра скважины, например, из твердеющих материалов, установленного острым концом вверх на буферный промежуток, между конусом и стенками скважины размещен крупный щебень и далее до верха скважины помещен засыпной инертный материал /3/.
Такая конструкция забойки обеспечивает задержку продуктов детонации в зарядной полости до начала сдвижения пород при разрушении массива в районе устья скважины, однако требует предварительного изготовления и доставки к месту зарядки конусов из твердеющих материалов. Кроме того, опытные взрывы с такими забойками показали, что диаметр верхней части скважин сильно колеблется из-за нарушения массива предшествующими взрывами, что усложняет установку конусов. В случае же большого зазора между стенками скважины и конусом по нему происходит прорыв продуктов взрыва, и запирающая способность забойки падает.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности запирания продуктов детонации в зарядной полости комбинированной укороченной забойкой и снижение затрат на ее формирование.
Поставленная задача достигается тем, что в засыпной забойке взрывных скважин с элементами каменного материала, включающей нижнюю засыпную часть из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком и верхнюю комбинированную часть, согласно изобретению верхняя комбинированная часть забойки разделена 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.
На фигуре 1 схематично изображена засыпная забойка взрывных скважин с элементами каменного материала.
Засыпная забойка взрывных скважин с элементами каменного материала размещается в скважине 1 над воздушным промежутком 2, установленным над зарядом ВВ 3. Нижняя засыпная часть 4 забойки выполнена из инертного сыпучего материала 5 крупностью менее 5 мм, над нею размещен первый отрезок 6 верхней комбинированной части забойки, выполненный из элементов каменного материала в виде крупных камней 7 размером 0,5-0,6 диаметра скважины вперемешку с камнями 8 средних размеров 0,2-0,3 диаметра скважины. Пустоты между камнями 7 и 8 заполнены инертным сыпучим материалом 5. Второй отрезок 9 верхней комбинированной части забойки до верха скважины заполнен тем же инертным сыпучим материалом 5.
Засыпную забойку взрывных скважин с элементами каменного материала, укороченную до 14 диаметров скважины, формируют следующим образом. В скважине 1 над зарядом ВВ 3 известным способом формируют воздушный промежуток 2, высота которого равна разности между глубиной скважины 1 и суммарной длиной заряда BB 3 и забойки. Над воздушным промежутком 2 на заданную высоту формируют нижнюю засыпную часть 4 сыпучим инертным материалом 5, например буровым шламом. После этого формируют первый отрезок 6 верхней комбинированной части забойки, послойно размещая крупные камни 7 размером 0,5-0,6 диаметра скважины вперемешку с камнями 8 среднего размера 0,2-0,3 диаметра скважины, которые берут, как правило, прямо с поверхности заряжаемого блока. Для повышения газонепроницаемости забойки промежутки между камнями крупного и среднего размеров каждого слоя засыпают инертным сыпучим материалом 5, например буровым шламом. Размеры нижней засыпной части 4 и первого отрезка 6 верхней комбинированной части забойки подбирают опытным путем. Наши опытные взрывы показали, что общая высота первого отрезка 6 должна быть не менее 3-х диаметров скважины, а нижняя часть 4 забойки - 7-8 диаметров. Второй отрезок 9 верхней комбинированной части забойки длиной не менее 2 диаметров скважины до устья заполняют инертным сыпучим материалом 5.
После детонации заряда BB 3 в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер и происходит удар газов по нижней части 4 забойки, существенно смягченный воздушным промежутком. Экспериментально установлено /4/, что в засыпной забойке из зернистых материалов в первый момент времени после детонации заряда забоечный материал уплотняется в виде пробки и плотно расклинивается в скважине. После уплотнения, независимо от используемого материала, забойка выбрасывается с возрастающей скоростью, зарядная полость разгерметизируется и часть продуктов детонации из нее выбрасывается, не совершив полезной работы. Для исключения этого явления предусмотрен первый отрезок 6 верхней комбинированной части засыпной забойки взрывных скважин с элементами каменного материала.
Начавшая движение нижняя засыпная часть 4 забойки воздействует на камни 7 и 8, расклинивая их между собой и стенками скважины 1. При этом крупные камни 7 разрушаются до камней среднего размера 8, те, в свою очередь, переходят в более мелкий щебень. Процесс носит скачкообразный характер, но в целом затраты времени на выброс забойки возрастают. Как показали опытные взрывы, забойки с отрезком, заполненным каменным материалом, либо не вылетают вовсе, либо их выброс происходит через 120-160 мс после вылета обычных засыпных забоек такой же длины. Тем самым обеспечивается большая длительность запирания продуктов детонации в зарядной полости.
Относительно большая длина нижней части 4 забойки необходима для обеспечения ее газонепроницаемости. Опытные взрывы показали, что при малой длине нижней засыпной части 4 взрывные газы проходят между кусками каменного материала верхней комбинированной части забойки, и эффект использования энергии взрыва снижается.
Замена бетонного конуса в прототипе на комбинацию элементов каменного и засыпного материалов позволяет не только снизить затраты, исключив бетон и фракционированный щебень, но и повысить надежность работы забойки, независимо от состояния стенок скважин. Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, забойка способствует более полному протеканию вторичных реакций в продуктах детонации и соответственно повышает энергию взрыва; это особенно важно для современных крупнодисперсных BB типа гранулитов и граммонитов, у которых значительная доля энергии выделяется в процессе вторичных реакций.
Таким образом, заявляемая засыпная забойка взрывных скважин с элементами каменного материала позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива, эффективность использования энергии взрыва на дробление пород существенно повышается, а затраты на применение забойки снижаются, что позволяет решить поставленную техническую задачу.
Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки
1. Влияние забойки на степень дробления горных пород взрывом / Г.П. Демидюк, В.Д. Росси, Н.Ф. Андрианов, В.А. Усачев // Сб. Взрывное дело №53/10. М.: Недра, 1963. - С.96-105.
2. Яковенко А.И. Расчет скважинных зарядов в карьерах // Сб. Взрывное дело №51/8. М.: Недра, 1963. - С.108-120.
3. Патент Российской Федерации №2462688, МПК F42D 1/08. 2011 (прототип).
4. Миндели Э.О., Демчук П.А., Александров В.Е. Забойка шпуров. - М.: “Недра”, 1967. - 152 с.