КОМБИНИРОВАННАЯ ЗАБОЙКА ЗАРЯДА ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА

Полезная модель относится к горному делу и строительству и может быть использована при разработке горных пород взрывным способом с помощью скважинных, камерных и других зарядов промышленных взрывчатых веществ.
Забойка является важнейшим элементом заряда взрывчатого вещества. Она предотвращает потери энергии в процессе детонации взрывчатого вещества, повышает полноту детонации, увеличивает длительность поршневого действия продуктов взрыва и длительность напряженного состояния породы под действием взрыва; способствует уменьшению количества выбрасываемых в атмосферу токсичных газов в продуктах взрыва; препятствует образованию ударной волны в воздухе и ограничивает разлет кусков породы.
Герметизирующее действие забойки при взрыве определяется ее размерами (длиной и диаметром), а также сопротивляемостью ее материала действию динамических нагрузок под давлением продуктов взрыва. Известен целый ряд конструкций запирающих забоек в виде пластмассовых пробок, деревянных и бетонных клиньев, металлических устройств (1-8). Сложность и нетехнологичность выполнения таких забоек ограничивают область их применения.
Известны так называемые активные забойки или забойки с запирающими зарядами, представляющие собой один или несколько зарядов взрывчатого вещества небольшой массы, расположенных вдоль инертного материала забойки на одинаковом расстоянии друг от друга и взрываемых одновременно с основным скважинным или камерным зарядом взрывчатого вещества (9, 10). Недостатком таких забоек является необходимость использования дополнительных зарядов взрывчатого вещества, что усложняет ее формирование и приводит к повышению опасности и удорожанию стоимости ведения буровзрывных работ.
Известна комбинированная забойка, состоящая из чередующихся водонаполненных ампул и запорных пыжей (11), принятая авторами в качестве прототипа. Недостатком забойки-прототипа является ограниченность применения (только в шпурах или скважинах малых диаметров) из-за сложности изготовления и установки водонаполненных ампул большого диаметра и большой длины.
Для увеличения прочности забойки и повышения сопротивляемости ее выбросу необходимо в не заряжаемой взрывчатым веществом части зарядной выработки разделить забойку на участки из разных материалов, имеющих высокое сцепление со стенками подходной выработки к зарядной камере, что обеспечит ее уплотнение и боковой распор с повышением удерживающей способности всей забойки за счет сил трения в зарядной выработке.
Для рассредоточения заряда взрывчатого вещества с целью формирования и фиксации воздушных промежутков в скважинных зарядах взрывчатых веществ используются пневмобаллоны ограниченного размера (12-15).
Технической задачей полезной модели является повышение качества дробления горного массива и снижение стоимости ведения взрывных работ за счет повышения запирающих (герметизирующих) свойств забойки, снижения концентрации вредных веществ в пылегазовом облаке, уменьшения дальности разлета кусков породы при взрыве и ослабления действия ударно-воздушных волн.
Техническая задача была решена разработкой конструкции комбинированной забойки, состоящей из чередующихся участков инертного материала, которая дополнительно содержит участки, выполненные из пневмобаллонов, представляющих собой оболочки из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала с запорными клапанами, заполненных сжатым воздухом под давлением и размещенных между участками из сыпучего инертного материала, а участок инертного материала комбинированной забойки выполняется из сыпучего инертного материала.
После детонации заряда взрывчатого вещества в зарядной камере резко возрастает давление продуктов детонации и происходит динамический удар газов по торцевой поверхности участка забойки, прилегающей к заряду взрывчатого вещества. Так как участки плотно соприкасаются между собой, то вдоль всей забойки пойдет ударная волна сжатия. С увеличением скорости приложения ударной нагрузки растет сила инерции массы забойки, которая совместно с силами трения забойки о стенки породной выработки и силой внутреннего трения материала забойки обуславливает возникновение в каждом участке забойки бокового распора. В материале каждого участка забойки образуется так называемая «пробка», которая определяет эффективность действия комбинированной забойки. Ударная воздушная волна, распространяясь по горной выработке, взаимодействует с инертным материалом и пневмобаллонами из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала (далее по тексту - пневмобаллоны) и за счет их упругой деформации постепенно теряет свою силу. На участках, где размещаются пневмобаллоны, расклинивающее действие забойки повышается за счет увеличенного бокового распора пневмобаллонов под действием давления сжатого воздуха на стенки зарядной выработки. Происходит запирание продуктов детонации в горной выработке до момента полного разрушения породы. Время вылета комбинированной забойки из зарядной выработки значительно увеличивается по сравнению с такой же забойкой из однородного инертного материала и превышает время, в течение которого завершается процесс расширения продуктов детонации заряда взрывчатого вещества.
Технический эффект может быть достигнут только в сочетании всех признаков полезной модели. Рассредоточение забойки на участки, выполненные из инертного сыпучего материала и пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала, имеющих высокое сцепление материалов забойки со стенками выработки, обеспечивает более длительную герметизацию газообразных продуктов взрыва, что способствует уменьшению количества выбрасываемых в атмосферу токсичных газов в продуктах взрыва; препятствует образованию ударной волны в воздухе и ограничивает разлет кусков породы.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, 2.
Фиг.1 - схема комбинированной забойки штольневого заряда взрывчатого вещества (в разрезе).
Фиг.2 - схема комбинированной забойки скважинного заряда взрывчатого вещества в зависимости от расположения пневмобаллонов (в разрезе):
- а) - перекрываемое сечение скважины содержит один или несколько пневмобаллонов, установленных друг на друга по высоте скважины;
- б) - перекрываемое сечение скважины содержит несколько пневмобаллонов, установленных впритык друг к другу.
Обозначения:
1 - зарядная камера;
2 - заряд взрывчатого вещества;
3 - подземная горная выработка для размещения забойки;
4 - участок забойки из сыпучего инертного материала (индексами 1, 2, 3 обозначены номера участков от заряда взрывчатого вещества);
5 - участок забойки из пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала (индексами 1, 2, обозначены номера участков от заряда взрывчатого вещества);
6 - запорный клапан пневмобаллона;
7 - скважина.
В качестве инертного сыпучего материала участков забойки используется отсев и/или мелкие фракции дробления породы, и/или песок или аналогичные им продукты, которые обладают более высоким сопротивлением к осевому смещению от действия ударной воздушной волны. Комбинированная забойка в виде чередующихся участков из сыпучих материалов и пневмобаллонов повышает запирающее действие продуктов взрыва по сравнению с забойкой из однородного инертного материала.
1
Предлагаемая комбинированная забойка (фиг.1, 2) состоит из чередующихся участков 4 из инертного сыпучего материала, один из которых (4) прилегает к заряду взрывчатого вещества 2, и участков из пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала 5 с запорным клапаном 6.
Порядок формирования комбинированной забойки.
После размещения заряда взрывчатого вещества 2 во взрывной камере 1 (фиг.1 - штольневой заряд; фиг.2 - скважинный заряд) формируется комбинированная забойка путем чередования участков забойки 4 определенной длины из инертного материала и участков 5 определенной длины из пневмобаллонов.
1
1
2
2
3
Инертный сыпучий материал комбинированной забойки штольневого заряда (фиг.1) предварительно засыпается в мешки, и участок формируется путем их порядной укладки. После участка инертного сыпучего материала 4 послойно размещаются вдоль или перпендикулярно оси выработки пневмобаллоны 5 с запорными клапанами 6, незаполненные сжатым воздухом. Затем аналогичным образом формируются участки 4, 5. Производится размещение средств инициирования в заряде взрывчатого вещества и прокладывается взрывная сеть. Затем производится заполнение пневмобаллонов сжатым воздухом под давлением через гибкий воздухопровод с запорными и сбрасывающими избыточное давление клапанами или от автономного источника подачи сжатого воздуха или любым другим известным способом. Концевой участок 4 комбинированной забойки заполняется инертным сыпучим материалом на полное сечение взрывной выработки до ее устья. Роль забойки при взрыве камерных зарядов на выброс и сброс возрастает с увеличением масштабов взрыва. Это объясняется тем, что процесс выброса и сброса породы завершается при полном расширении продуктов взрыва (до атмосферного). При взрыве камерных зарядов на выброс или сброс время удержания забойки соизмеримо со временем полного расширения продуктов взрыва.
1
1
2
2
3
При формировании комбинированной забойки скважинного или шпурового заряда (фиг.2) на участок инертного сыпучего материала 4 устанавливают пневмобаллоны 5 с запорными клапанами 6, заполняют их сжатым воздухом под давлением любым известным способом. Затем насыпают участок инертного материала 4, после чего формируют участок из пневмобаллонов 5 с запорным клапаном 6 вышеописанным способом. Количество участков и их размеры - в соответствии с проектом взрывных работ. Концевой участок 4 комбинированной забойки выполняется из инертного сыпучего материала на полное сечение скважины или шпура.
При заполнении пневмобаллонов сжатым воздухом возникает эффект «распирания» пневмобаллонов в перекрываемом сечении подземной выработки или скважины и обеспечивается плотный прижим пневмобаллонов друг к другу и к поверхности выработки по всему периметру. Высокое давление наддува пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала повышает силы сцепления пневмобаллона с контуром выработки, а также и усилия, требующиеся для сдвига всей комбинированной забойки при воздействии расширяющихся газов взрыва. Желательно торцевые поверхности пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала ориентировать навстречу ударной волне для обеспечения большей площади соприкосновения со стенками горной выработки. Для обеспечения более плотной укладки пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала в перекрываемом сечении породной выработки пневмобаллоны могут иметь круглое, квадратное, прямоугольное или треугольное поперечное сечение в зависимости от проекта взрывных работ. Число пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала, форма и порядок их укладки определяется с учетом размера и формы перекрываемого сечения.
Пример осуществления полезной модели (фиг.1).
2
3
Осуществляется взрыв на сброс штольневого заряда массой 2000 т из взрывчатого вещества гранулита РП для сооружения взрывонабросной плотины. Длина горизонтальной подходной выработки (штольни), свободной от заряда взрывчатого вещества, - 100 м, сечение - 10 м, объем выработки, подлежащей забойке - 1000 м.
3
Комбинированная забойка (фиг.1) состоит из трех участков из инертного материала (песок с плотностью 1,7 т/м) длиной по 20 м и двух участков из семи пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала длиной по 20 м каждый.
Предлагаемая комбинированная забойка позволяет сократить время выполнения забойки до 20 дней при продолжительности выполнения сплошной забойки - 30 дней.
Эффективность взрыва с применением комбинированной забойки повысилось на 20-25% за счет увеличения объема полезно сброшенной породы в проектный контур взрывонабросного сооружения.
Заявленный технический результат - повышение качества дробления горного массива и снижение стоимости ведения взрывных работ - обеспечивается конструкцией забойки:
- снижение трудоемкости формирования забойки, снижение стоимости и повышение производительности забоечных работ за счет конструкции комбинированной забойки, состоящей из участков сыпучего инертного материала и участков из пневмобаллонов, имеющих высокое сцепление материалов забойки со стенками выработки;
- надежность герметизации выработок любого сечения за счет конструкции предлагаемой комбинированной забойки, состоящей из участков, выполненных из разных материалов - сыпучего материала и пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала;
- исключение прохождения по забойке волны сжатия и разгона забойки за счет рассредоточения забоечного материала на участки из инертного материала и участки из пневмобаллонов из эластичного воздухонепроницаемого тканевого материала, что повышает ее запирающие свойства;
- снижение концентрации вредных веществ в пылегазовом облаке и уменьшение зоны его рассеивания за счет более длительного запирания продуктов детонации, что обеспечивает завершение вторичных реакций во взрывной камере.
Выполненная в производственных условиях проверка заявляемой комбинированной забойки показала ее безотказную работу по дроблению горных пород как скважинными зарядами, так и камерными зарядами при сбросе горных пород при возведении взрывонабросных сооружений.
Источники информации
1. Гогичев И.И. «Эффективная и оптимальная длина забойки шпуровых зарядов», сб. «Взрывное дело» №59/16, М. «Недра», 1966.
2. Патент РФ №2365872.
3. Патент РФ №2291394.
4. Патент РФ №2301962.
5. Патент РФ №2301963.
6. Патент РФ №2308674.
7. Патент РФ №2371670.
8. Патент РФ №2390722
9. Сеинов Н.П., Жариков И.Ф., Удачин В.Г. «Об эффективности применения активной забойки», сб. «Взрывное дело», №71/28, М. «Недра», 1972.
10. Черниговский А.А. «Метод плоских систем зарядов в горном деле и строительстве», М., «Недра», 1971.
11. Патент РФ на полезную модель №83129.
12. Патент РФ на полезную мод ель №69630.
13. Патент РФ №2235971.
14. Патент РФ №2379621.
15. Патент РФ №2285895.