Способ формирования короткой комбинированной засыпной забойки взрывных скважин с распорным конусом и устройство для его осуществления
METHOD OF FORMING SHORT COMBINED FILLED STEM OF BLAST HOLES WITH SPACER CONE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области буровзрывных работ 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/. Укороченные забойки увеличивают зону регулируемого дробления, снижают выход негабарита, но должны обладать повышенным сопротивлением выбросу давлением газов взрыва - запирать их вплоть до момента разрушения массива горных пород в районе устья скважины, поэтому их выполняют комбинированными, размещая различные заклинивающие элементы в комбинации с засыпной частью /2/.
Известно устройство для запирания продуктов взрыва в зарядной полости скважины в виде комбинированной засыпной забойки взрывных скважин с элементами каменного материала, включающей нижнюю засыпную часть из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком и верхнюю комбинированную часть, в которой 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 /3/.
Забойки такой конструкции 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. Однако при формировании таких забоек камни приходится сбрасывать по одному и при больших диаметрах скважин на длине 10 диаметров (2,5 м для скважин 250 мм) камни приобретают большую скорость и могут повредить проводник инициирующего импульса.
Известна также 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, а верхняя часть забойки выполнена в виде распорного конуса длиной 2-3 диаметра скважины, например, из бетона, установленного острым концом вверх на буферный промежуток, между конусом и стенками скважины размещен крупный щебень и далее до верха скважины помещен засыпной инертный материал /4/. Однако распорные конусы для скважин больших диаметров обладают массой в несколько десятков килограммов, их опускание в скважины производится вручную и требует больших трудовых затрат.
Известна забоечная машина 3С-1М (найдено 2015.03.02 в Интернет: http://zavmash.ru/), выполненная на базе грузового автомобиля и предназначенная для транспортирования забоечного материала (песок, щебень, отходы обогатительных фабрик размером до 10 мм) к заряженным скважинам и механизированной забойки вертикальных и наклонных скважин на открытых горных работах. Машина снабжена бункером для забоечного материала, а забойка скважины производится с помощью поворотной течки, шарнирно закрепленной в нижней части бункера. Недостатком устройства является то, что мелкодисперсный и крупнокусковой каменный материал загружаются в один бункер, где происходит их расслоение по высоте, и равномерного распределения фракций забоечного материала, поступающего в скважину, не происходит.
Наиболее близким по существу технического решения является забоечная машина 3C-2М (найдено 2015.03.02 в Интернет: http://zavmash.ru/), выполненная на базе грузового автомобиля и предназначенная для транспортирования забоечного материала к заряженным скважинам и механизированной забойки вертикальных и наклонных скважин на открытых горных работах. Машина снабжена двумя бункерами для различных фракций забоечного материала, загрузка которых осуществляется гидравлическим грейфером-манипулятором, установленным на шасси автомобиля. Забойка скважины производится с помощью поворотных течек, шарнирно закрепленных в нижней части каждого бункера. Недостатком устройства является необходимость при забойке скважины перемещаться вперед-назад для послойной выдачи соответствующей фракции забоечного материала.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение производительности и снижение трудоемкости работ при формировании короткой комбинированной засыпной забойки скважин с распорным конусом путем механизации процесса размещения сыпучего и каменного материала и опускания распорного конуса в скважину с одной установки машины.
Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования короткой комбинированной засыпной забойки взрывных скважин с распорным конусом, включающем формирование нижней засыпной части из инертных мелкодисперсных материалов, средней части из распорного конуса с щебнем и верхней комбинированной части из смеси мелкодисперсного и каменного материала, согласно изобретению, забойка формируется послойно забоечной машиной, при этом сначала в скважину опускается полипропиленовый чехол на глубину, обеспечивающую заданную высоту воздушного промежутка между зарядом ВВ и забойкой, затем формируется нижняя засыпная часть забойки заданной высоты подачей из заднего бункера в полипропиленовый чехол мелкодисперсного материала, после чего над ней подвешивается распорный конус, на который из заднего бункера засыпают мелкодисперсный материал до его середины, затем из переднего бункера засыпают элементы каменного материала для расклинивания распорного конуса в стенки скважины, далее засыпают одновременно из заднего и переднего бункеров мелкодисперсный материал и элементы каменного материала размером 0,2-0,6 диаметра скважины до полного формирования комбинированной забойки высотой до 10 диаметров скважины.
Поставленная задача достигается также тем, что в забоечной машине для формирования короткой комбинированной засыпной забойки взрывных скважин с распорным конусом, оборудованной гидравлическим грейфером-манипулятором и двумя бункерами с обогревом и вибрацией стенок, на днищах которых установлены пластинчатые питатели, выдающие забоечный материал, согласно изобретению, мелкодисперсный и крупнокусковой материалы, размещенные в разных бункерах, выдают на общую поворотную течку, шарнирно закрепленную в нижней части бункеров, а распорные конусы размещают на шарнирно закрепленной в задней части рамы забоечной машины платформе и опускают во взрывную скважину грейфером-манипулятором.
На фиг. 1 приведен график зависимости массы распорного конуса от диаметра его основания; на фиг. 2 схематично изображен процесс опускания распорной забойки в скважину; на фиг. 3 - вид А; на фиг. 4 схематично изображена короткая комбинированная засыпная забойка взрывных скважин с распорным конусом; на фиг. 5 представлена комплектация распорной забойки для транспортировки на взрывной блок; на фиг. 6 - забоечная машина в транспортном положении; на фиг. 7 - забоечная машина в рабочем положении.
Короткая комбинированная засыпная забойка взрывных скважин с распорным конусом размещается в скважине 1 внутри полипропиленового рукава 2 с закрытым нижним концом, создающего воздушный промежуток 3 заданной высоты между зарядом ВВ 4 с боевиком 5 и нижней засыпной частью забойки 6. Нижняя засыпная часть забойки 6 выполнена из инертного мелкодисперсного сыпучего материала крупностью до 0,2 диаметра скважины, над нею размещен распорный конус 7, на который засыпан мелкодисперсный материал 8 до его середины, далее, до верха скважины 1, засыпан мелкодисперсный материал 8 с элементами каменного материала 9 размером 0,2-0,6 диаметра скважины.
Забоечная машина выполнена на базе грузового автомобиля 10 и снабжена передним бункером 11 для кусков породы размером 0,2-0,6 диаметра скважины и задним бункером 12 для сыпучего материала крупностью до 0,2 диаметра скважины. Ковш 13 гидравлического грейфера-манипулятора 14, расположенного на шасси автомобиля 10, служит для подачи на колосниковые грохоты 15 и 16, установленные над задним бункером 12, забоечного материала. Обогрев и вибрация стенок бункеров известным способом исключают возможность налипания на стенках и зависания в бункерах забоечного материала.
Колосниковые решетки на грохотах 15 и 16 выполнены сменными и установлены на рамках, входящих в пазы на раме грохота, что позволяет не только менять их по мере износа, но и при изменении диаметров взрывных скважин устанавливать решетки с соответствующими размерами отверстий.
Бункеры 11 и 12 выполнены так, чтобы обеспечить попеременную либо одновременную подачу фракций забоечного материала в скважину. Разделительная стенка 17 между бункерами 11 и 12 установлена вертикально, а крайние стенки 18 и 19 наклонены под углом естественного откоса несвязных материалов. Для обеспечения хорошей очистки бункеров 11 и 12 от налипших материалов на стенках закреплены резиновые листы (не показаны), вибрирующие при подаче выхлопных газов двигателя автомобиля в зазор между ними и стенками. При отрицательных температурах обогрев стенок бункера осуществляется также выхлопными газами.
Контейнеры 20 с распорными конусами 7 размещены на шарнирно закрепленной в задней части рамы 21 забоечной машины платформе 22 и опускаются во взрывную скважину 1 грейфером-манипулятором 14.
Способ формирования короткой засыпной комбинированной забойки взрывных скважин с распорным конусом осуществляют следующим образом.
Вначале проводят зарядку блока: размещают в скважинах 1 заряды 4 с боевиками 5, выводят наверх инициаторы взрывного импульса 27 и опускают полипропиленовые рукава 2 с закрытым нижним концом, создавая воздушные промежутки 3 заданной величины.
В это время забоечная машина загружается забоечным материалом - песок, щебень, отходы обогатительных фабрик, раздробленные вскрышные породы и т.п. - захватывается гидравлическим грейфером-манипулятором 14, установленным на шасси автомобиля 10 и подается на колосниковый грохот 15, установленный над задним бункером 12, сверхмерный материал, не прошедший сквозь отверстия грохота 15, ссыпается на землю, а нижний класс попадает на нижний ярус колосникового грохота 16. Крупные камни с размером кусков 0,2-0,6 диаметра скважины ссыпаются в передний бункер 11, а мелкодисперсный сыпучий материал крупностью до 0,2 диаметра скважины попадает в задний бункер 12.
Для доставки распорных конусов 7 на блок к задней части рамы 21 забоечной машины цепляется тележка 23, загруженная контейнерами 20 с распорными конусами 7. В верхней части распорных конусов 7 закреплены шнуры 24 длиной, обеспечивающие заданную глубину погружения распорного конуса 7 в скважину 1. К другому концу шнура 24 привязана рукоятка 25, которая укладывается на устье скважины 1 и ограничивает глубину погружения распорного конуса 7. Перед установкой в контейнеры 20 шнур 24 наматывается на распорный конус 7 снизу вверх, а рукоятка 25 закрепленным на ней проволочным кольцом 26 надевается на вершину распорного конуса 7.
По прибытии на блок с заряженными скважинами 1 забоечная машина останавливается у края блока, тележка 23 отцепляется и часть контейнеров 20 с распорными конусами 7 перегружается гидравлическим грейфером-манипулятором 14 за стропы 28 на специальную платформу 22 забоечной машины.
Затем забоечная машина выезжает на блок и устанавливается у первой скважины ряда. На дне бункеров 11 и 12 установлены скребковые питатели (не показаны), выдающие забоечный материал на общую поворотную течку 28, шарнирно закрепленную в нижней части бункеров 11 и 12. Нижняя засыпная часть забойки 6 высотой, например, 1,0-1,5 диаметра скважины, формируется подачей из заднего бункера 12 в полипропиленовый чехол 2 мелкодисперсного материала. После этого над ней подвешивается распорный конус 7, для чего рабочий надевает на крюк 29, закрепленный на челюсти ковша 13, петлю 30 стропа 31, снимает рукоятку 25 с распорного конуса 7 и захватывает ее двурогим крюком 32, расположенным в нижней части стропа 31. Двурогий крюк 32 захватывает рукоятку 25 в ее средней части таким образом, что шнур 24 располагается между рогами двурогого крюка 32, что обеспечивает укладку рукояти 25 на устье скважины 1 в горизонтальном положении. При подъеме гидравлическим грейфером-манипулятором 14 рукоятки 25 витки шнура 24 снимаются с распорного конуса 7. Гидравлический грейфер-манипулятор 14 поднимает распорный конус 7 из контейнера 20 и опускает его в скважину 1, причем длина шнура 24 рассчитана так, что при укладке рукоятки 25 поперек устья скважины 1 между основанием распорного конуса 7 и нижней засыпной частью забойки 6 из мелкодисперсного материала образуется небольшой зазор, обеспечивающий соосное расположение распорного конуса 7 в скважине 1. После чего двурогий крюк 32 отцепляется от рукоятки 25 и ковш 13 со стропом 31 отводятся от скважины 1. Для предотвращения перекоса распорного конуса 7 относительно скважины 1 из заднего бункера 12 засыпают мелкодисперсный материал 8 до середины распорного конуса 7, затем из переднего бункера 11 засыпают элементы каменного материала 9 для расклинивания распорного конуса 7 в стенки скважины 1. Далее засыпают одновременно из переднего 11 и заднего 12 бункеров мелкодисперсный материал и элементы каменного материала размером 0,2-0,6 диаметра скважины до полного формирования комбинированной забойки высотой до 10 диаметров скважины.
После детонации заряда ВВ 4 в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер и происходит удар газов по нижней части 6 забойки, существенно смягченный воздушным промежутком 3. Начавшая движение нижняя засыпная часть 6 забойки воздействует на основание распорного конуса 7, который, двигаясь вверх, взаимодействует с расклинивающими элементами каменного материала 9, которые при этом могут разрушаться до камней среднего размера, те, в свою очередь, переходят в более мелкий щебень. Процесс носит скачкообразный характер и возникает и развивается в каждом слое по высоте распорного конуса 7 заново, что в целом существенно увеличивает затраты времени на выброс забойки.
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 эмульсионных ВВ и крупнодисперсных ВВ типа гранулитов и граммонитов, у которых значительная доля энергии выделяется в процессе вторичных реакций.
Таким образом, заявляемый способ формирования короткой комбинированной засыпной забойки скважин с распорным конусом и устройство для его осуществления в виде забоечной машины, оборудованной бункером для мелкодисперсных материалов и бункером для крупнокусковых материалов, на днищах которых установлены пластинчатые питатели, выдающие забоечный материал на общую течку, а также устройством для механизации установки распорного конуса в скважину, позволяют повысить производительность и снизить трудоемкость работ при формировании короткой комбинированной засыпной забойки скважин с распорным конусом, что позволяет решить поставленную техническую задачу.
Источники информации
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 №2526950, МПК F42D 1/08. 2014.
4. Патент Российской Федерации №2462688, МПК F42D 1/08. 2012.