способ ведения буровзрывных работ (варианты)

Формула изобретения

1. Способ ведения буровзрывных работ, включающий бурение скважин, размещение в них комбинированных зарядов, установку боевиков, забойку инертным материалом и инициирование, отличающийся тем, что комбинированный заряд состоит из одного или нескольких сформированных в процессе заряжания скважин блоков, содержащих два взрывчатых вещества с разными детонационными импедансами, между которыми размещен промежуточный слой взрывчатого вещества на основе бризантных взрывчатых веществ, инициирование производят боевиком, установленным в торцевом блоке взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом, или детонирующим шнуром, проложенным вдоль заряда и возбуждающего детонацию взрывчатого вещества промежуточных слоев блока, задаваясь плотностью и высотой блока, плотностью и высотой взрывчатого вещества промежуточного слоя, высоты слоев из взрывчатых веществ с разными детонационными импедансами рассчитывают по формулам

где H₁, H₂, H_пр. - высоты слоев взрывчатых веществ с большим и меньшим детонационным импедансом и промежуточного слоя, м;

Н_бл. - высота блока, м;

р_бл. - плотность блока (комбинированного заряда), кг/м³;

р₁, p₂ , р_пр. - плотности взрывчатых веществ с большим и меньшим детонационным импедансом и промежуточного слоя, кг/м ³,

при этом диаметры слоев блока одинаковы, а диаметр блока равен или больше критического диаметра детонации любого взрывчатого вещества, составляющих блок.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой блока взрывчатого вещества с высоким детонационным импедансом изготавливают из порошкообразных, гранулированных, чешуированных, дробленых утилизированных, эмульсионных, водосодержащих взрывчатых веществ или их смеси.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве утилизированных взрывчатых веществ используют зерненые или измельченные пироксилиновые и баллиститные пороха.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой блока из взрывчатого вещества с низким детонационным импедансом изготавливают из гранулированных аммиачно-селитренных взрывчатых веществ.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что промежуточный слой изготавливают из сыпучего взрывчатого вещества и отрезков детонирующего шнура, собранных в витки спирали или пучки, расположенных на границе слоев взрывчатых веществ промежуточного слоя и взрывчатого вещества с низким детонационным импедансом, или во внутренней части взрывчатого вещества промежуточного слоя.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для заряжания обводненных скважин блоки изготавливают в полимерных гидроизолирующих оболочках с усредненной плотностью взрывчатого вещества более 1000 кг/м³.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок формируют из слоев взрывчатых веществ, каждый из которых или любой из них предварительно упаковывают в индивидуальные оболочки.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что блок формируют в процессе заряжания скважин из патронов и сыпучих взрывчатых веществ в следующей последовательности: опускают в скважину готовые патроны с надрезанной оболочкой диаметром меньшим, чем диаметр скважины, содержимое патрона заполняет скважину на полное сечение, затем поочередно загружают взрывчатое вещество промежуточного слоя и взрывчатое вещество с меньшим детонационным импедансом.

9. Способ ведения буровзрывных работ, включающий бурение скважин, размещение в них комбинированных зарядов, установку боевиков, забойку инертным материалом и инициирование, отличающийся тем, что комбинированный заряд состоит из одного или нескольких сформированных в процессе заряжания скважин блоков, содержащих два взрывчатых вещества с разными детонационными импедансами в виде патронов или патрона и слоя сыпучего взрывчатого вещества, между которыми размещен промежуточный слой взрывчатого вещества на основе бризантных взрывчатых веществ, инициирование производят боевиком, установленным в торцевом блоке взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом, или детонирующим шнуром, проложенным вдоль заряда и возбуждающего детонацию взрывчатого вещества промежуточных слоев блока, задаваясь плотностью блока, высотой слоя из взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом, плотностью и высотой взрывчатого вещества промежуточного слоя, высоту слоя из взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом рассчитывают по формуле

где H₁, H₂, H_пр. - высоты слоев взрывчатых веществ с большим и меньшим детонационным импедансом и промежуточного слоя, м;

р_бл. - плотность блока (комбинированного заряда), кг/м³;

р₁, р₂, р_пр. - плотности взрывчатых веществ с большим и меньшим детонационным импедансом и промежуточного слоя, кг/м³,

при этом диаметры слоев блока одинаковы, а диаметр блока равен или больше критического диаметра детонации любого взрывчатого вещества, составляющих блок.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что слои взрывчатого вещества с высоким детонационным импедансом изготавливают из патронированных порошкообразных, гранулированных, чешуированных, дробленых утилизированных, эмульсионных, водосодержащих, прессованных, литых взрывчатых веществ или их смеси.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве прессованных взрывчатых веществ используют заряды из прессованного тротила, баллиститных ракетных твердых топлив, предварительно связанные пучки трубок из пироксилиновых или баллиститных порохов.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что слои блоков изготавливают из патронированного и сыпучего взрывчатого вещества, заполняющего свободный объем между патронами, между патронами и стенками оболочки блока или стенками скважины.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что усредненную плотность взрывчатого вещества слоя блока, изготовленного из патронированного и сыпучего взрывчатого вещества, рассчитывают по формуле

где р_ср., р_п, р_с - усредненная плотность взрывчатого вещества слоя, плотности взрывчатого вещества в патроне и сыпучего взрывчатого вещества, кг/м³;

Д_п, Д_бл. - диаметры патрона и блока, м.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что слой блока из взрывчатого вещества с низким детонационным импедансом изготавливают из гранулированных аммиачно-селитренных взрывчатых веществ.

15. Способ по п.9, отличающийся тем, что промежуточный слой изготавливают из сыпучего взрывчатого вещества и отрезков детонирующего шнура, собранных в витки спирали или пучки, расположенных на границе слоев взрывчатых веществ промежуточного слоя и взрывчатого вещества с низким детонационным импедансом, или во внутренней части взрывчатого вещества промежуточного слоя.

16. Способ по п.9, отличающийся тем, что для заряжания обводненных скважин блоки изготавливают в полимерных гидроизолирующих оболочках с усредненной плотностью взрывчатого вещества более 1000 кг/м³.

17. Способ по п.9, отличающийся тем, что блок формируют в процессе заряжания скважин из патронов и сыпучих взрывчатых веществ в следующей последовательности: опускают в скважину готовые патроны, затем поочередно загружают взрывчатое вещество промежуточного слоя и взрывчатое вещество с меньшим детонационным импедансом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горного дела, в частности к способам ведения взрывных работ комбинированными зарядами в сухих и обводненных скважинах, и может найти применение на открытых горных работах при добыче полезных ископаемых.

В практике ведения взрывных работ, когда породы отличаются крепостью и обводненностью даже в пределах одного карьера, возникает необходимость применения нескольких типов взрывчатых веществ или использования для заряжания скважин комбинированных зарядов.

В промышленных условиях при отбойке горных пород высокой крепости и обводненности комбинированными зарядами в нижней части скважины размещаются высокобризантные гранулированные (например, гранулотол), эмульсионные взрывчатые вещества, а в средней и верхней частях находятся взрывчатые вещества, детонирующие с меньшей скоростью. При этом для обеспечения наилучших условий протекания детонации в комбинированном заряде и повышения эффективности использования взрыва детонаторы размещают в той части скважины, где находится более мощное взрывчатое вещество.

Известны способы заряжания скважин и ведения взрывных работ комбинированными зарядами, изготавливаемыми путем послойного чередования промышленных взрывчатых веществ (1-7). Недостатками их является сравнительно низкая работоспособность, если в качестве одного из взрывчатых веществ используется аммиачная селитра, применение в одном скважинном заряде нескольких боевиков.

Известен способ ведения буровзрывных работ комбинированными зарядами, состоящими из секции основного заряда, расположенной в нижней части скважины, и секции взрывчатого вещества из аммиачной селитры с 10-15% воды от веса сухой селитры, между которыми размещен активный промежуточный заряд с детонационной характеристикой, большей, чем у активной забойки, и меньшей, чем у основного взрывчатого вещества, инициирование комбинированного заряда - двухстороннее (8), принятый за прототип.

Недостатком комбинированного заряда-прототипа является недостаточно высокая работоспособность, двухстороннее инициирование, влекущее за собой высокий расход дорогостоящих боевиков.

Характер протекания детонационного процесса в комбинированном заряде изменяется по мере перехода детонации от взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом ( ₁D₁) к взрывчатому веществу с меньшим детонационным импедансом ( ₂D₂), где ₁, ₂ - плотности взрывчатых веществ, кг/м³ , D₁, D₂ - скорости детонации взрывчатых веществ, м/с. Контактная передача детонации от более мощных взрывчатых веществ к менее мощным способствует повышению надежности взрыва всего заряда, что, в свою очередь, увеличивает интенсивность дробления горных пород. При размещении детонатора в части комбинированного заряда из менее мощного взрывчатого вещества детонация этой части комбинированного заряда не всегда способна возбудить детонацию части заряда из более мощного взрывчатого вещества.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности ведения буровзрывных работ за счет оптимального выбора и расширения ассортимента использования взрывчатых веществ, их размещения в скважине, обеспечения нормального детонационного процесса при инициировании, увеличения кпд взрыва, управления равномерностью дробления горного массива, расширения области использования неводостойких взрывчатых веществ, снижения стоимости работ.

Техническая задача была решена разработкой способа ведения буровзрывных работ и его варианта, включающего бурение скважин, размещение комбинированного заряда, установку боевиков, забойку инертным материалом и инициирование, в котором комбинированный заряд состоит из одного или нескольких предварительно изготовленных или сформированных в процессе заряжания скважин блоков, содержащих взрывчатые вещества с разными детонационными импедансами, между которыми размещен промежуточный слой взрывчатого вещества на основе бризантных взрывчатых веществ, инициирование производят боевиком, установленным в торцевом блоке взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом, или детонирующим шнуром, проложенным вдоль заряда, возбуждающего детонацию взрывчатого вещества промежуточных слоев блока;

- вариант 1: задаваясь плотностью взрывчатых веществ блока и его высотой, плотностью и высотой взрывчатого вещества промежуточного слоя, высоты слоев взрывчатых веществ с разными детонационными импедансами рассчитывают по формулам:

- вариант 2: задаваясь плотностью блока, высотой слоя из взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом, плотностью и высотой взрывчатого вещества промежуточного слоя, высоту слоя из взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом рассчитывают по формуле:

где:

H₁, H₂, Н _пр. - высоты взрывчатых веществ с большим и меньшим детонационным импедансом и промежуточного слоя, составляющих блок, м;

Н_бл. - высота блока, м;

_бл. - усредненная плотность взрывчатых веществ, составляющих блок кг/м³;

₁, ₂, _пр. - плотности взрывчатых веществ с большим и меньшим детонационным импедансом и промежуточного слоя, кг/м ³,

при этом диаметры слоев блока одинаковы, а диаметр блока равен или больше критического диаметра детонации любого взрывчатого вещества, составляющего блок.

Формулу 3 варианта 2 используют при расчете высоты слоя из взрывчатого вещества с низким детонационным импедансом, когда при формировании блока взрывчатое вещество с высоким детонационным импедансом берется в виде готового патрона известной высоты.

При формировании блоков комбинированного заряда по обоим вариантам используются следующие взрывчатые вещества:

- слой блока из взрывчатых веществ с высоким детонационным импедансом ( ₁D₁) - эмульсионные, водосодержащие, гранулированные, чешуированные, дробленые утилизированные, прессованные или литые взрывчатые вещества. В качестве прессованных взрывчатых веществ можно использовать, например, заряды из прессованных тротиловых шашек, заряды баллиститных ракетных твердых топлив или предварительно связанные пучки трубок из пироксилиновых или баллиститных порохов; в качестве дробленых утилизированных взрывчатых веществ - зерненые или измельченные баллиститные или пироксилиновые пороха;

- слой блока из взрывчатых веществ с низким детонационным импедансом ( ₂D₂) - гранулированные аммиачно-селитренные взрывчатые вещества;

- промежуточный слой - взрывчатые вещества на основе бризантных взрывчатых веществ. Промежуточный слой выполняется из порошкообразных, гранулированных, пластичных или прессованных взрывчатых веществ, способных преобразовать инициирующий импульс взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом до инициирующего импульса, достаточного для возбуждения детонации во взрывчатом веществе с большим детонационным импедансом. Промежуточный слой может выполняться из взрывчатых веществ в патронированном виде, при этом свободный объем между патронами, патронами и стенками оболочки или стенками скважины заполняется сыпучим взрывчатым веществом. Инициирование производят боевиком, установленным в торцевой части блока во взрывчатом веществе с меньшим детонационным импедансом. Если взрывчатое вещество промежуточного слоя недостаточно чувствительно к инициирующему импульсу, создаваемому взрывчатым веществом с низким детонационным импедансом, то во взрывчатое вещество промежуточного слоя вводят взрывчатое вещество с повышенной чувствительностью к инициирующему импульсу, например отрезки детонирующего шнура в виде пучка, расположенного во внутренней части взрывчатого вещества промежуточного слоя, или витков спирали, расположенных на границе слоев взрывчатых веществ промежуточного слоя и взрывчатого вещества с низким детонационным импедансом. Отрезки детонирующего шнура стимулируют образование инициирующего импульса взрывчатого вещества промежуточного слоя, достаточного для возбуждения детонации во взрывчатом веществе с высоким детонационным импедансом. Инициирование блока и всего заряда в целом производится также детонирующим шнуром, прокладываемым вдоль колонки скважинного заряда. Детонирующий шнур инициирует взрывчатое вещество промежуточного слоя в каждом из блоков.

Масса взрывчатого вещества промежуточного слоя должна обеспечивать минимальный инициирующий импульс, выраженный в весовых единицах, возбуждающий детонацию во взрывчатом веществе блока с большим детонационным импедансом.

При заряжании обводненных скважин блоки или отдельные слои блоков из неводоустойчивых взрывчатых веществ помещают в гидроизолирующие оболочки.

Формирование комбинированного заряда в процессе заряжания скважин производится из:

- предварительно изготовленных блоков,

- готовых патронов и сыпучих взрывчатых веществ,

- сыпучих взрывчатых веществ.

Усредненную плотность слоя, состоящего из патрона и сыпучего взрывчатого вещества, рассчитывают по формуле:

где

_ср, _п, _с - усредненная плотность взрывчатых веществ слоя, плотности взрывчатого вещества в патроне и сыпучего взрывчатого вещества, кг/м³;

Д_п, Д_бл. - диаметры патрона и блока, м.

При использовании эмульсионных и водосодержащих взрывчатых веществ в виде готовых патронов и сыпучих взрывчатых веществ комбинированный заряд формируется в следующей последовательности:

- формируют слой взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом, для чего опускают в скважину готовые патроны с надрезанной оболочкой диаметром, меньшим, чем диаметр скважины. Содержимое патрона заполняет скважину на полное сечение, затем поочередно загружают взрывчатое вещество промежуточного слоя и взрывчатое вещество с меньшим детонационным импедансом;

или

- опускают в скважину готовые патроны диаметром, меньшим, чем диаметр скважины. Свободный объем между патронами и стенкой скважины заполняют гранулированным взрывчатым веществом на высоту патрона. Затем поочередно загружают взрывчатое вещество промежуточного слоя и взрывчатое вещество с меньшим детонационным импедансом.

Преимущества заявляемого способа ведения буровзрывных работ и его варианта комбинированными зарядами:

- позволяет использовать любые типы взрывчатых веществ, в том числе, взрывчатые вещества, не передающие детонацию друг другу, так как между ними размещается промежуточный слой из взрывчатого вещества, преобразующий инициирующий импульс взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом до уровня инициирующего импульса, достаточного для возбуждения детонации во взрывчатом веществе с большим детонационным импедансом, или инициирование скважинного комбинированного заряда осуществляется детонирующим шнуром, инициирующий импульс которого возбуждает детонацию взрывчатого вещества промежуточного слоя;

- дает возможность вести взрывные работы по породам любой крепости и обводненности скважин, так как приведенные формулы позволяют скомпоновать комбинированный заряд, состоящий из предварительно изготовленных или формируемых в процессе заряжания скважин блоков из взрывчатых веществ любой плотности и энергетических характеристик;

- дает возможность управления полем напряжения в массиве, т.е. процессом дробления и перемещения отбиваемых горных пород, так как детонация комбинированного заряда, состоящего из взрывчатых веществ с разными детонационными импедансами, осуществляется с переменной скоростью;

- для варианта 2 позволяет формировать блок и скважинный комбинированный заряд в целом исходя из имеющихся готовых патронов определенной высоты.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-5.

Фиг.1 - схема блока комбинированного заряда:

а) слои блока изготовлены из сыпучих взрывчатых веществ;

б) слой блока из взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом - готовый патрон диаметром, равным диаметру блока; остальные слои - сыпучие взрывчатые вещества;

в) слой блока из взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом - два и более готовых патрона диаметром, равным диаметру блока, остальные слои - сыпучие взрывчатые вещества;

г) слой блока из взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом - готовый патрон диаметром, меньшим диаметра блока, свободный объем между патроном и стенками блока заполнен сыпучим взрывчатым веществом, остальные слои - сыпучие взрывчатые вещества.

Фиг.2 - схема комбинированного заряда, блоки которого формируются в процессе заряжания скважин из сыпучих взрывчатых веществ:

а), б) инициирование осуществляется боевиком, расположенным во взрывчатом веществе с меньшим детонационным импедансом в торцевом слое блока;

в) во внутреннем слое взрывчатого вещества промежуточного слоя помещены в виде пучка отрезки детонирующего шнура; инициирование осуществляется боевиком, расположенным во взрывчатом веществе с меньшим детонационным импедансом в торцевом слое блока;

г) инициирование осуществляется детонирующим шнуром, проложенным вдоль колонки комбинированного заряда.

Фиг.3 - схема комбинированного заряда, состоящего из одного блока, сформированного в процессе заряжания скважин (вариант 1).

Фиг.4 - схема комбинированного заряда, сформированного из предварительно изготовленных блоков (вариант 2).

Фиг.5 - схема комбинированного заряда, блоки которого формируются в процессе заряжания скважин из патронированных и сыпучих взрывчатых веществ (вариант 2).

Блок комбинированного заряда (фиг.1) состоит из оболочки 1 и трех слоев взрывчатых веществ: слоя взрывчатого вещества с высоким детонационным импедансом 2, взрывчатого вещества промежуточного слоя 3 и слоя взрывчатого вещества с низким детонационным импедансом 4.

Слой блока взрывчатого вещества с высоким детонационным импедансом изготавливается из гранулированных, прессованных, литых, эмульсионных, водосодержащих взрывчатых веществ, которые используются как в виде сыпучих, пастообразных композиций (фиг.1а), так и предварительно изготовленных патронов 5 различного диаметра (фиг.1б-1г): диаметр предварительно изготовленного (готового) патрона 5 может быть равен диаметру оболочки 1 блока (фиг.1б); слой блока может выполняться из двух и более готовых патронов 5, установленных друг на друга (фиг.1в); слой блока 8 может состоять из готовых патронов 6 диаметром, меньшим, чем диаметр оболочки 1 блока, свободный объем между патроном и стенками оболочки блока заполняется сыпучим взрывчатым веществом 7 на высоту патрона (количество готовых патронов при формировании слоя 8 определяется требованиями к блоку).

Комбинированный заряд из сыпучих взрывчатых веществ формируется в виде блоков 10 в процессе заряжания скважин 9 путем поочередной подачи взрывчатых веществ 2, 3, 4 (фиг.2, 3). При этом комбинированный заряд может состоять из одного блока 10 (фиг.3) или нескольких блоков 10 (фиг.2). Очередность подачи взрывчатых веществ 2, 3, 4, место установки боевика 11 определяется типом инициирования - прямым (фиг.2а) или обратным (фиг.2б, 2в). Обратное инициирование применяется, если верхняя часть уступа состоит из слоя крепких или трещиноватых пород, которые при взрыве дают повышенный выход негабаритов. Комбинированный заряд инициируется боевиком 11, установленным в торцевом слое взрывчатого вещества с низким детонационным импедансом 4 (фиг.2а, 2б) или детонирующим шнуром 14, проходящим вдоль заряда, инициирующим высокочувствительное взрывчатое вещество 3 промежуточного слоя, но не передающего боковой детонационный импульс взрывчатым веществам 2, 4 блоков 10 (фиг.2г). При одноточечном одностороннем инициировании комбинированного заряда, состоящего из блоков, с использованием взрывчатых веществ 3, 4, значительно отличающихся своими детонационными импедансами, для улучшения инициирования взрывчатого вещества промежуточного слоя в нем дополнительно размещают отрезки детонирующего шнура 13 в виде пучка внутри взрывчатого вещества 3 (фиг.2в) или в виде витков спирали, укладываемых во взрывчатом веществе 3 на границе с взрывчатом веществом 4. Количество блоков 10 зависит от высоты заряжаемой скважины.

12 - забойка из инертного материала.

Комбинированный заряд (фиг.4) формируется в скважине 9 путем опускания в нее предварительно изготовленных блоков 15. Количество блоков зависит от высоты заряжаемой скважины. Боевик 11 устанавливают в торцевом блоке в слое взрывчатого вещества с низким детонационным импедансом.

Комбинированный заряд в процессе заряжания скважин может быть сформирован из патронов диаметром, меньшим, чем диаметр заряжаемых скважин, и сыпучего взрывчатого вещества (фиг.5). Очередность подачи взрывчатых веществ, место установки боевика определяется типом инициирования. В скважину 9 опускается готовый патрон взрывчатого вещества 6 диаметром, меньшим, чем диаметр скважины 9. Свободный объем между патроном и стенками скважины заполняется сыпучим взрывчатым веществом 7 на высоту патрона - так формируется слой взрывчатого вещества с высоким детонационным импедансом 8 (операции по опусканию патрона 6 и подачи сыпучего взрывчатого вещества 7 для формирования слоя 8 могут повторяться, патроны 6 устанавливаются друг на друга). Затем загружается поочередно взрывчатое вещество промежуточного слоя 3 и взрывчатое вещество с низким детонационным импедансом 4. Количество блоков 16 зависит от высоты заряжаемой скважины.

Формулы 1-3 получены следующим образом.

Масса блока равна сумме масс составляющих его слоев:

а высота блока

выразив массу через диаметр и высоту блока или слоя, преобразуем выражение 5:

учитывая, что d_бл=d₁=d _пр.=d₂, выражение 7 записываем в виде

принимая Н₂=Н_бл.-Н ₁-Н_пр. и подставив его в выражение 8, после преобразования получаем: H₁( ₁- ₂)=Н_бл.( _бл.- ₂)-Н_пр.( _пр.- ₂), из которого рассчитываем значение H ₁: т.е. получаем формулу 1 варианта 1:

где М_бл., M₁, M₂ , М_пр. - массы блока, слоев взрывчатого вещества с большим и меньшим детонационными импедансами, промежуточного слоя, кг;

d_бл., d₁, d₂ , d_пр. - диаметры блока, слоев взрывчатого вещества с большим и меньшим детонационными импедансами, промежуточного слоя, м.

Аналогично получаем формулу 2 варианта 1, приняв H₁=Н_бл.-Н₂-Н_пр.

Формулу 3 варианта 2 получаем, подставив Н_бл.=Н ₁+Н_пр.+Н₂ в выражение 8 (Н_{бл. бл}=H_{1 1}+H_{пр. пр.}+H_{2 2}) и проведя соответствующие преобразования.

Формирование колонки комбинированного заряда в скважине осуществляется следующим образом.

Предварительно в зависимости от крепости пород и обводненности скважин выбираются взрывчатые вещества с разными детонационными импедансами.

Задается плотность и высота блока или плотность блока и высота слоя взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом по варианту 2, если для формирования блока используются готовые предварительно изготовленные патроны с известными габаритно-массовыми характеристиками. Экспериментально подбирается тип взрывчатого вещества для промежуточного слоя, задается его насыпная плотность и высота слоя. По формулам 1, 2 рассчитывают высоты слоев взрывчатых веществ с разными детонационными импедансами для варианта 1 или по формуле 3 высота слоя взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом для варианта 2. Скважина поочередно заполняется предварительно сформированными блоками или поочередно заполняется взрывчатыми веществами расчетных высот, образуя заявляемые блоки. Устанавливается боевик в торцевом слое взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом или прокладывается детонирующий шнур вдоль колонки заряда. При заряжании обводненных скважин комбинированный заряд формируется из предварительно изготовленных блоков в полимерных гидроизолирующих оболочках с плотностью взрывчатого вещества блока более 1000 кг/м³ для обеспечения их потопляемости.

Порядок расчета блоков комбинированного заряда для вариантов 1 и 2 приведен в примерах 1-3.

Масса взрывчатого вещества промежуточного слоя берется такой, что она превышает минимальный инициирующий импульс, требующийся по техническим условиям для инициирования взрывчатого вещества определенной марки, и обеспечивает возбуждение детонации в испытываемом взрывчатом веществе.

Пример №1 (фиг.3) - расчет по варианту 1.

Комбинированный заряд состоит из одного блока высотой Н _бл.=14,5 м с плотностью заряжания _бл.=950 кг/м³. Блок формируется в процессе заряжания скважин из эмульсионного взрывчатого вещества АС-25П со скоростью детонации 4500 м/с, плотностью ₁=1200 кг/м³, детонационным импедансом ₁D₁=5,4·10⁶ кг/c и сыпучего взрывчатого вещества гранулита РП со скоростью детонации 3000 м/с, плотностью ₂=800 кг/м³, детонационным импедансом ₂D₂=2,4·10⁶ кг/c. Промежуточный слой выполнен из порошкообразного гексонита тип 1 с плотностью _пр=1200 кг/м³ со скоростью детонации 7000 м/с, высотой слоя Н_пр.=0,36 м. В соответствии с формулами 1, 2 настоящего изобретения высоты слоев равны: эмульсионного АС-25П - H₁=1/(1200-800)[14,5(950-800)-0,36(1200-800)]=5,08 (м); гранулита РП: Н₂=1/(1200-800)[14,5(1200-950)-0,36(1200-1200)]=9,06 (м).

Инициирование блока (скважинного заряда) осуществляется боевиком 11, установленным в верхней торцевой части гранулита РП.

Пример №2 (фиг.4) - расчет по варианту 2.

Колонка комбинированного заряда формируется из блоков в водостойкой полимерной оболочке. Скважины, обводненные диаметром 0,2 м, высотой 11,6 м. Блок изготавливается из трех слоев: слой взрывчатого вещества с высоким детонационным импедансом - двух готовых патронов порэмита П-11-С-О (ТУ 84-08628424-797-2003) диаметром 180 мм, массой 12 кг, высотой каждого патрона 0,39 м с плотностью взрывчатого вещества ₁=1200 кг/м³, скоростью детонации D₁=4500 м/c и детонационным импедансом ₁D₁=5,4·10⁶ кг/с, H₁=0,39·2=0,78 м; слой взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом - сыпучего гранулита Т с плотностью ₂=800 кг/м³, скоростью детонации D₂=3000 м/с и детонационным импедансом ₂D₂=2,4·10⁶ кг/c. В качестве взрывчатого вещества промежуточного слоя принят порошкообразный аммонит №6 ЖВ с высотой слоя Н_пр.=0,18 м (массой 5,65 кг), имеющего плотность _пр.=1000 кг/м³, скорость детонации 4500 м/с. Плотность взрывчатого вещества в блоке _бл.=1100 кг/м³. В соответствии с формулой 3 настоящего изобретения высота слоя гранулита Т

Н₂=1/(1100-800)[0,78(1200-1100)-0,18(1100-1000)]=0,2 (м). Высота блока равна 1,16 м (0,78+0,18+0,2). Количество блоков - 10 (11,6 м: 1,16 м = 10). В скважину 9 опускается десять блоков 15, устанавливается в верхней части заряда боевик 11, производится забойка скважины инертным материалом 12 и инициирование.

Пример 3 (фиг.5) - расчет по варианту 2.

Скважинный заряд диаметром 0,22 м, высотой 19,3 м с плотностью _бл.=900 кг/м³ формируется в виде блоков в процессе заряжания скважин из патронированного гексонита П и сыпучего гранулита ПФ следующим образом. Слой взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом состоит из трех патронов гексонита П диаметром 0,18 м, высотой 0,39 м, с плотностью ₁=1200 кг/м³, скоростью детонации D₁=3800 м/c, детонационным импедансом ₁D₁=4,56·10⁶ кг/с, установленных друг на друга, высотой слоя H₁=1,17м (0,39·3). Свободный объем между патронами и стенками скважины заполняется гранулитом ПФ с плотностью ₂=800 кг/м³. Промежуточный слой выполняется из аммонита №6ЖВ с плотностью р_пр.=1000 кг/м³ , скоростью детонации D_пр.=4500 м/с высотой Н _пр.=0,36 м. Слой взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом выполняется из гранулита ПФ с плотностью ₂=800 кг/м³. По формуле 4 рассчитывают среднюю насыпную плотность слоя взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом: _ср.=0,0324/0,0484[(1200-800)+800]=1068 кг/м ³. По формуле 3 рассчитывают высоту слоя гранулита ПФ:

H₂=1/(900-800)[1,17(1068-900)-0,36(900-1000)]=2,33 м.

Высота блока Н_бл.=1,17 м + 0,36 м + 2,33 м = 3,86 м.

Инициирование осуществляют детонирующим шнуром 14, проложенным вдоль колонки комбинированного заряда.

В скважине слой взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом получают путем поочередного опускания по одному патрону гексонита П с заполнением свободного объема между патроном и стенками скважины гранулитом ПФ. Затем засыпают по очереди аммонит №6ЖВ (промежуточный слой) и гранулит ПФ (слой взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом). Так формируют один блок 16. Эти операции повторяют до получения комбинированного заряда заданной высоты. Заряд состоит из пяти блоков: 19,3 м : 3,86 м = 5.

Принцип работы предлагаемого комбинированного заряда следующий.

Закономерности возбуждения и распространения детонационного процесса в порошкообразных, гранулированных, эмульсионных, прессованных и литых взрывчатых веществах одинаковы. При распространении стационарного (нормального) детонационного процесса в скважинном заряде диаметром, более или равном критическому, в каждом его сечении детонирующий слой играет роль инициатора для последующего еще не детонирующего слоя. При этом в сечении заряда одного и то же состава импульс инициирующего слоя вследствие постоянства физических свойств взрывчатого вещества по длине заряда соответствует импульсу, необходимому для нормального возбуждения детонации в последующем слое заряда.

В комбинированном заряде различие детонационных импедансов взрывчатых веществ, составляющих блок и заряд в целом, влечет за собой изменение параметров инициирующей детонационной волны на границе их раздела. Для полной детонации блока и всего комбинированного заряда из разных взрывчатых веществ необходимо и достаточно равенство импульсов взрывов контактирующих между собой взрывчатых веществ. Взрывчатое вещество с меньшим детонационным импедансом не способно развить детонацию слоя взрывчатого вещества с большим детонационным импедансом, если оно имеет низкую чувствительность к инициирующему импульсу. С этой целью в предлагаемом способе ведения буровзрывных работ и его варианте комбинированными зарядами, состоящими из блоков взрывчатых веществ с разными детонационными импедансами, между ними размещается промежуточный слой взрывчатого вещества, преобразующий инициирующий импульс взрывчатого вещества с меньшим детонационным импедансом до инициирующего импульса, достаточного для возбуждения детонации во взрывчатом веществе с большим детонационным импедансом, но имеющего низкую чувствительность к детонационному импульсу. Промежуточные слои могут также инициироваться детонирующим шнуром, проложенным вдоль колонки скважинного заряда.

Математическое выражение закона изменения параметров инициирующей ударной волны на границе двух взрывчатых веществ является весьма сложным, потому что сразу же от границы их раздела ударная волна инициирует взрывчатое превращение впереди лежащего слоя, энергия которого идет на поддержание параметров инициирующей ударной волны. Поэтому скорость детонации, зависящая от свойств инициируемого взрывчатого вещества и параметров инициирующего слоя, определяется экспериментально. Инициирующее действие каждого слоя оптимально при равенстве площадей контакта инициируемого и инициирующего слоев заряда.

Обычно для инициирования комбинированного заряда, состоящего из взрывчатых веществ, не передающих детонацию друг другу, требуется установка дополнительных дорогостоящих прессованных детонаторов с повышенным импульсом для инициирования низкочувствительной части заряда. В предлагаемом способе взамен дорогостоящих детонаторов в комбинированном заряде размещается промежуточный слой взрывчатого вещества на основе сыпучего бризантного взрывчатого вещества, имеющего высокую чувствительность к инициирующему импульсу.

Предлагаемый способ ведения буровзрывных работ и его вариант обеспечивают заявляемый технический результат:

- обеспечение оптимального дробления горной массы при сокращении объема переизмельчения, управление равномерностью дробления горного массива достигается за счет предлагаемой конструкции блока и комбинированного заряда в целом, состоящего из взрывчатых веществ с разными детонационными импедансами, передача детонации которых друг другу осуществляется через промежуточный слой на основе бризантного взрывчатого вещества;

- расширение ассортимента и области применения неводоустойчивых взрывчатых веществ за счет предлагаемой конструкции блока комбинированного заряда, когда неводоустойчивые взрывчатые вещества размещаются в полимерной гидроизолирующей оболочке. Обводненные скважины заряжаются предварительно изготовленными блоками в водостойкой полимерной оболочке со средней плотностью взрывчатого вещества более 1000 кг/м³;

- возможность заряжания обводненных скважин взрывчатыми веществами с плотностью меньше 1000 кг/м³ за счет формирования блоков из трех взрывчатых веществ, при этом только одно из них может иметь плотность более 1000 кг/м³;

- снижение стоимости ведения буровзрывных работ за счет выбора и оптимального сочетания взрывчатых веществ с разными детонационными импедансами, обеспечивающих требуемую плотность заряжания и безотказность работы скважинного заряда применительно к породам разной крепости и обводненности; снижения расхода средств инициирования;

- повышение кпд взрыва за счет пульсирующего режима детонации комбинированного заряда, состоящего из блоков различных взрывчатых веществ;

- для варианта 2 - дополнительный технический результат - упрощение схемы расчета блока и скважинного заряда в целом.

Предлагаемый способ и его вариант ведения буровзрывных работ комбинированными зарядами, состоящими из блоков различных взрывчатых веществ, был проверен на скважинах различных диаметров и обводненности, в породах различной крепости. Ведение буровзрывных работ предлагаемым способом позволило повысить равномерность дробления горной породы за счет снижения в основном выхода негабаритной (крупнокусковой) фракции, улучшить проработку подошвы уступа, что позволило повысить производительность погрузочно-транспортного и дробильно-сортировочного оборудования и снизить затраты на буровзрывные работы.

В процессе проведения взрывов отказов и аномальной работы комбинированного заряда не зафиксировано.

Источники информации

1. Патент России №2059965

2. Патент России №2059964

3. Патент России №2043601

4. Патент России №2184928

5. Патент России №2152586

6. Патент России №2234052

7. Патент России №2235290

8. Авторское свидетельство СССР №1514010