комбинированная засыпная забойка

Формула изобретения

Комбинированная засыпная забойка, включающая монолитную пробку из твердеющих материалов, отличающаяся тем, что выполнена из верхней и нижней частей, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из твердеющих материалов, а нижняя - засыпку из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком из вспененного полистирола.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.

Известно, что наилучшее дробление горных пород взрывом обеспечивается при применении укороченной забойки и воздушного промежутка над зарядом [1]. При этом конструкция забойки, расположенной вблизи устья скважины, над воздушным промежутком, должна обеспечивать полное противодействие ее выбросу действием взрыва до момента разрушения массива [2].

Наиболее близким по существу решаемой задачи устройством для запирания продуктов взрыва в зарядной полости шпура или скважины является монолитная распорная забойка из бетона на расширяющемся цементе длиной в 19-20 диаметров заряда, увеличивающая почти в 30 раз объем разрушения горных пород за счет задержки продуктов детонации в зарядной камере до начала разрушения массива и сдвижения пород [3].

Однако, как показали исследования по качеству дробления [4], при монолитной твердеющей забойке ухудшается качество дробления за счет отсутствия воздействия взрывных газов на участок скважины, занятый монолитной забойкой. Для скважин диаметром 100-200 мм эта длина по прототипу может достигать 1,9-4 м, поскольку увеличение выталкивающей забойку силы пропорционально квадрату диаметра скважины, а рост сил сцепления забойки на боковой поверхности скважины пропорционален диаметру в первой степени. Только уменьшение длины участка, занятого монолитной забойкой, при сохранении ее сопротивляемости позволит повысить качество дробления массива в районе забойки. Кроме того, из-за высокой стоимости бетона длина монолитной забойки также желательна минимальной.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет полного запирания продуктов детонации в зарядной полости до разрушения окружающей породы укороченной комбинированной забойкой с воздушным промежутком над зарядом.

Поставленная задача достигается тем, что комбинированная засыпная забойка, включающая монолитную пробку из твердеющих материалов, согласно изобретению, выполнена из верхней и нижней частей, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из твердеющих материалов, а нижняя - засыпку из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком из вспененного полистирола.

На чертеже схематично изображена комбинированная засыпная забойка в рабочем положении в скважине.

Верхняя часть комбинированной засыпной забойки выполнена в виде монолитной пробки 1 из твердеющих вяжущих материалов, например бетона, смеси алебастра с влажным песком и т.п. Наружная поверхность верхней части забойки сцепляется при твердении со стенками устья скважины 2, имеющими, как правило, неровную поверхность с вывалами и трещинами. Нижняя часть комбинированной засыпной забойки состоит из засыпного участка 3, заполненного песком, песчано-глинистой смесью, буровым шламом и т.п., и воздушного промежутка 4, выполненного из вспененного полистирола.

Комбинированная засыпная забойка работает следующим образом. Вначале над зарядом ВВ 5 выполняют воздушный промежуток 4 из вспененного полистирола, засыпая его из мерной емкости, например ведра. Затем формируют засыпной участок 3 размещением сыпучего инертного материала на заданную высоту. После этого формируют монолитную пробку 1 из твердеющих материалов, например бетона, алебастра с влажным песком и т.п. В случае применения расширяющихся быстротвердеющих цементов, что предпочтительнее [3], проводник инициирующего импульса 6 помещают в защитный короб или трубку 7 для защиты от повреждения при увеличении объема расширяющегося бетона.

Длину участков скважины, занятых воздушным промежутком 4, засыпным участком 3 и монолитной пробкой, подбирают опытным путем или по аналогии.

Исследования ряда авторов показали, что воздушный промежуток между зарядом ВВ и забойкой длиной 5-7 диаметров заряда позволяет укоротить забойку при сохранении ее запирающих свойств [5].

Толщина монолитной пробки 1 принимается исходя из размера негабарита, который наиболее часто на предприятиях составляет 0,6-0,8 м, и чаще всего именно на такую глубину наблюдаются сильные нарушения верхней части уступа взрывами на вышележащем горизонте. Образование монолитной пробки 1, сцепленной с поверхностью разрушенной устьевой части 2 шпура или скважины, повышает плотность этой части на утечку продуктов взрыва.

Длина засыпного участка 3 принимается как разность общей длины комбинированной засыпной забойки и длин монолитной пробки 1 и воздушного промежутка 4.

После детонации заряда ВВ в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер и происходит динамический удар газов по засыпной забойке, несколько смягченный наличием воздушного промежутка, снижающего пиковое давление продуктов детонации. 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 шпуре или скважине. После уплотнения, независимо от используемого материала забойка выбрасывается с возрастающей скоростью, зарядная полость разгерметизируется, и часть продуктов детонации выбрасывается, не совершив полезной работы.

Наличие монолитной пробки над засыпной частью забойки позволит исключить выброс забойки до полного разрушения массива горных пород в районе устья скважины и прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через трещины в разрушенном массиве. Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, такая забойка способствует более полному протеканию вторичных реакций в продуктах детонации и соответственно повышает энергию взрыва; это особенно важно для современных крупнодисперсных ВВ типа гранулитов и граммонитов, у которых значительная доля энергии выделяется в процессе вторичных реакций.

Таким образом, заявляемая комбинированная засыпная забойка позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива, причем зона нерегулируемого дробления зарядом ВВ снижается до величины 0,6-0,8 м, занятой пробкой из твердеющих материалов. В результате применения такой забойки эффективность использования энергии взрыва на дробление пород существенно повышается, 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. Легастаев Е.Г. Исследование влияния расширяющейся забойки шпуров на результаты взрыва // Сб. Взрывное дело №59/16. М.: Недра, 1966. - С.262-266 (прототип).

4. Миндели Э.О., Демчук П.А., Александров В.Е. Забойка шпуров. - М.: Недра, 1967. - 152 с.

5. Алексеенко А.Ф. Совершенствование параметров буровзрывных работ на известняковом карьере Камышбурунского железорудного комбината // Сб. Взрывное дело №59/16. М.: Недра, 1966. - С.125-134.