способ формирования комбинированного заряда и металлическая забойка для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ формирования комбинированного заряда, включающий формирование в обводненной части скважины заряда из водоустойчивого ВВ, размещение промежутка из вспененного полистирола на зеркало вытесненной вверх по скважине воды, формирование на него заряда из неводоустойчивого ВВ и установку забойки, отличающийся тем, что заряд из водоустойчивого ВВ формируют на высоту замеренного уровня воды, после формирования заряда из неводоустойчивого ВВ устанавливают металлическую забойку и помещают в нее проводник инициирующего импульса от заряда из неводоустойчивого ВВ под съемную крышку с механическим замком.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высота промежутка из вспененного полистирола составляет от двух-трех диаметров скважины до расчетной высоты воздушного промежутка.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что боевик нижнего заряда устанавливают на детонирующей ленте.

4. Металлическая забойка, представляющая собой цилиндр с коническими расширениями с обоих концов, при этом на концах цилиндра, имеющих конические расширения, выполнено не менее трех продольных прорезей, а в конические расширения цилиндра вставлены две конические пробки, соединенные между собой выполненной в виде толстостенной трубы с резьбой под гайку тягой, через которую пропущен проводник инициирующего импульса от верхнего заряда, при этом тяга закреплена в нижней, выполненной полой, конической пробке и свободно проходит через осевой канал в верхней конической пробке, в верхней конической пробке выполнена выемка, закрывающаяся съемной крышкой с механическим замком, и с возможностью установки на место съемной крышки съемной монтажной петли с гибкой связью, а внутрь выемки - съемной катушки для намотки проводника инициирующего импульса.

5. Металлическая забойка по п.4, отличающаяся тем, что съемная крышка выполнена с гладкой поверхностью по диаметру верхней конической пробки.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ раздельного формирования комбинированного заряда ВВ, когда в скважину заряжают водоустойчивое ВВ, например, гранулотол на высоту замеренного уровня воды, а после спада вытесненной им воды до статического уровня (от нескольких часов до нескольких суток) заряжают неводоустойчивое ВВ на всю высоту расчетной колонки заряда /1/. Такой способ позволяет втрое сократить величину заряда водоустойчивого ВВ. Недостатком этого способа является необходимость повторного подхода зарядной машины к скважине после спада воды до статического уровня через несколько часов или суток для последующей дозарядки скважины неводоустойчивым ВВ.

Наиболее близким по существу решаемой задачи является способ формирования комбинированного заряда ВВ, когда в скважину заряжают водоустойчивое ВВ, например, гранулотол на определенную высоту, затем на зеркало вытесненной воды размещают промежуток из вспененного полистирола, выполняющего роль поплавка, на который размещают неводоустойчивое ВВ и забойку /2/. Такой способ позволяет сэкономить 2,5-3 м колонки заряда водоустойчивого ВВ на каждый метр оставленной над ним воды, заменив его более дешевым неводоустойчивым ВВ.

Недостатком этого способа является создание вместо воздушного промежутка водно-воздушного, в котором осуществление классической схемы и преимуществ воздушных промежутков достаточно проблематичны.

Известен также целый ряд конструкций запирающих забоек в виде пластмассовых пробок, деревянных и бетонных клиньев, предназначенных для длительного запирания продуктов детонации в зарядной полости и повышения тем самым энергии взрыва /3/. Основным их недостатком является низкая эффективность.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности дробления горных пород за счет формирования в частично обводненной скважине комбинированного заряда с воздушным промежутком и длительного запирания продуктов детонации в скважине металлической забойкой.

Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования комбинированного заряда, включающем формирование в обводненной части скважины заряда из водоустойчивого ВВ, размещение промежутка из вспененного полистирола на зеркало вытесненной вверх по скважине воды, формирование на него заряда из неводоустойчивого ВВ и установку забойки, согласно изобретению заряд из водоустойчивого ВВ формируют на высоту замеренного уровня воды, после формирования заряда из неводоустойчивого ВВ устанавливают металлическую забойку и помещают в нее проводник инициирующего импульса от заряда из неводоустойчивого ВВ под съемную крышку с механическим замком.

Высота промежутка из вспененного полистирола составляет от двух-трех диаметров скважины до расчетной высоты воздушного промежутка.

Боевик нижнего заряда устанавливают на детонирующей ленте.

Поставленная задача достигается также использованием металлической забойки, представляющей собой цилиндр с коническими расширениями с обоих концов, при этом на концах цилиндра, имеющих конические расширения, выполнено не менее трех продольных прорезей, а в конические расширения цилиндра вставлены две конические пробки, соединенные между собой выполненной в виде толстостенной трубы с резьбой под гайку тягой, через которую пропущен проводник инициирующего импульса от верхнего заряда, при этом тяга закреплена в нижней, выполненной полой, конической пробке и свободно проходит через осевой канал в верхней конической пробке, в верхней конической пробке выполнена выемка, закрывающаяся съемной крышкой с механическим замком, и с возможностью установки на место съемной крышки съемной монтажной петли с гибкой связью, а внутрь выемки - съемной катушки для намотки проводника инициирующего импульса.

Съемная крышка металлической забойки выполнена с гладкой поверхностью по диаметру конической пробки.

Принципиальная схема способа формирования комбинированного заряда и металлическая забойка для его осуществления приведены на схемах.

На фиг.1 показана скважина, подготовленная к заряжанию; на фиг.2 - формирование заряда из неводоустойчивого ВВ на промежуток из вспененного полистирола; на фиг.3 - сформированный заряд; на фиг.4 - металлическая забойка (вид А на фиг.2) после формирования заряда; на фиг.5 - металлическая забойка после монтажа взрывной сети; на фиг.6 - соединение металлических забоек с соединительными элементами.

Способ формирования комбинированного заряда с металлической забойкой осуществляют следующим образом.

При обнаружении в скважинах 1 воды 2 замеряют уровень воды 3 (h_в) и оценивают возможность применения предлагаемого способа исходя из условия:

L_с=L_зар+h _выт, м,

где L_с - глубина скважины, м; L_зар - суммарная длина комбинированного заряда, м; h_выт=0,6h_в - высота столба вытесненной воды, м.

Это условие вытекает из того положения, что пористость заряда или его пустотность между гранулами ВВ, в которую может проникать вода, составляет, по нашим замерам, 38-42%. Иными словами, при уровне воды в 1 метр и засыпании гранулированного ВВ на этот уровень столб воды поднимется выше заряда на 0,6 м. Например, при длине столба воды h_в=5 м h_выт составит 3 м.

Исходя из рекомендаций /4/ о том, что длина забойки должна быть не менее ¹/ ₃ длины скважины, и условия, что h_выт не может быть больше длины забойки, из равенства h _выт=0,3L_c высота столба воды в скважине не может быть больше половины длины скважины.

Если указанное условие для данной скважины соблюдается, формируют заряд 4 из водостойкого ВВ, например гранулотола, на высоту уровня воды 3. При этом размещают в нем боевик 5 на детонирующем шнуре или детонирующей ленте 6 со слабиной. Затем на зеркало вытесненной воды размещают промежуток из вспененного полистирола 7. При этом высота этого промежутка может составлять, как показали исследования, выполненные в /2/, два-три диаметра скважины (меньшая величина для скважин меньшего диаметра), если он выполняет только роль «поплавка» для удержания над зеркалом воды заряда 8 из неводоустойчивого ВВ. Если же из вспененного полистирола формируют воздушный промежуток, его высота принимается по расчету (как правило, 8-12 диаметров скважины). На этот промежуток из вспененного полистирола 7 формируют заряд 8, размещают в его верхней части боевик 9 на проводнике инициирующего импульса 10 (ДШ или волновод), имеющем длину, увеличенную на высоту уровня вытесненной воды. На этом работа с взрывчатыми материалами заканчивается, и зарядные машины покидают заряжаемый блок. На заряд 8 размещают металлическую забойку 11.

Металлическая забойка включает цилиндрический корпус 12 диаметром, на 4-8 мм меньше диаметра скважины, имеющий с обеих сторон конические расширения 13 с продольными прорезями 14 и боковую проточку 15 для пропуска ДШ или детонирующей ленты 6. В конические расширения 13 снизу вставлен полый распорный конус 16, соединенный с толстостенной трубой 17, снабженной гайкой 18, а сверху - коническая пробка 19 с осевым каналом 20 и выемкой 21. В выемке 21 выполнены отверстия 22 под съемную монтажную петлю 23 или штифт 24 съемной крышки 25, а также выступ 26 под язычок 27 механического замка 28. Съемная монтажная петля 23 снабжена гибкой связью 29.

На поверхности блока металлическую забойку собирают в конструктивный элемент. Для этого вставляют полый распорный конус 16, соединенный с толстостенной трубой 17, в нижнее коническое расширение 13 и пропускают толстостенную трубу 17 через корпус 12. Затем на толстостенную трубу 17 через осевой канал 20 надевают коническую пробку 19 с вставленной монтажной петлей 23 с гибкой связью 29 и накручивают гайку 18, подтягивая навстречу друг другу полый распорный конус 16 и коническую пробку 19 до соприкосновения их с коническими расширениями 13. После этого через толстостенную трубу 17 пропускают проводник инициирующего импульса 10. За монтажную петлю 23 с помощью гибкой связи 29, выполненной из отдельных прядей канатов подъемных машин или стреловых канатов экскаваторов (обладающих достаточной прочностью и мягкостью на сгиб) или из тонких цепей, металлическую забойку опускают в скважину 1 на глубину вытянутой руки. При этом детонирующий шнур или детонирующую ленту 6 от нижнего боевика 5 пропускают через проточку 15 в корпусе 12. Затем гайкой 18 с помощью, например, торцового ключа типа баллонного ключа грузового автомобиля стягивают полый распорный конус 16 и коническую пробку 19 до распора ими корпуса 12 в стенки скважины 1 с помощью конических расширений 13 и продольных прорезей 14. После этого снимают съемную монтажную петлю 23 с гибкой связью 29, освобождая отверстия 22, проводник инициирующего импульса 10 наматывают на катушку 30 и размещают ее в выемку 21 на подставке 31. Вставляют штифт 24 съемной крышки 25 в отверстие 22 и закрывают крышку до защелкивания язычка 27 механического замка 28 за выступ 26. Проводник инициирующего импульса 10 надежно защищен: устройства установлено достаточно глубоко в узкой скважине - на глубину вытянутой руки человека, крышка заперта замком, на ней отсутствуют какие-либо выступы, монтажная петля снята. Выполнение крышки по диаметру конической пробки без выступов защищает ее от возможных попыток вскрытия.

В процессе спада воды до замеренного уровня воды 3 плавающий на промежутке из вспененного полистирола 7 заряд 8 оседает на заряд 4 из водостойкого ВВ, образовывая единый комбинированный заряд. При этом проводник инициирующего импульса 10 постепенно сматывается с катушки 30. Детонирующий шнур 6 при небольшом уровне воды или детонирующая лента 6 при максимальном уровне выбирают слабину. Высокая прочность (до 500 Н) детонирующей ленты позволяет ей выдерживать значительную усадку заряда 8. Время спада воды, занимающее от нескольких часов до нескольких десятков часов, устанавливают предварительно экспериментальными замерами. После выдерживания этого интервала по конкретному блоку приступают к монтажу взрывной сети и производству массового взрыва.

Перед началом монтажа взрывной сети взрывник опускает руку в скважину, отпирает механический замок на крышке металлической забойки, вынимает съемную крышку 25, используя ключ в замке в качестве ручки, убирает ее для повторного использования и устанавливает в металлическую забойку данной скважины съемную монтажную петлю 23 с гибкой связью 29. Затем он вынимает из выемки 21 в конической пробке 19 подставку 31 с катушкой 30, сматывает с нее остатки проводника инициирующего импульса 10 и приступает к монтажу поверхностной взрывной сети. После монтажа взрывной сети с помощью гибкой связи 29 соединяют металлическую забойку каждой скважины с соединительным элементом 32, например изношенной автомобильной шиной, обладающей высокой прочностью и упругостью при деформациях. При этом к одному соединительному элементу 32 подсоединяют гибкие связи только от скважин, взрываемых в одной ступени замедления, что позволяет снизить динамические нагрузки на гибкие связи 29 и соединительные элементы 32. После этого производят взрыв.

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 полому распорному конусу 16. Корпус 12 в первый момент после детонации заряда остается неподвижным, поскольку продукты детонации воздействуют лишь на узкое кольцо нижней части конического расширения 13, а полый распорный конус 16 за счет большой торцовой поверхности (в десятки раз большей, чем площадь кольца конического расширения 13) воспринимает значительные усилия, что приводит к немедленному вдавливанию его в нижнее коническое расширение 13 и окончательному заклиниванию корпуса 12 в скважине 1. Это положение было проверено экспериментальным взрывом с металлической забойкой на скважинах диаметром 115 мм. Диаметр корпуса 12 составил 110 мм, толщина его в нижней части конического расширения 13 составила около 1 мм, площадь кольца, воспринимающего давление продуктов детонации, составила 1,7 см ², в то время как площадь полого распорного конуса 16 составила около 95 см², т.е. в 56 раз больше. После взрыва следов скольжения по скважине на наружной поверхности корпуса обнаружено не было, что подтвердило надежность распора корпуса металлической забойки в стенки скважины до начала их разрушения.

Толстостенная труба 17 при подвижке полого распорного конуса 16 внутрь корпуса 12 свободно смещается вверх в осевом канале 20, не нарушая положения конической пробки 19, расклинившей верхнюю часть корпуса 12 в стенки скважины. Таким положение металлической забойки остается вплоть до прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через образующиеся в разрушаемом массиве трещины и начала разрушения стенок скважин. Прорыв газов через трещины массива снимает давление в скважине, а разрушающиеся стенки скважин снимают распор с корпуса 12 металлической забойки, и она может быть выброшена из скважины остаточным давлением продуктов взрыва.

После взрыва металлические забойки с помощью соединительных элементов убирают с поверхности взорванной горной массы, например, бульдозером.

Таким образом, заявляемый способ формирования комбинированного заряда и металлическая забойка для его осуществления позволяют снизить время пребывания взрывного персонала и техники с ВМ на блоках, обеспечивают ускоренное формирование комбинированного заряда, а также существенную экономию водоустойчивых ВВ, что позволяет решить поставленную техническую задачу.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки

1. Техника и технология заряжания обводненных скважин на карьерах КМА / А.Т.Калашников, С.М.Кокоуров, Г.П.Попов и др. // Взрывное дело № 89/46. - М.: Недра, 1986. - С.231-237.

2. Юматов Б.П., Шебаршов А.А., Власов В.М. Экспериментальные исследования конструкции «плавающего заряда» // Взрывное дело № 74/31. - М.: Недра, 1974. - С.183-188 (прототип).

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

4. Технические правила ведения взрывных работ на дневной поверхности. М.: Недра, 1972, с.15.