Скважинный скалолом

 

ОПИСАНИЕ ИЗОЬРЕХЕНИЯ

I(ПАТЕ11ТУ

Комите r 1 осси11ст:ой Фсдсрации по ийтснтттм 1! тогит11иым Заикам (21) 5009305/03 (22) 13.11.91 (46) 15.10.93 Бюл. Na 37-38 (76) Орлов Александр Наумович, Орлов Наум Яковлевич (54) СКВЛ)КИННЫЙ СКАПОПОМ (57) Использование: изобретение относится к горному делу и с1роительству и может найти применение для разрушения скальных пород и бетона высоким импульгным давлением жидкости. Сущность изобретения: скважинный скапопом гключает взрывную камеру 1 с пороховым зарядом 3 и выхлопным каналом 5, ат,аюке сообщенную с выхлопным каналом 5 камеру 8 с дополнительным пороховьил зарядом 9 и газопроницаемой персгородкой

10. Газопроницаемая перегородка 10 установлена (ю) gU (и) 2001268 С1 (51) 5 E2l С 37 04 в кг "ере 8 с возможностью перемещения в сторону дополнительного порохового заряда 9 под действием пороховых газов основного порохового заряда 3 После воспламенения заряда 3 высокотемпературный поток пороховых газов из камеры 1 устоемпяется через выхлопной канал 5 в камеру 8, см"щая газопроницаемую перегородку 10 в сторон> дополнительного порохового заряда 9 и заполняя свободное пространство между пороховыми зернами этого заряда. В результате давление, плотность заряжения и температура в камере 8 резко возрастают, а воспламенение и горение лов рохового заряда 9 проникают в черезвычайно высоком темпе. Образующиеся при этом пороховые газы разрывают оболочку камеры 8 и, воздействуя на стенки скважины б, разрушают объект 7. 1 ил

2001268

10 (2) 1! = — Р,„z

Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к скважинным устройствам для разрушения скальных пород и бетона высоким импульсным давлением жидкости.

Известно скважинное устройство для разрушения монолитных объектов импульсным давлением жидкости, включающее корпус с взрывной камерой, ствол с жидкостной камерой. связанной с взрывной камерой. и выхлопные отверстия.

Эффективность действия этого устройства невысока и характеризуется удельным импульсом, приближенно равным где Pm — амплитуда импульсного давления на стенки скважины, МПа; т- время действия импульса, с.

Величина амплитуды импульсного давления в этом выражении, инициируемая давлением пороховых газов во взрывной камере, является важнейшим фактором, определяющим не только протяженность зоны разрушения, но и саму возможность разрушения ряда материалов с высокой прочностью.

Однако в известном устройстве из-за потери части энергии пороховых газов на сжатие жидкости в жидкостной камере и выхлопных отверстиях амплитуда импульсного давления всегда ниже давления пороховых газов во взрывной камере. Это снижает эффективность действия устройства.

Известно также скважинное устройство для разрушения монолитных объектов. включающее взрывную камеру с пороховым зарядом, соединенную с ней жидкостную камеру, выхлопные отверстия и размещенные в скважине под выхлопными отверстиями камеры с дополнительными пороховыми зарядами, имеющими торцовые взрыватели, срабатывающие от ударной волны в жидкости.

Эффективность действия этого устройства также невысока, хотя в нем удается избежать потерь энергии пороховых газов на сжатие жидкости в жидкостной камере и выхлопных отверстиях.

Пороховой заряд по взрывной камере этого устройства играет роль лишь источника гидравлического удара, необходимого для срабатывания торцовых взрывателей, воспламеняющих дополнительные пороховые заряды в скважине. Поэтому потери его энергии на сжатие жидкости в жидкостной

55 камере существенно не влияют на работу устройства.

В то же время пороховые газы дополнительных пороховых зарядов воздействуют непосредственно на расположенные против них стенки скважины без гидравлических потерь.

Амплитуда импульсного давления, развиваемая этими зарядами, может быть определена по формуле где Pm — амплитуда импульсного давления пороховых газов, МПа;

f — сила пороха. Дж; (О

Л = — плотность заряжания (отношение массы порохового заряда a) к объему V, в котором происходит горение заряда), кгlм; а — коволюм пороховых газов, м /кг. з

Поскольку сила пороха и коволюм пороховых газов для типа применяемого пороха постоянны, давление можно увеличить, лишь варьируя плотностью заряжания, причем увеличение массы порохового заряда при неизменной плотности заряжания не приводит к повышению давления. Вместе с тем, возможность увеличения плотности заряжания в известном устройстве ограничена величиной гравиметрической (насыпной) плотности h, ð, зависящей от формы и размеров пороховых зерен. Это обстоятельство не позволяет получить амплитуду импульсного давления в скважине сверх определенной величины (500-700 МПа) и снижает эффективность действия рассматриваемого известного устройства особенно при разрушении весьма прочных материалов.

Перечисленные недостатки устранены в предлагаемом скважинном скалоломе. В этом скалоломе, включающем взрывную камеру с основным пороховым зарядом и выхлопным отверстием, и размещенную в скважине под выхлопным отверстием камеру с дополнительным пороховым зарядом, последняя снабжена гаэопроницаемой перегородкой, установленной с воэможностью перемещения в сторону дополнительного порохового заряда под действием пороховых газов основного заряда.

Такое выполнение скважинного скалолома позволяет значительно увеличить плотность заряжания в камере с дополнительным пороховым зарядом (по сравнению с гравиметрической плотностью) как за счет

2001268 повышения его компактности при перемещении газопроницаемой перегородки под действием пороховых газов основного заряда истекающих иэ взрывной камеры, так и эа счет заполнения свободного пространства между пороховыми зернами дополнительного заряда этими газами, проникающими через газопроницаемую перегородку. При этом раскаленные пороховые газы основного заряда воспламеняют дополнительный пороховой заряд, обеспечивая высокий темп его сгорания в сокращенном, по сравнению с начальным, обьеме, что значительно повышает амплитуду импульсного давления в скважине, а также величину удельного импульса.

Предлагаемое устройство является изобретением, поскольку обладает следующими отличительными признаками: камера с дополнительным пороховым зарядом снабжена газопроницаемой перегородкой; гаэопроницаемая перегородка установлена с воэможностью перемещения под действием пороховых газов основного заряда в сторону дополнительного порохового заряда.

Указанные отличительные признаки обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию "новизна", так как проведенный патентный поиск не выявил аналогичных устройств с такой же совокупностью признаков.

Предлагаемый скважинный скалолом соответствует критерию "изобретательский уровень", так как данное устройство, характеризуемое названной совокупностью отличительных признаков, не следует явным образом из уровня техники, и для доказательств его преимуществ по сравнению с аналогичными устройствами необходимо провести сравнительный анализ.

Предлагаемое устройство соответствует критерию "промышленно применимо", так как благодаря реализации отличительных признаков у заявляемого скважинного скалолома появляются новые свойства, обеспечивающие расширение возможности разрушения материалов любой прочности, в том числе железобетонных массивов, железной руды, прочных базальтов и т.п.

На чертеже представлен продольный разрез одного из вариантов выполнения рассматриваемого скважинного скалолома, Во взрывной камере 1, закрытой эатвором 2, размещен основной пороховой заряд

3. Камера 1 имеет ствог 4 с выхлопным отверстием 5, установленный в заполненной жидкостью скважине 6, выполненной в разрушаемом обьекте 7. Под выхлопным отверстием 5 в скважине 6 размещена камера 8 с дополнительным пороховым зарядом 9 и ческих пороховых устройствах пироксили5

55 перегородкой 10, установленной между зарядом 9 и выхлопным отверстием 5 с воэможностью перемещения в сторону заряда

9, В перегородке 10 выполнено отверстие

11, сообщающее полость камеры 8 с выхлопным отверстием 5. Для герметизации порохового заряда 9 и отверстия 5 относительно жидкости в скважине 6 камера 8 может быть выполнена, например, в виде резиновой или пластмассовой оболочки. Для удержания скалолома в скважине при выстреле устройство снабжено приспособлением, выполненным в виде консольно прикрепленного к взрывной камере 1 инерционного элемента

12.

Скважинный скалолом работает следующим образом.

После воспламенения порохового заряда 3 высокотемпературный поток пороховых газов со сверхзвуковой скоростью устремляется из взрывной камеры 1 через выхлопное отверстие 5 в сторону камеры 8, Достигнув перегородки 10, эти пороховые газы смещают ее мощным ударным давлением в сторону порохового заряда 9, сжимая его и проникая через сквозное отверстие 11 перегородки 10, заполняют свободное пространство между пороховыми зернами заряда 9, воспламеняя его и резко повышая давление в камере 8. При этом плотность заряжания дополнительного заряда 9 значительно превосходит гравиметрическую. как за счет сокращения занимаемого им обьема, так и за счет притекающей через отверстие 11 дополнительной массы пороховых газов из камеры 1. В результате черезвычайно быстрого нарастания давления пороховых газов в камере 8 обеспечивается ускоренный темп сгорания заряда 9, зависящий, в основном, от давления в объеме сгорания. К моменту полного сгорания заряда 9 пороховые газы разрывают оболочку камеры 8 и, воздействуя на стенки скважины 6, разрушают объект 7.

При этом в отличие от известного решения полностью используется энергия пороховых газов основного заряда 3, нагнетаемых в ту же зону разрушения, что и пороховые газы дополнительного заряда 9.

Удержание скалолома в скважине обеспечивается инерционным элементом 12, создающим благодаря консольному закреплению расклинивающий эффект.

Степень повышения эффективности промышленного применения, достигаемая предложенным скалоломом по сравнению с прототипом, видна из анализа его работы с конкретными величинами.

Для обычно применяемого в технологи2001268 нового охотничьего пороха "Сокол", зерна которого представляют собой пластинки толщиной 0,15 мм размером 2 2 мм;

=9 10 Дж/кг; a=0,8 . 10 м /кг;

Лгя =450 кгlм, максимальная амплитуда 5 импульсного давления дополнительных пороховых зарядов в известном устройстве (прототипе) не может превышать величины

Pm 630 МПа.

В то же время обьем свободного про- 10 странства между пороховыми зернами в камерах этих пороховых зарядов, выраженный 0 безразмерной форме знаменателем формулы (2), в двэ раза превышает обьем. занимаемый самими пороховыми 15 зернами в этих камерах.

Поскольку в предлагаемом скиажинном скалоломе это свободное пространство в камере 8 заполняется пороховыми газами основного заряда из взрывной камеры 1 и 20 одновременно сокращается начальный обьем камеры 8 эа счет перемещения перегородки 10, плотность заряжания в камере 8 значительно возрастает и может в два и более раза превышать гравиметрическую 25 начальную плотность.

Тогда, обозначая амплитуду импульсного давления при полном сгорании дополнительного заряда 9 через Рп2, получим выражение для сравнительного анализа ам- 30 плитуд импульсного давления, развиваемого предлагаемым скважинным скэлоломогл и известным устройством (3) Р гп2

Подстановка в это выражение конкретных величин а иЛгр показывает, что при повышении плотности заряжания в двэ ра- 40 этом газопроницаемая перегородка установлена в камере с дополнительным поро45 ховым зарядом с возможностью перемещения в сторону дополнительного порохового заряда под действием пороховых газов основного порохового заряда.

Составитель А.Орлов

Техред M.Моргентал Корректор A.Мотыль

Редактор Л,Волкова

Заказ 3120

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя нэб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения скеджинный скАлолом, включающий взрывную камеру с пороховым зарядом и выхлопным каналом, отличающийся тем, что скважинный скалолом снабжен камерой с дополнительным пороховым зарядом и газопроницаемой перегородкой, при зэ, величина амплитуды импульсного давления, развиваемого предлагаемым скважинным скалологлом, превышает амплитуду импульсного давления, развиваемого известным устройством в 4,57 раза, т.е. достигает значения величины Р 2 = 2879 МПа.

Кроме того, возрастает и время действия импульсного давления за счет полного использования энергии пороховых газов дополнительного и основного зарядов для работы разрушения.

Следовательно, реализация отли Ièòåëüных признаков предлагаемого скважинного скалолома позволяет повысить амплитуду импульсного давления более чем в четыре раза, э величину удельного импульса приглерно в 5 раз, что существенно повышает эффективность действия предлагаемого скважинного скалолома и позволяет применять его для разрушения материалов любой прочности. При этом, благодаря очень малому времени сгорани я порохового заряда 9, в составляюшеглу всего 1 10 с, условия его полного сгорания обеспечиваются не прочностью оболочки камеры 8, à инерционностью жидKîñòè в скважине. Это позволяет использовэгь в качестве оболочки камеры 8 отрезки резиновых шлангов и т.п.tëàòåðèàлы.

Предлагаемый скважинный скалолом сохраняет работоспособность и в "сухих" скважинах, что расширяет возгложность его использования для разрушения трещиновых и фильтрующих материалов. (56) Чеченков М.С. Разработка прочных грунтов. Л.: Стройиздат, 1987, с.169 — 174.

Авторское свидетельство СССР

N. 1122034, кл. E 21 С 7/06, 1983.