Способ разрушения горных пород

 

Использование: для разрушения горных пород (ГП). Сущность изобретения: разрушение массива осуществляется комбинированным воздействием давления газов при испарении криогенной жидкости и ударных волн, возникающих при физическом взрыве от ударного контакта криогенной жидкости с водой. Явление физического взрыва, известное лишь в аварийных ситуациях, впервые получает применение в горной промышленности. 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разрушения горных пород при разработке полезных ископаемых. Преимущественная область применения - разрушение среды вблизи населенных мест при ведении открытых работ и разрушение среды в шахтах и рудниках, опасных по газу и пыли.

Известное разрушение горных пород взрывчатыми веществами сопровождается выделением ядовитых газов в продуктах взрыва, а в шахтах и рудниках, опасных по газу и пыли, сопровождается авариями. Элетрофизические и термические способы разрушения не получили широкого промышленного применения.

Известно разрушение твердой среды порошками из материалов, расширяющихся при взаимодействии с водой.

Недостатки прототипа - медленное (около суток после заряжания) разрушение среды: сезонность применения на открытых работах - только в летнее время; высокая гигроскопичность порошка - даже при упаковке в двойные полиэтиленовые оболочки хранение ограничено 2 - 3 месяцами; необходимость точной дозировки компонентов - силикатного порошка и воды. Из-за низкой энергии разрушения способ получил ограниченное применение при весьма близком размещении шпуров для отрыва блоков строительных материалов.

Цель изобретения - безопасное, экономичное и экологически чистое разрушение горных пород.

Для достижения поставленной цели горные породы разрушают взаимодействием в шпуре (скважине) невзрывчатого вещества с водой. Вода взаимодействует с криогенной жидкостью (например, азотом) в режиме физического взрыва.

На фиг.1 - 4 представлена схема способа, где 1 - криостат с криогенной жидкостью (например, с жидким азотом), 2 - емкость с водой, 3 - емкость-дозер с жидким азотом в количестве, равном массе заряда на одну скважину, 4 - аналогичная емкость с водой, 5 - герметизатор устья скважины, снабженный обратным клапаном, 6 - скважина.

Емкости 3 и 4 закреплены на поворотном механизме и размещены на одном уровне для быстрой подачи воды в скважину после заливки в нее жидкого азота. Для ускорения подачи обеих жидкостей емкости 3 и 4 снабжены штуцерами со шлангами для подачи сжатого воздуха от компрессора или газов от порового аккумулятора давления.

Быстрая подача жидкого азота в скважину необходима для уменьшения потерь криогенной жидкости в трещиноватом массиве, а еще более быстрая подача воды - для создания режима ударного контакта жидкостей с повышением эффективности действия физического взрыва.

При ведении взрывных работ в подземных выработках шпуровыми зарядами для подачи в шпуры (преимущественно горизонтальные) обеих жидкостей в шпур вставляют трубку с внутренним каналом для жидкого азота и с кольцевым каналом - для подачи воды в импульсном режиме.

Для повышения эффективности физического взрыва воду подогревают до температуры не выше 99^оС при нормальном давлении или до 200^оС - при избыточном давлении. Предел 200^оС обусловлен тем, что при дальнейшем повышении температуры давление пара резко возрастает, что вызывает значительное утолщение стенок емкости с перегретой водой.

При работе с перегретой водой применение внешних источников давления для ускоренной подачи воды в скважину не требуется - при температуре 200^оС давление пара 15,85 ат.

Соотношение масс жидкого азота и воды 1:3 - для холодной воды, 1:2 - для воды, нагретой до 90-99^оС, и 1:1 - для перегретой до 200^оС.

Изложенных количеств воды достаточно для полного развития физического взрыва, но для повышения эффективности разрушения желательна подача воды в максимально достижимых количествах - с целью уменьшения свободного объема заряжаемой полости - шпура или скважины. Поэтому воду под давлением подают до тех пор, пока избыточное противодавление от начальной стадии физического взрыва не закроет обратный клапан в герметизаторе 5, размещенном в устье скважины.

При ведении работ в обводненных условиях и при наличии в скважине достаточного количества воды возможна подача только жидкого азота.

Основные преимущества способа по сравнению с применением взрывчатых веществ - экологически чистые продукты физического взрыва (только вода и азот) и безопасность при работе в шахтах, опасных по газу и пыли.

Формула изобретения

СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД взаимодействием в шпуре (скважине) невзрывчатого вещества с водой, отличающийся тем, что вода взаимодействует с криогенной жидкостью-азотом в режиме физического взрыва.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4