Способ ведения взрывных работ оксиликвитами (варианты)

 

Назначение: ведение взрывных работ для разрушения твердой среды и горных пород. Сущность: скважину с герметизированной поверхностью и горючий компонент оксиликвита охлаждают газом от испарения криогенной жидкости - азота или жидкого воздуха, после чего в скважину с охлажденным горючим заливают кислород. По второму варианту жидкий кислород служит и хладагентом, и окислителем - компонентом оксиликвита. По третьему варианту в призабойную зону скважины заливают хладагент - азот или жидкий воздух, засыпают горючее, на поверхность горючего насыпают гравий или гальку, охлаждают горючее и стенки скважины восходящим потоком газа, испаряющегося хладагента, и после полного испарения хладагента в скважину заливают кислород. Данное изобретение позволит совершенствовать технологию ведения взрывных работ оксиликвитами и повысить их безопасность. 3 с. и 13 з.п.ф-лы, 7 ил., 2 табл.

Изобретение относится к взрывным работам и предназначено для разрушения горных пород при открытой разработке полезных ископаемых.

Известно получение оксиликвитов непосредственно в скважине опусканием в нее горючего поглотителя в виде патрона с центральным каналом из сетчатой трубки с последующей заливкой кислорода. Для исключения контакта патрона, жидкого кислорода и готового оксиликвита с грунтовой водой, в скважину на всю глубину вставляли жестяную гильзу с дном. Для глубоких скважин гильзы делали составными из кусков длиной по 4-5 м, уплотняя их соединения прорезиненной изоляционной лентой. Продольные швы гильз пропаивали. Гильзы опускали с помощью веревок, патроны опускали в гильзу на шпагате при помощи крючка, зацепляемого за прядь обшивки патрона. После опускания прядь рывком обрывали, и шпагат с крючком извлекали для опускания следующего патрона /1/.

Было взорвано более 8000 патронов (опыт Днепростроя), при этом не было ин одного случая самопроизвольного взрыва или воспламенения /2/. При несомненной безопасности такой технологии очевидна сложность и трудоемкость способа, основанного на ручных операциях с исключением возможности их механизации.

Известно ведение взрывных работ оксиликвитами, включающее засыпку в скважину гранулированного или порошкообразного горючего и заливку в скважину с горючим азота, после испарения которого в скважину заливают кислород. При ведении взрывных работ в трещиноватом массиве предусмотрено применение рукавов из полимерных материалов, сохраняющих эластичность при криогенных температурах /3/.

Технология прототипа позволяет механизировать заряжание скважин, а охлаждение горючего компонента оксиликвита и стенок скважины до криогенных температур повышает жизненность оксиликвита. Но прототип имеет следующие недостатки.

1) Температура горючего компонента 15^oC, температура кипения жидкого азота минус 195,8^oC. Их контакт при градиенте температур 211^oC приведет к бурному вскипанию всей массы азота, находящейся между частицами горючего и проникшего в его поры, с быстрым переходом в газ, выброшенный из скважины, с повышенным непроизводительным расходом хладагента, потерей холода без требуемого глубокого охлаждения массива вокруг скважины. Жизненность оксиликвита будет снижена.

Кроме того, кипение жидкого азота в свободном пространстве между частицами горючего компонента будет препятствовать проникновению жидкого азота вглубь засыпки горючего из-за противодавления, создаваемого встречным потоком газа, генерируемого бурно кипящей жидкостью.

2) Для полного испарения жидкого азота, служащего хладагентом, и последующего испарения части кислорода, залитой с избытком сверх стехиометрии, необходим беспрепятственный выход газов. В прототипе условия для выхода газов путем создания протоков или структурирования горючего компонента не предусмотрены. Фильтрация газов через толщу скважинного заряда, достигающего высоты от 7-15 до 40-50 м, нереальна, и вся масса горючего компонента поршневым давлением газа будет выброшена из скважины. Следовательно способ прототипа неработоспособен.

3) В прототипе после испарения жидкого азота в скважину заливают кислород без применения мер безопасности. Поверхность скважинного заряда и горючего компонента оксиликвита размещена на глубине 6-7 м от устья скважины. Удар струи кислорода, подаваемого с такой высоты, создает опасную среду из твердых частиц горючего, взвихренных в среде чистого кислорода. Процесс сопровождается образованием зарядов статического электричества.

Технической задачей данного изобретения является совершенствование технологии ведения взрывных работ оксиликвитами и повышение их безопасности с исключением недостатков прототипа. Изложенное достигается следующей совокупностью признаков: стенки скважины и горючий компонент оксиликвита предварительно охлаждают потоком газа от испаряющегося хладагента - азота или жидкого воздуха, в скважину заливают хладагент до полного погружения в него горючего, после испарения хладагента в скважину заливают кислород.

Приемы выполнения способа: в скважину заливают часть хладагента, охлаждают стенки скважин восходящим потоком газа испаряющегося хладагента, повторяя операцию во всех скважинах взрываемого блока, после чего в скважину с остатками хладагента в призабойной зоне засыпают часть горючего, охлаждают газом от испарения хладагента слой горючего, расположенный выше уровня хладагента, заливают хладагент до верхнего уровня охлажденного газом горючего, и засыпают следующую порцию горючего для предварительного охлаждения газом перед последующей заливкой хладагента с полным погружением в него горючего. Чередующиеся операции засыпки порции горючего, охлаждения его газом и заливки хладагента продолжают до полного формирования зарядов из горючего компонента оксиликвита и его охлаждения, проводя операции последовательно во всех заряжаемых скважинах взрываемого блока.

После окончания засыпки в скважину горючего компонента оксиликвита на его поверхность насыпают гравий или гальку, применяя гальку мелкой фракции, а гравий крупной и средней фракций и размещая засыпку в несколько слоев, предпочтительно высотой не менее половины диаметра скважины.

Перед засыпкой горючего в скважину опускают до ее забоя изделие из минеральной ваты в виде жгута или ленты в оболочке из хлопчатобумажной ткани, размещая изделие на двух диаметрально противоположных сторонах скважины по всей ее глубине.

В скважину загружают агломерированное горючее в форме сфер, цилиндров, колец Рашига, седел Берля и их аналогов, применяемых в химической промышленности в качестве насадок в абсорбционных аппаратах, выполненных формованием со связующими или прессованием с образованием структуры, впитывающей криогенные жидкости и пропускающие газ при их испарении.

Перед началом всех операций по заряжанию скважину герметизируют, увлажняя ее поверхность, давлением газа прижимают к увлажненной поверхности рукав из пленочного материала и примораживают пленку циркуляцией газа с низкой температурой.

Скважину герметизируют образованием на ее поверхности ледового покрытия, заливая в призабойную зону хладагент - азот или жидкий воздух, опуская в скважину шланг с насадкой и подавая на стенки скважины воду, замерзающую в восходящем потоке газа, образующегося при испарении хладагента, а после полного испарения хладагента воду подают и в призабойную зону для завершения ледового покрытия на всей поверхности скважины.

Техническим результатом изложенного варианта способа и его основным отличием от других вариантов является глубокое охлаждение массива вокруг заряжаемых скважин с повышением жизненности скважиннных зарядов оксиликвита, окруженных кольцевыми слоями породы, охлажденной до криогенных температур, позволяющей увеличить количество подготовленных к взрыву скважин более ста штук.

Предварительное охлаждение стенок скважины и горючего компонента оксиликвита в восходящем потоке газа, образующегося при испарении ранее залитого хладагента, исключает бурное вскипание криогенной жидкости при ее контакте с горючим, которое препятствует пропитке горючего хладагентом и кислородом и сопровождается выбросами газа с непроизводительными потерями холода.

Слой гравия и гальки на поверхности горючего исключает образование опасного облака пылевых частиц горючего, витающих в атмосфере чистого кислорода при ударе струи кислорода о слой частиц горючего, а также предотвратит опасный удар по оксиликвиту, возможный при падении в скважину постороннего предмета или куска породы.

Жгут или лента из минеральной ваты плотностью 75-100 кг/м³ обеспечит отвод газа из скважины по всей ее глубине при испарении криогенной жидкости. Лента имеет гораздо большую поверхность контакта с массой оксиликвита, а следовательно, и большую площадь фильтрации газа по сравнению с трубкой малого диаметра с перфорированными стенками по оси патрона, как это выполнено в аналоге /1/.

Элементы агломерированного горючего, выполненные в форме цилиндров, сфер, колец и седел, с точечными контактами между элементами, погруженные в криогенную жидкость, образуют ажурный каркас, беспрепятственно пропускающий пузырьки газа, образующиеся при испарении хладагента и кислорода. Созданный таким образом отвод газа позволит исключить применение ленты из минеральной ваты, используемой при засыпке в скважину горючего обычной структуры, без агломерации. Наряжу с беспрепятственным отводом газа агломерированное горючее позволит создавать заряды оксиликвита с избыточным содержанием кислорода - сверх стехиометрии, при сохранении однородности состава ВВ по высоте скважины.

Поверхность скважины герметизируют для исключения вытекания криогенной жидкости через трещины взрываемого массива и предотвращения попадания воды в скважину с насыщением водой горючего компонента или контакта воды с криогенной жидкостью, приводящему к бурному вскипанию с непроизводительной потерей хладагента и окислителя. Фиксация рукава примораживанием пленки к увлажненной поверхности скважины наряду с герметизацией облегчает засыпку горючего компонента в скважину. Герметизация скважины образованием на ее поверхности ледового покрытия позволит избежать применения дорогостоящих пленочных материалов, сохраняющих эластичность при криогенных температурах.

В отличие от прототипа, кроме азота в качестве хладагента применяют жидкий воздух. По теплофизическим свойствам обе криогенные жидкости практически эквивалентны и использование жидкого воздуха экономически целесообразно. При оснащении карьера установкой получения жидкого воздуха капитальные затраты будут меньше при использовании разработанного П.Л.Капицей способа получения жидкого воздуха при низком (5-6 ат) давлении с заменой поршневых механизмов компрессора и детандера турбинными.

Применение в качестве хладагента жидкого воздуха не отразится на безопасности работ, так как при испарении жидкого воздуха в скважине создается среда с пониженным содержанием кислорода, меньшим, чем в приземном слое атмосферы, вследствие опережающего испарения азота, имеющего более низкую температуру кипения.

Изложенный вариант способа предназначен для заряжания и одновременного взрывания более ста скважин. При меньшем количестве (несколько десятков) заряжаемых скважин возможно следующее упрощение.

Способ ведения взрывных работ оксиликвитами, включающий охлаждение стенок скважины и горючего компонента оксиликвита жидким азотом, после испарения которого в скважину заливают жидкий кислород, отличающийся тем, что на дно скважины заливают хладагент азот или жидкий воздух, засыпают горючее на поверхность горючего засыпают гравий или гальку, охлаждают горючее восходящим потоком газа испаряющегося хладагента, и после полного испарения хладагента в скважину заливают жидкий кислород.

В скважину загружают агломерированное горючее, выполненное в форме сфер, колец, седел, применяемых в качестве насадок в аппаратах химической промышленности, образующих в скважине структуру, беспрепятственно пропускающую газ, выделяющийся при испарении криогенной жидкости.

Скважину герметизируют рукавом из полимерной пленки, сохраняющей эластичность при криогенной температуре, прижимая рукав к увлажненной поверхности скважины и примораживая пленку циркуляцией газа с низкой температурой, или герметизируют без применения рукава - образованием на поверхности скважины ледового покрытия, образуемого подачей насадками на стенки скважины воды, замерзающей в восходящем потоке газа от испарения криогенной жидкости в призабойной зоне.

Дальнейшее упрощение способа достигается следующей совокупностью признаков: Способ ведения взрывных работ оксиликвитами, включающий охлаждение стенок скважины и горючего компонента криогенной жидкостью, отличающийся тем, что на дно скважины заливают жидкий кислород, загружают горючее, на поверхность горючего насыпают гравий или гальку, охлаждают горючее в восходящем потоке газообразного кислорода и после охлаждения полностью заливают жидкий кислородом.

Предварительно герметизируют скважину рукавом из пленочного материала, примораживая его к увлажненной поверхности скважины или намораживая на стенки скважины ледовое покрытие.

В скважину загружают горючее в оболочках, не допускающих выделения пылевидных частиц из содержимого оболочек, и не препятствующих проникновению в горючее криогенных жидкостей и выделению газа при их испарении, причем оболочки выполнены в форме сфер, цилиндров и лент.

По прейскуранту цен жидкий кислород на 15% дешевле жидкого азота, что подтверждает целесообразность использования жидкого кислорода в качестве хладагента и окислителя. Изложенное позволит исключить операцию полного испарения хладагента, необходимую при применении азота или жидкого воздуха.

При использовании кислорода в качестве хладагента и окислителя отпадает необходимость строительства вблизи карьера объектов по изготовлению хладагента и кислорода с капзатратами на строительство хранилищ и кислорода и хладагента, содержания и эксплуатации парка автоцистерн для раздельного транспортирования хладагента и кислорода. При возможности доставки жидкого кислорода с производств, действующих на металлургической промышленности, оборудование для оксиликвита на карьере для применения оксиликвита будет ограничено цистерной для хранения кислорода и автоцистернами для его перевозки к заряжаемым скважинам.

Способ ведения взрывных работ оксиликвитами и его варианты иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 представлена схема скважинного заряда, состоящего из скважины, рукава, горючего компонента с жидким кислородом, промежуточным детонатором со средством его инициирования и засыпки из гравия или гальки поверх горючего; на фиг.2 - схема фиксации рукава в скважине примораживанием пленочного материала рукава к увлажненной поверхности скважины при циркуляции холодного воздуха, схема содержит шланг с рукавом и патрубок для отвода из скважины газообразного хладагента; на фиг.3 - схема опускания ленты минеральной ваты в хлопчатобумажной оболочке вместе с горючим компонентом в контейнере в заряжаемую скважину; на Фиг.4- горизонтальная проекция фиг.3, иллюстрирующая размещение ленты из минеральной ваты на диаметрально противоположных сторонах скважины - для беспрепятственного заряжания скважины и последующего отвода газа, выделяющегося при испарении криогенных жидкостей; на фиг.5 - схема скважины, содержащей горючий компонент в форме сфер со слоями гравия или гальки на верху горючего; на фиг.6 - схема скважинного заряда с горючим компонентом оксиликвита в виде оборки из цилиндров и лент, состоящих из хлопчатобумажных оболочек, заполненных рыхлым горючим материалом, верхняя часть горючего, выполненного в виде сборки из цилиндров и лент, засыпана слоями гравия или гальки; на схеме показано размещение промежуточных детонаторов, на фиг.6 - горизонтальная проекция фиг.5, в поперечном разрезе показана компоновка в скважине заряда в виде сборки из цилиндров и лент; на фиг.7 - разрез по линии A-B фиг.6.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - скважина, 2 - рукав из пленочного материала, 3 - горючий компонент оксиликвита, 4 - зона горючего в скважине с жидким кислородом, полностью заполняющим все свободное пространство между частицами горючего, 5 - промежуточный детонатор, 6 - детонирующий шнур или волновод системы инициирования Нонель, 7 - засыпка из гравия или гальки поверх горючего (фиг.1), 8 - шланг с прорезью 9 на его конце, опущенный в скважину 1 вместе с рукавом 2 (фиг.2), 10 - патрубок для отвода из скважины газообразного хладагента при примораживании рукава к увлажненной поверхности скважины, 11 - лента из минеральной ваты в оболочке из хлопчатобумажной ткани, 12 - контейнер из мешковины (фиг.3), 13 - горючее в форме сфер, цилиндров или лент в оболочках из хлопчатобумажной ткани, заполненных рыхлым горючим материалом (фиг.6 и 7). На фиг.6 показано, что центральные цилиндры, размещенные по оси скважины, выполнены удлиненными, чтобы исключить перекрывание продольных каналов и обеспечить прохождение потоков газа при любом размещении сборок. При этом в зазорах облегчается размещение промежуточных детонаторов 5 (фиг.6).

Примеры применения способа.

Герметизация поверхности скважины. Поверхность скважины герметизируют при любых вариантах ведения взрывных работ оксиликвитами, с этой операции начинают технологию подготовки скважины к заряжанию и взрыванию.

В скважину с увлажненными стенками опускают до ее забоя шланг 8 о рукавом 2 (фиг.2). В шланг подают воздух, выходящий через прорези 9 в конце рукава 2, создавая в рукаве, находящемся в скважине, избыточное давление и прижимая рукав к поверхности скважины, после чего, не снижая давление, в скважине создают циркуляцию воздуха, охлажденного до температуры, обеспечивающей примораживанне пленочного материала рукава к увлажненной поверхности скважины. Циркуляцию охлажденного потока воздуха создают его подачей в шланг 8 через прорези 9 и отводом из скважины через патрубок 10. Холодный поток воздуха подают из вихревой трубы, разделяющей воздух на два потока - нагретый и охлажденный до температуры минус 70^oC, используя компрессор бурового станка. В зимний период холодный воздух подают из атмосферы.

Другой вариант герметизации: в скважину с увлажненной поверхностью (и освобожденную от грунтовой воды) опускают рукав из пленочного материала с грузом на конце. Вместо герметизатора с патрубком 10 (фиг.2) в устье скважины опускают воронку, размещая между устьем скважины и внешней поверхностью воронки верхнюю часть рукава 2. В рукав заливают небольшое количество криогенной жидкости (азота или жидкого воздуха), рукав раздувают избыточным давлением газа от испарения залитого в рукав хладагента, создавая сопротивление свободному выходу из рукава испаряющегося газа. Прижатый к увлажненной поверхности скважины рукав примораживают восходящим потоком газа от испаряющегося хладагента, при этом снятием сопротивления на выходе создают беспрепятственный выход криогенного газа из скважины. Для рукавов применяют пленки из фторопласта марок Ф-40, Ф-4ДВ, Ф-4ДПУ, Ф-4ДП или полиимида марки ПМ-1, сохраняющие эластичность при криогенных температурах.

Герметизация поверхности скважины искусственным льдом: в скважину, освобожденную от грунтовых вод, заливают расчетное количество хладагента - азота или жидкого воздуха, необходимого для наращивания на стенках скважины ледового покрытия толщиной 3-5 мм на всем протяжении скважины.

В скважину опускают шланг с экрано-вакуумной изоляцией и насадкой на конце шланга, создающей кольцевой поток воды (без диспергирования на капли!) в виде сплошного "зонтика" из воды. Шланг с насадкой, образующей на цилиндрической поверхности скважины сплошную пленку воды, постепенно поднимают вверх, а пленка воды в восходящем потоке газа криогенной температуры практически мгновенно превращается в лед. После завершения создания ледового покрытия на стенках скважины шланг быстро опускают к забою скважины и подают воду на забой и стенки, прилегающие к призабойной зоне с образованием льда и в донной части скважины, полностью завершая ее гидроизоляцию.

После герметизации поверхности скважин их подготавливают к ведению взрывных работ оксиликвитами различными вариантами, примеры которых приводятся ниже.

1. В скважину заливают хладагент (азот или жидкий воздух) в количестве не более половины высоты горючего, впервые загружаемого в скважину после заливки первой порции хладагента. Операцию заливки хладагента повторяют во всех скважинах взрываемого блока.

Хладагент, залитый в скважины, не содержащий горючего, имеет контакт лишь с герметизированными стенками скважины в ее призабойной зоне, поверхность контакта имеет весьма небольшую площадь и испарение хладагента происходит медленно с постепенным выделением газа, охлаждающего стенки скважин при минимальных непроизводительных потерях холода.

В устье скважины 1 опускают ленту 11 из минеральной ваты (стекловаты, шлаковаты) в оболочке из хлопчатобумажной ткани, предназначенную для отвода газа, выделяющегося при испарении криогенной жидкости - фиг.3.

На ленте 11 размещают контейнер 12 из мешковины, заполненный горючим материалом 3. В контейнере с горючим размещают и промежуточный детонатор со средством инициирования - детонирующим шнуром или системой Нонель, и контейнер 12 с горючим 3 на ленте 11 опускают до забоя скважины, Ленту 11 размещают на двух диаметрально противоположных сторонах (фиг.4) по всей глубине скважины. Операцию выполняют со всеми скважинами взрываемого блока.

Хладагент, достигающий половины высоты столба загруженного на ленте 11 горючего 3, проникает через мешковину контейнера 12 и контактирует с высокоразвитой поверхностью горючего, что приводит к бурному кипению хладагента.

Примерно половина высоты горючего находится выше уровня жидкого хладагента. Восходящий поток газа криогенной температуры пронизывает массу горючего, охлаждая его и продолжая охлаждать стенки скважины. Операцию проводят во всех скважинах взрываемого блока, за это время в первых скважинах процесс бурного кипения хладагента прекращается, переходя в медленное испарение.

Горючее, расположенное выше уровня жидкого хладагента, глубоко охлаждается восходящим потоком газа криогенной температуры, поэтому при следующей заливке хладагента - до верхнего уровня ранее охлажденного газом горючего, при контакте последнего о жидким хладагентом не будет происходит выделения газа в режиме бурного кипения, а будет лишь медленное испарение. Изложенное резко снижает непроизводительные потери хладагента и позволяет отводить гораздо менее интенсивный поток газа через ленту из минеральной ваты.

Загрузка следующей порции горючего компонента, размещаемого над столбом горючего, ранее охлажденного газом и полностью залитая жидким хладагентом, проводимая со всеми скважинами взрываемого блока, будет охлаждаться газом в аналогичных условиях постепенного испарения азота или жидкого воздуха и т.д. - чередующиеся засыпки горючего> охлаждение его газом и заливки жидким хладагентом с полным погружением в жидкость охлажденных газом порций горючего - проводимые во всех скважинах взрываемого блока проводят до полного формирования скважины зарядов из горючего компонента.

В горючем около устья скважины размещают второй промежуточный детонатор со средством взрывания, присыпают детонатор горючим, и на верх горючего насыпают крупные (20-40 мм) и средние (4-10 мм) фракции гравия или гальку мелкой (40-20 мм) фракции минимум в несколько слоев, предпочтительно высотой до половины диаметра скважины.

В скважину заливают хладагент - азот или жидкий воздух до верхнего уровня гравия, проводя операцию во всех скважинах взрываемого блока, монтируют взрывную сеть, после испарения жидкого хладагента заливают кислород и взрывают.

Лента 11 из минеральной ваты обеспечит отвод газа, образующегося при медленном испарении хладагента и кислорода. При объемной массе минеральной ваты 75 кг/м³ и плотности стекла 2,5 г/см³ свободное пространство составит 97% объема минеральной ваты. Этот объем будет заполнен криогенной жидкостью (что будет препятствовать уплотнению минеральной ваты), и беспрепятственно пропускать пузырьки газа, выделяющегося при испарении криогенной жидкости.

Многократные заливки хладагента, завершающиеся полной заливкой всей массы горючего в скважине криогенной жидкостью и длительной выдержкой до полного ее испарения с последующей заливкой в скважину кислорода обеспечивают глубокое охлаждение массива вокруг скважин с повышением жизненности оксиликвита, что позволит увеличить количество одновременно взрываемых скважин - более ста штук.

При меньшем количестве (несколько десятков) одновременно взрываемых скважин возможно упрощение технологии, излагаемое во втором варианте способа.

2. На дно скважины заливают хладагент - азот или жидкой воздух, загружают горючее в полном объеме, на поверхность горючего засыпают гравий или гальку, охлаждают горючее восходящим потоком газа испаряющегося хладагента, и после полного испарения хладагента в скважину заливают кислород.

В скважину загружают агломерированное горючее, выполненное в форме сфер, колец, седел, применяемых в качестве насадок в аппаратах химической промышленности. Горючее в таких формах создает в скважине структуру, беспрепятственно пропускающую газ, выделяющийся при испарении криогенной жидкости. Агломерированное горючее из элементов, свободные промежутки между которыми заполнены криогенной жидкостью, будет пропускать поднимающиеся при испарении пузырьки газа. При этом окажется возможным исключить применение ленты из минеральной ваты.

Для скважин глубиной до 15 м возможен упрощенный вариант структурированного горючего - смесь крупных опилок с древесными стружками.

3. В скважину заливают кислород в количестве 1/6 - 1/5 высоты формируемого скважинного заряда. Операцию проводят во всех скважинах взрываемого блока. При этом охлаждаются герметизированные стенки скважин, контактирующие с жидким кислородом в призабойной части скважин и с восходящим потоком газа в верхней части скважины. В том же порядке во все скважины взрываемого блока загружают горючее в полном объеме скважинного заряда. Горючее применяют в виде, исключающем образование пылевого облака в атмосфере кислорода с обеспечением беспрепятственного выхода газа при испарении жидкого кислорода. Изложенное достигается применением горючего в оболочках, не допускающих выделения пылевых частиц, причем оболочки выполнены в форме сфер, цилиндров и лент.

Одновременно с загрузкой горючего в скважины закладывают промежуточные детонаторы со средствами инициирования. На поверхность горючего насыпают гравий или гальку в несколько слоев, монтируют взрывную сеть и после охлаждения горючего газообразным кислородом в скважину доливают кислород до верхнего уровня гравия и взрывают.

Кислород заливают с избытком от стехиометрии в 20-30% Испарение избыточного кислорода продолжит дальнейшее интенсивное охлаждение скважинного заряда и окружающих скважину горных пород - на испарение 1 м³ жидкого кислорода необходимо 242 МДж за счет изменения внутренней энергии системы, т.е. снижения температуры заряда и стенок скважины.

Избыток кислорода сверх стехиометрии, оставшийся в заряде после частичного его испарения, не только не будет балластом, но будет служить дополнительным рабочим телом, так как объем газа при температуре 273 К и давлении 760 мм рт. ст. при испарении 1 м³ жидкого кислорода составляет 800 м³.

Избыток кислорода гарантирует отсутствие окиси углерода в продуктах детонации, а отсутствие окислов азота обеспечивается самой рецептурой оксиликвита, не содержащей соединений азота.

Рецептуры оксиликвитов определяются горючими компонентами. Выбор горючего при использовании патронированного оксиликвита был обусловлен требованием его наибольшей адсорбционной способности, что вызвало применение горючих с максимально развитой поверхностью: сажа, древесная мука, целлюлозные материалы, сфагнум, называемые "горючими поглотителями".

При получении оксиликвита в скважине с герметизированной поверхностью заливкой кислорода в предварительно охлажденный до криогенных температур горючий компонент возможно полное заполнение жидким кислородом всего свободного пространства между частицами горючего с исключением его вытекания и потерями лишь от постепенного испарения.

Изложенное позволяет исключить из рецептур оксиликвитов материалы с высокоразвитой поверхностью (и с высокой стоимостью): сажу, активированный уголь, целлюлозные материалы, заменив их более доступными, экономичными и непылящими компонентами.

Возможно в качестве горючего компонента оксиликвита применение даже каменного угля, измельченные частицы которого с плотной структурой не впитывают жидкий кислород и удерживают лишь небольшую часть кислорода (0,5 г/г угля) внешней поверхностью частиц. Для полного сгорания требуется 2,04 г кислорода на 1 г каменного угля.

Стехиометрическая смесь состава 33% каменного угля и 67% кислорода даже без избытка последнего образует в скважине заряд из каменного угля в донной части, смоченного жидким кислородом, и слоя жидкого кислорода поверх этого слоя. Такой заряд не будет детонировать - необходимо равномерное распределение компонентов.

Применяя гранулированную минеральную вату объемной массы 100 кг/м³ и равномерно распределив в ней частицы каменного угля перемешиванием двойной смеси, можно получить детонационноспособную систему рецептуры (в массовых %): Кислород - 64,25 Каменный уголь - 31,5 Минеральная вата - 4,25 плотностью 1,17 г/см³ с равномерным распределением компонентов в объеме скважинного заряда.

Для структурирования состава оксиликвита целесообразно использовать горючий компонент малой плотности, исключив из состава оксиликвита инертные наполнители.

В табл.1 приведены рецептуры оксиликвитов в массовых процентах на основе горючего из смеси измельченного верхового торфа с каменным углем в соотношении 50/50 по массе с различным избытком содержания кислорода в массовых процентах сверх стехиометрии. Каменный уголь фракции 0,2-1,2 мм при содержании частиц менее 0,2 мм не более 7%.

Оксиликвиты на комбинированном горючем состава (в массовых процентах) 70% каменного угля и 30% верхового торфа приведены в табл.2.

Оксиликвит на двойной смеси торф/уголь в соотношении 50/50, содержащий по 16,5% торфа и угля с 20% избытка кислорода сверх стехиометрии (первая таблица) соответствует полному насыщению горючих компонентов (верховой торф впитывает 3,6 г кислорода на 1 г, а каменный уголь - 0,5 г/г угля). Дальнейшее повышение содержания кислорода требует использования других приемов структурирования заряда для равномерного распределения компонентов оксиликвита - применения синтетических горючих меньшей плотности (пенопластов) или распределения горючего> пропитанного кислородом, в виде сфер или цилиндров диаметром, равным длине цилиндра, с заполнением свободного пространства между элементами жидким кислородом - фиг.5 или сборок из цилиндров и лент протяженностью по 1,5 м (фиг.6 и 7).

Наряду с формированием горючего в виде элементов в оболочках из хлопчатобумажной ткани, применяемых преимущественно в способе, где кислород служит хладагентом и окислителем, возможно применение безоболочечных элементов в виде прессованных брикетов в форме колец Рашига, седел Берля и других форм, применяемых для насадок в абсорберах орошения, используемых в химической промышленности.

Свободные промежутки между элементами, заполненные криогенной жидкостью, будут пропускать поднимающиеся при испарении пузырьки газа.

Для скважин глубиной до 15 м возможен упрощенный вариант структурированного горючего - смесь крупных опилок с древесными стружками.

Перспективным компонентом для оксиликвита может стать гранулированный кероген - сланцевый концентрат, содержащий 86-88 органической массы (марка Кероген-90). Технология обогащения керогена была разработана в 50-х годах о целью получения экономичного топлива для ТЭЦ. Удельная поверхность порошка 800-1600 м²/кг. Из-за налета твердых продуктов сгорания на арматуру котлоагрегатов кероген как энергетическое топливо не получил применения. По стоимости кероген на порядок дешевле сажи.

Инициирование детонации.

Скважинный заряд оксиликвита, полученный по описываемой технологии, неоднороден по своему составу: нижняя часть заряда состоит из двойной смеси жидкий кислород - горючее, в которой все свободное пространство между частицами горючего заполнено криогенной жидкостью, а в верхней зоне часть кислорода испарится с возможным образованием системы с недостатком кислорода, достигающим лишь точки "CO".

Встречное инициирование с размещением промежуточных детонаторов у забоя скважины и со стороны ее устья создает условия для полного окисления во вторичных реакциях продуктов детонации избытком кислорода из нижней зоны скважинного заряда.

Заряда из патронированного оксиликвита, изготовленного по известной технологии, безотказно инициируют детонирующим шнуром. Условия, при которых твердое горючее полностью погружено в жидкий кислород, резко снижает его чувствительность к инициирующему импульсу (не снижая чувствительности к тепловому воздействию), что установлено экспериментально.

М. А. Кук исследовал смесь жидкого кислорода с твердым керосином состава 78: 22 весовых процентов. От электродетонатора N 8 смесь не детонировала, а лишь от промежуточного детонатора - литого пентолита 50/50 диаметром 25 мм - Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. Пер. с англ., М., Недра, 1980, с.180.

При воспламенении оксиликвита и горении заряда в условиях замкнутости процесс горения безотказно переходит во взрыв. Такие условия легко воспроизводимы в скважинном заряде, особенно в нижней его части, и инициирование взрыва можно осуществить пиротехническими воспламенителями.

Однако это приемлемо лишь при однорядном взрываний, так как при инициировании скважинных зарядов воспламенением неосуществимо короткозамедленное взрывание.

Известны промежуточные детонаторы из прессованного тротила и сплава тротила с гексогеном применяют для инициирования скважинных зарядов из оксиликвита, подготовленных по описываемой технологии.

Источники информации: 1. Большедворский Г.М. Жидкий кислород на открытых горных работах. -M. -Л., Новосибирск. Горно-геологическое издательство, 1933, с. 58-59.

2. Яхонтов А. Д., Иванов К.И., Зинюк Ю.Н., Усевич И.В. Оксиликвиты, их производство и применение. М.: Металлургиздат, 1958, с.10.

3. Патент РФ 2040772, F 42 D 1/00, 1/08, заявка 92010344/23 от 07.12.92.

Формула изобретения

1. Способ ведения взрывных работ оксиликвитами, включающий заливку в скважину с горючим компонентом оксиликвита жидкого азота, после испарения которого в скважину заливают жидкий кислород, отличающийся тем, что стенки скважины и горючий компонент оксиликвита предварительно охлаждают потоком газа от испаряющегося хладагента - азота или жидкого воздуха, охлажденное газом горючее во всем его объеме контактируют с жидким хладагентом, после испарения которого в скважину заливают жидкий кислород.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в скважину заливают часть хладагента, повторяя операцию во всех заряжаемых скважинах взрываемого блока, охлаждают стенки скважины восходящим потоком газа испаряющегося хладагента, после чего в скважину с хладагентом в призабойной зоне засыпают порцию горючего из расчета частичного погружения в хладагент и охлаждения газом от его испарения, заливают хладагент до верхнего уровня охлажденного газом горючего, после чего засыпают следующую порцию горючего и охлаждают газом с последующей заливкой хладагента, чередующиеся операции засыпки горючего, охлаждения его газом и заливки хладагента продолжают до полного формирования зарядов из горючего компонента, проводя операции последовательно во всех заряжаемых скважинах взрываемого блока.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что после загрузки в скважину горючего на его поверхность насыпают гравий или гальку.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в скважину загружают агломерированное горючее в форме сфер, цилиндров, колец Рашига, седел Берля и их аналогов, применяемых в химической промышленности в качестве насадок в абсорбционных аппаратах, выполняемых формованием со связующими или прессованием с образованием структуры, впитывающей криогенные жидкости и пропускающие газ при их испарении.

5. Способ по любому из пп.1, 2 и 4, отличающийся тем, что в скважину загружают горючее в оболочках, не допускающих выделения пылевидных частиц из содержимого оболочек и не препятствующих проникновению в горючее криогенных жидкостей и выделению газа при их испарении, причем оболочки выполнены в форме сфер, цилиндров и лент.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в скважину опускают до ее забоя изделие из минеральной ваты в виде жгута или ленты в оболочке из хлопчатобумажной ткани, размещая изделие на двух диаметрально противоположных сторонах скважины по всей ее глубине.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважину герметизируют, увлажняя ее поверхность, давлением газа прижимают к увлажненной поверхности рукав из пленочного материала и примораживают пленку циркуляцией газа с низкой температурой.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что скважину герметизируют образованием на ее поверхности ледового покрытия, заливая в призабойную зону хладагент - азот или жидкий воздух, опуская в скважину шланг с насадкой и подавая на стенки скважины воду, замерзающую в восходящем потоке газа, образующегося при испарении хладагента, а после полного испарения последнего воду подают и в призабойную зону для завершения формирования ледового покрытия на всей поверхности скважины.

9. Способ ведения взрывных работ оксиликвитами, включающий охлаждение стенок скважины и горючего компонента оксиликвита жидким азотом, после испарения которого в скважину заливают жидкий кислород, отличающийся тем, что в призабойную зону скважины заливают хладагент - азот или жидкий воздух, засыпают горючее, на поверхность горючего насыпают гравий или гальку, охлаждают горючее и стенки скважины восходящим потоком газа испаряющегося хладагента и после полного испарения хладагента в скважину заливают кислород.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что скважину герметизируют рукавом из полимерной пленки, прижимая рукав к увлажненной поверхности скважины и примораживая пленку циркуляцией газа с низкой температурой, или герметизируют без применения рукава - образованием на поверхности скважины ледового покрытия, образуемого подачей на стенки скважины воды из шланга с насадкой, замерзающей в восходящем потоке газа, образующегося при испарении криогенной жидкости в призабойной зоне.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что в скважину загружают агломерированное горючее в форме сфер, цилиндров, колец Рашига, седел Берля и их аналогов, применяемых в качестве насадок в абсорбционных аппаратах, изготовленных формованием со связующими или прессованием с образованием структуры, впитывающей криогенные жидкости и пропускающие газ при их испарении.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что в скважину загружают горючее в оболочках, не допускающих выделения пылевидных частиц из содержимого оболочек и не препятствующих проникновению криогенных жидкостей и выделению газа при их испарении, причем оболочки выполнены в форме сфер, цилиндров и лент.

13. Способ ведения взрывных работ оксиликвитами, включающий охлаждение стенок скважины и горючего компонента оксиликвита криогенной жидкостью, отличающийся тем, что в призабойную зону скважины заливают жидкий кислород, загружают горючее, охлаждают его в восходящем потоке газообразного кислорода и после охлаждения заливают кислород с избытком от стехиометрии.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что скважину герметизируют рукавом из полимерной пленки, давлением газа прижимая рукав к увлажненной поверхности скважины и примораживая пленку циркуляцией газа с низкой температурой, или герметизируют без применения рукава - образованием на поверхности скважины ледового покрытия, образуемого подачей на стенки скважины воды из шланга с насадкой, замерзающей в восходящем потоке газа, образующегося при испарении криогенной жидкости в призабойной зоне.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что в скважину загружают горючее в оболочках, не допускающих выделения пылевых частиц из содержимого оболочек и не препятствующих проникновению криогенных жидкостей и выделению газа при их испарении, причем оболочки выполнены в форме сфер, цилиндров и лент.

16. Способ по п.13, отличающийся тем, что в скважину загружают агломерированное горючее в форме сфер, цилиндров, колец Рашига, седел Берля и их аналогов, применяемых в качестве насадок в абсорбированных аппаратах, изготовленных формованием со связующими или прессованием с образованием структуры, впитывающей криогенные жидкости и пропускающие пары при их испарении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8