Способ разрушения горных пород

 

Назначение: разрушение горных пород нисходящими вертикальными и наклонными скважинами. Сущность изобретения: в скважину, содержащую жидкий азот, опускают артиллерийский ствол, содержащий нагретую воду, удерживаемую мембраной, закрепленной у дульного среза. Выстрелом разрушают мембрану и выбрасывают нагретую воду в количестве, в совокупности с энтальпией пороховых газов необходимом и достаточном для полного превращения криогенной жидкости, содержащейся в скважине, в газ. Изобретение обеспечивает повышение эффективности разрушения за счет энтальпии пороховых газов. 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разрушения горных пород при открытой разработке полезных ископаемых.

Известно разрушение горных пород взаимодействием в скважине воды с криогенной жидкостью - азотом в режиме физического взрыва. Давлением сжатого воздуха подают из бака высокоскоростной поток нагретой воды, пропуская его через ствол артиллерийского орудия, дульную часть которого опускают в скважину на глубину, превышающую длину отката ствола при физическом взрыве [1].

Недостатки прототипа: вертикальная компановка бака над артиллерийским стволом с возможностью совместного движения бака и ствола при откате, необходимость компрессора сжатого воздуха и синхронного дистанционного открытия клапанов на коммуникации сжатого воздуха, шибера на патрубке горячей воды и орудийного затвора и их закрытия после выброса воды усложняют конструкцию оборудования и его эксплуатацию.

Технической задачей изобретения является упрощение оборудования, конверсионное использование пороховых артиллерийских зарядов и повышение эффективности разрушения за счет энтальпии пороховых газов.

Для достижения поставленной цели ствол артиллерийского орудия, который перекрывают мембраной, закрепленной у дульного среза, заполняют нагретой водой в количестве, в совокупности с энтальпией пороховых газов, необходимом и достаточном для полного превращения криогенной жидкости в газ, ствол опускают в скважину на глубину, превышающую длину отката ствола при выстреле и физическом взрыве и, разрушая выстрелом мембрану, выбрасывают в скважину нагретую воду.

Схема способа представлена на чертеже, где приняты следующие обозначения: 1 - ствол артиллерийского орудия, 2 - казенник, 3 - затвор, 4 - заряд пороха, 5 - ломающаяся мембрана, 6 - патрубок, скрепленный с дульным срезом шлицевым соединением, 7 - скважина.

Тормоз отката, накатник, люлька и система крепления ствола в вертикальном положении с возможностью поворотов при ведении взрывных работ наклонными скважинами, на чертеже не представлены, Артиллерийские установки калибром 240-280 мм характеризуются большой массой, затрудняющей их компановку в виде навесного оборудования. Их следует размещать на опоре, используя ходовую часть той же артиллерийской системы с реконструкцией лафета из-за вертикальной ориентации ствола, которая потребует дополнительных наклонных опор, концами закрепляемых в грунте.

Бак для жидкого азота, снабженный экранно-вакуумной изоляцией, устанавливают на поворотном механизме, закрепленном на вертикальной опоре, удерживающей ствол, или на отдельной опоре. На сливной трубе бака шаровой затвор с дистанционным управлением (Быков А.Ф. Быстродействующие клапаны с шаровым затвором. "Конверсия в машиностроении", 1994, N 4. - С. 49).

Компановка описанного оборудования соединена со средством ее перемещения жесткой связью, позволяющей устанавливать артиллерийский ствол над скважиной взрываемого блока с надежным удалением средства передвижения от бровки уступа.

Для дистанционного управления выстрелом применяют электрические спусковые механизмы, предпочтительно электромагнитные, так как последние не требует существенных конструктивных изменений затвора и капсюльной втулки (Орлов Б. В., Ларман Э.К., Мальков В.Г. Устройство и проектирование стволов артиллерийских орудий. Под ред. Б.В.Орлова. М.: Машиностроение. 1976, - С. 332).

Производительность способа может быть повышена одновременным проведением работ в нескольких, например в трех, скважинах при следующей последовательности операций.

Орудийные стволы транспортируют к месту ведения работ в горизонтальном положении. Над скважинами стволы переводят в вертикальное положение, проверяя надежность ориентации пробными опусканиями стволов в скважины, после чего стволы устанавливают в наклонном положении для прогревания циркуляцией нагретого газа или воды. Температура теплоносителей 95-99oC.

Ломающиеся мембраны устанавливают между патрубком и дульным срезом, скрепляемыми шлицевым соединением. Стволы ориентируют вертикально над скважинами, заполняют водой, нагретой до 95-99oC, в казенную часть помещают пороховой заряд, картуз с порохом экранируют со стороны ствола полимерной пленкой и стволы поднимают вверх на высоту, необходимую для размещения над скважиной бака с жидким азотом. Операцию выполняют с тремя стволами.

Из автоцистерны для перевозки криогенных жидкостей заполняют баки азотом. После заполнения всех баков и отъезда автоцистерны баки поворотными механизмами ориентируют над скважинами и одновременно открывают шаровые затворы, после чего дистанционно управляемыми поворотными механизмами баки отводят на 90-120oC назад, освобождая пространство над скважинами.

Дистанционно управляемыми механизмами опускают артиллерийские стволы в скважины на глубину, превышающую длину отката стволов при выстреле и физическом взрыве, и включают ток для срабатывания электромагнитных спусковых механизмов. После выстрела происходит физический взрыв жидкого азота в скважине.

При проведении следующего цикла разрушения горных пород в заранее пробуренных скважинах прогрев артиллерийских стволов циркуляцией теплоносителей не потребуется.

К ломающимся мембранам предъявляются минимальные требования: в статике нагрузка на мембрану равна давлению столба воды, что позволит применять керамические или пластмассовые мембраны. При выстреле колоссальная импульсная нагрузка гарантирует их разрушение - калибровка мембран, необходимая для их применения в узком диапазоне изменения нагрузок, не требуется.

Пример применения способа. При калибре орудия 240 мм и снятом лейнере канал ствола будет 280 мм длиной 3,6 м - при длине ствола 15 калибров. Объем канала 220 л. При коэффициенте заполнения 0,85 масса нагретой воды 187 кг. Принимая температуру воды перед выбросом из ствола в скважину 90oC, а после ударного контакта с жидким азотом температуру воды 2oC, при 10% потерь при тепломассообмене это количество воды испарит 310 кг жидкого азота.

Пороховой заряд массой 25 кг с теплотой сгорания пороха 900 ккал/кг с учетом 15% потерь при тепломассообмене, испарит 400 кг азота. Всего при физическом взрыве будет превращено в газ 710 кг жидкого азота с образованием объема 568 м3 газа при нормальных условиях.

При толщине стенки ствола у дульного среза 25 мм внешний диаметр артиллерийского ствола 330 мм. Кольцевой зазор между стволом и стенками скважины 5-10 мм. Диаметр скважины должен быть 340-350 мм - скважины бурят под стволы орудий имеющихся калибров.

Стоимость килограмма жидкого азота эквивалентна стоимости одного киловатчаса, что дешевле стоимости взрывчатых веществ местного изготовления простейшего состава на основе аммиачной селитры с горючими. Используются пороховые заряды картузного снаряжения с получением полезной работы разрушения.

Наряду с азотом может быть применен эквивалент - жидкий воздух, что позволит упростить оборудование для получения криогенной жидкости в передвижных установках, что особенно важно при ведении взрывных работ вдали от индустриальных центров, поставляющих жидкий азот.

Выброс нагретой воды выстрелом из пушки создает практически мгновенный ударный контакт двух жидкостей, что является оптимальным условием для эффективного развития физического взрыва с формированием ударных волн.

Отвод артиллерийского орудия способствует работе разрушения среды поршневым давлением газа, удерживаемого в скважине до полного разрушения массива, так как в отличие от общепринятой забойки ствол из скважины не выбрасывается.

Литература 1. Патент РФ 2026989, кл. E 21 C 37/00, 1995.

Формула изобретения

Способ разрушения горных пород взаимодействием в скважине криогенной жидкости - азота с водой в режиме физического взрыва, согласно которому в скважину на глубину, превышающую длину отката ствола при физическом взрыве, выбрасывают нагретую воду, отличающийся тем, что ствол артиллерийского орудия, который перекрывают мембраной, закрепленной у дульного среза, заполняют нагретой водой в количестве, в совокупности с энтальпией пороховых газов необходимом и достаточном для полного превращения криогенной жидкости в газ, ствол опускают в скважину на глубину, превышающую длину отката ствола при выстреле и физическом взрыве, и, разрушая выстрелом мембрану, выбрасывают в скважину нагретую воду.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области разрушения электрическими разрядами горных пород при проходке горных выработок, бурении скважин, а также бетонных изделий и др

Изобретение относится к области строительных и горных работ и может быть использовано для раскалывания искусственных и естественных каменных материалов

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к способу и устройству для взрывания твердых скальных пород с использованием в высокой степени нечувствительного энергетического материала, зажигаемого с помощью электрического разряда с умеренно высокой энергией, что приводит к растрескиванию и разрушению скальной породы

Изобретение относится к области разрушения пород, в частности к электрическим способам разрушения и включает пять вариантов выполнения

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано, например, при управлении трудно обрушаемой кровлей, сохранении горных выработок, дегазации горного массива и т.д

Изобретение относится к горным работам, осуществляемым, например, при разрушении негабаритных камней, сооружений из камня, кирпича, бетона, отбойке штучных блоков, проходке туннелей, и может быть использовано в процессе добычи полезных ископаемых

Изобретение относится к горным работам, осуществляемым, например, при разрушении негабаритных камней и валунов, сооружений из кирпича, бетона, отбойке штучного камня и блоков, проходке туннелей, и может быть использовано в процессе добычи полезных ископаемых и драгоценных и полудрагоценных камней

Изобретение относится к технике отработки крутопадающих угольных пластов, в частности к устройствам для ликвидации зависаний в углеспускных печах и рудоспусках, и содержит направляющую трубу, метательный заряд и механизм крепления трубы, в которой на ее концах установлены две разрывные мембраны и установлены связанные между собой разрушаемой жесткой связью два поршня, между которыми расположен метательный заряд, при этом метаемый элемент выполнен с плоской головной частью и профилированным дном и размещен в верхней части трубы, упираясь своим дном в разрывную мембрану, а в объеме между мембранами и поршнями размещена жидкость, например вода

Изобретение относится к горной промышленности, может быть использовано для безвзрывного отделения от массива монолитных блоков пород при добыче природного камня, проходке горных выработок и т.д., а также разрушения различных объектов и позволяет повысить надежность работы силового элемента

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для разрушения горных пород при открытой разработке полезных ископаемых

Изобретение относится к ударным механизмам, которые могут быть использованы в машинах для разработки скальных пород и мерзлых грунтов в горной и строительной промышленностях

Изобретение относится к области горного дела, в частности к машинам ударного действия, и может быть использовано в качестве ударного механизма для бурения шпуров в породах высокой крепости

Изобретение относится к ударным механизмам, которые могут быть использованы в машинах для разработки скальных пород и мерзлых грунтов в горной и строительной промышленностях

Изобретение относится к камнедобывающей и горной промышленности и может быть использовано для разрушения каменных, бетонных, железобетонных конструкций и т.д

Изобретение относится к устройствам ударного действия и может быть использовано для разрушения горных пород, формообразования материалов, выполнения различных работ в строительстве

Изобретение относится к устройствам для разрушения упругохрупких материалов, преимущественно горных пород, и может быть использовано в машинах ударного действия, разрушающих материалы путем ударного внедрения в среду
Изобретение относится к горнодобывающей и строительной промышленности, связано с работами при проходке железнодорожных тоннелей и метро, при добыче поделочных и полудрагоценных камней, при разрушении естественных и искусственных преград

Изобретение относится к строительному и дорожному машиностроению, в частности к рабочим органам для послойного разрушения массива при предварительной его разработке

Способ разрушения горных пород, разрушение горных пород

Наверх