Мобильная взрывная установка-укрытие

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при взрывной отбойке горных пород на карьерах и ведении взрывных работ в стесненных условиях. Сущность изобретения заключается в том, что в кузове установки на виброизолирующей платформе размещена система лазерного инициирования зарядов, выполненная в виде лазера со световодами, проходящими через массивные полые штанги, которые зафиксированы в вертикальной раме установки, к инициаторам взрыва, входы световодов закреплены в заданном порядке коаксиально фотоэлементам в коммутирующем элементе, по геометрической оси которого установлена центральная поворотная призма с вращателем, против входа каждого световода установлены вспомогательные поворотные призмы, оптические оси которых совмещены с оптическими осями соответствующих световодов и центральной поворотной призмы, при этом лазер, вращатель центральной поворотной призмы и фотоэлементы соединены каналами управления и информационной связи с управляющими элементами, а инициаторы взрыва выполнены из смеси энергонасыщенных безопасных к механическим воздействиям составов, чувствительных только к лазерному излучению. Изобретение обеспечивает надежное управление развитием взрыва во времени и пространстве. 4 ил.

Изобретение относится к устройствам, обеспечивающим повышение безопасности и эффективности проведения взрывных работ.

Известно, что чем больше длительность приложения нагрузки, тем значительнее длина развивающихся трещин и интенсивнее дробление пород. Забойка увеличивает продолжительность взрывного импульса на 35-40%. Это вдвое увеличивает долю энергии взрыва на дробление и уменьшает средний размер куска на 60-80% [1]. Запирание продуктов детонации до момента полного разрушения окружающей породы увеличивает время их действия на среду в 6-7 раз, что позволяет снизить удельный расход ВВ на 30% при одновременном улучшении качества дробления [2].

Такое запирание осуществляют различными способами. Так, в способе управления кусковатостью крепких пород посредством герметизации призабойной зоны шпура [3] используется патрон с зарядом метательного ВВ (с субзвуковой скоростью горения), помещаемый у забоя шпура. Патрон удерживается на месте массивной забойной штангой с инициирующим устройством, блокирующей газы после детонации заряда. В предпочтительном варианте изобретения используется механизм монтажа бурильной и забойной штанг на одной стреле буровой каретки. Недостатком данного способа является необходимость использования буровой установки, которая может быть повреждена кусками разлетающейся горной массы ввиду отсутствия укрытия.

Наиболее близким по существу решаемой задачи является самоходная установка для укрытия мест взрыва, включающая транспортное средство в виде ходовой тележки с опорной платформой, на которой размещены пылеуловитель и адсорбер, вертикальную раму с ограждающими элементами для перекрытия окон решетки в виде гибких емкостей, заполненных сыпучим материалом, и секционную, подвешенную на тросах к балке опорной платформы горизонтальную раму с гибкими емкостями с жидкостью и пневмокарманами, причем в вертикальной раме выполнены несколько рядов отверстий, в которых фиксируются проходящие в скважинные заряды, массивные полые штанги с инициирующими устройствами. [4]. Устройство, принятое за прототип заявляемому изобретению, укрывает взрываемый участок уступа по верху и с боковой поверхности уступа, обеспечивая запирание забойки скважин от вылета массивными полыми штангами и предотвращая разлет горной массы, что существенно повышает качество дробления пород и экологичность взрывных работ.

Цель изобретения - обеспечение надежного управления развитием взрыва во времени и пространстве.

Поставленная цель достигается тем, что в мобильной взрывной установке-укрытии, включающей транспортное средство в виде ходовой тележки с опорной платформой, на которой размещены пылеуловитель и адсорбер, вертикальную раму, связанную с опорной платформой противооткатным механизмом с возможностью перемещения и наклона ее относительно опорной платформы, снабженную ограждающими элементами в виде гибких емкостей с сыпучим материалом и несколькими рядами отверстий, в которых фиксируются проходящие в скважинные заряды массивные полые штанги с инициаторами взрыва, и секционную, подвешенную на тросах к балке опорной платформы горизонтальную раму с гибкими емкостями с жидкостью и пневмокарманами, имеющими перепускные клапаны для выпуска жидкости под давлением в установленную на горизонтальной раме над гибкими емкостями герметичную емкость, согласно изобретению в кузове установки на виброизолирующей платформе размещена система лазерного инициирования зарядов, выполненная в виде лазера со световодами, проходящими через массивные полые штанги к инициаторам взрыва; входы световодов закреплены в заданном порядке коаксиально фотоэлементам в коммутирующем элементе, по геометрической оси которого установлена центральная поворотная призма с вращателем, против входа каждого световода установлены вспомогательные поворотные призмы, оптические оси которых совмещены с оптическими осями соответствующих световодов и центральной поворотной призмы, при этом лазер, вращатель центральной поворотной призмы и фотоэлементы соединены каналами управления и информационной связи с управляющими элементами; а инициаторы взрыва выполнены из смеси энергонасыщенных безопасных к механическим воздействиям составов, чувствительных только к лазерному излучению.

Сопоставительным анализом с прототипом установлено отличие заявляемого устройства, заключающееся в наличии системы лазерного инициирования зарядов, выполненной определенным образом. Таким образом, заявляемая мобильная взрывная установка-укрытие соответствует критерию изобретения "новизна". При изучении других решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, выявлены не были и поэтому они обеспечивают ему соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг.1 схематично изображена установка в рабочем положении, вид сбоку; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 -. узел Б на фиг.1; на фиг. 4 - схема устройства для лазерного инициирования группы зарядов ВВ с отметкой его момента.

Мобильная взрывная установка-укрытие включает выполненные в виде решеток вертикальную раму 1 и горизонтальную раму 2, состоящую из секций 3. Вертикальная рама 1 связана с опорной платформой 4 транспортного средства, выполненного в виде массивной ходовой тележки 5, с помощью гидроцилиндров 6, 7, противооткатного механизма 8 и опорного элемента 9 с катками 10, позволяющими ей перемещаться и наклоняться относительно опорной платформы 4. Горизонтальная рама 2 тросами 11 подвешена к балке 12 опорной платформы 4, которая через упор 13 гидроцилиндром 14 может поворачиваться вокруг шарнира 15 для складывания горизонтальной рамы 2 в транспортное положение. Вертикальная рама 1 и горизонтальная рама 2 снабжены ограждающими элементами для перекрытия окон решетки, выполненными в виде гибких емкостей 16, изготовленных, например, из резинокордовой ткани. Гибкие емкости 16 вертикальной рамы 1 заполнены сыпучим материалом. например песком (фиг.3), а гибкие емкости горизонтальной рамы 2 заполняются жидкостью из герметичных емкостей 17 через перепускные клапаны 18, служащие для выпуска этой жидкости под давлением в герметичные емкости 17. В нижней части этих емкостей выполнены пневмокарманы 19, заполняемые сжатым воздухом через штуцеры 20 (см. фиг.2), и гибкий шланг 21 от компрессора 22, установленного на опорной платформе 4. В верхней части одной из герметичных емкостей 17, соединенных между собой трубами 23, имеется отверстие с заглушкой 24 для заправки ее жидкостью. Герметичные емкости 17 установлены на горизонтальной раме 2 над гибкими емкостями 16 и их утолщенное днище 25 служит жесткой плитой для последних. Такая же жесткая плита 26 установлена на вертикальной раме 1 (см. фиг.3). Зазор между секциями 3 соединяет пространство над поверхностью уступа 27 с замкнутым пространством 28, образованным над горизонтальной рамой 2 эластичным кожухом 29, выполненным, например, из прочной ткани. Пространство 28 соединено гибким пылепроводом 30 с пылеуловителем 31, установленным на опорной платформе 4. Из последнего очищенный от пыли воздух поступает в адсорбер 32, также установленный на платформе 4. По контуру горизонтальной рамы 2 закреплен герметизирующий фартук 33, выполненный, например, из резинотросовой ленты. Горизонтальная рама 2 выполняется такой ширины, чтобы накрыть ею всю поверхность взрываемого зарядами ВВ в скважинах 34 уступа с запасом, обусловленным требованиями Правил безопасности. На балке 12 установлены направляющие 35 для фиксации горизонтальной рамы 2 в транспортном положении. Гибкие емкости с жидкостью 16 в горизонтальной раме 2 подвешены в окнах решетки на цепных сетях 36. Между гибкими емкостями 16 вертикальной рамы 1 выполнены несколько рядов отверстий 37 с шагом, соответствующим размеру сетки взрывных скважин. Через фиксаторы 38 этих отверстий проходят массивные полые штанги 39 с инициаторами взрыва 40, световоды 41 от которых проходят через полость штанги 39 (см. фиг.3). Световоды 41 выполнены такой длины, чтобы соединить данный заряд с коммутирующим элементом 42 системы лазерного инициирования зарядов 43. Входы световодов 41 закрепляют коаксиально фотоэлементам 44 в той последовательности, в какой необходимо взрывать эти заряды ВВ согласно проектной схеме (см. фиг. 4). Входная оптическая ось центральной поворотной призмы 45 постоянно совмещена с лазерным лучом 46, а выходная ось - с входной оптической осью той вспомогательной поворотной призмы 47, выходная оптическая ось которой совмещена с входом световода 41 заряда, в который должен поступить первый инициирующий импульс лазерного излучения. Управляющий элемент 48, например микроЭВМ, соединен каналом управления 49 с лазером 50, каналами информационной связи 51 с фотоэлементами 44 и каналами информационной связи 52 и 53 с вращателем 54 центральной поворотной призмы 45. Для снижения вредного влияния сейсмики взрыва на лазер систему лазерного инициирования зарядов 43 размещают, например, на виброизолирующей платформе 55.

Мобильная взрывная установка-укрытие работает следующим образом.

Мобильную взрывную установку-укрытие с помощью ходовой тележки 5 подгоняют к подготовленному для взрыва участку уступа, предварительно подняв гидроцилиндром 14 через упор 13 вокруг шарнира 15 горизонтальную раму 2 выше поверхности уступа. Гидроцилиндрами 6, 7 вертикальную раму 1 смещают вплотную к поверхности откоса уступа с помощью опорного элемента 9 по каткам 10, обеспечивая при этом совпадение отверстий 37 со взрывными скважинами 34. Гидроцилиндром 14 через упор 13 вокруг шарнира 15 приводят балку 12 в горизонтальное положение и тросами полиспастной системы 11 опускают горизонтальную раму 2 на поверхность уступа. Затем через отверстие с заглушкой 24 и трубы 20 (фиг.2) заполняют жидкостью (например, водой - летом, глицерином, рассолами - зимой) герметичные емкости 17 секций 3, которая из них через перепускные клапаны 18 поступает непосредственно в гибкие емкости 16, они своей нижней частью, выполненной в виде пневмокарманов 19 со сжатым воздухом, вплотную прижимаются к поверхности уступа 27, что снижает динамический удар по ним при взрыве. Для обеспечения необходимого давления в пневмокарманах 19 от компрессора 22 по шлангу 21 через штуцеры 20 в них подают сжатый воздух. Устройство готово к работе.

Затем через отверстия 37 проводят зарядку взрывных скважин 34 и вводят до полного соприкосновения с зарядом полые массивные штанги 39 с установленными в них оптическими инициаторами взрыва 40 со световодами 41. После полного контакта инициирующего устройства 40 с зарядом ВВ массивную полую штангу 39 фиксируют фиксатором 38, выполненным, например, в виде резьбового или клинового соединения. Зарядка скважин 34 может быть выполнена заранее. Затем производят монтаж взрывной сети соединением световодов 41 каждой скважины с коммутирующим элементом 42 системы лазерного инициирования зарядов 43. Непосредственно перед взрывом запускают пылеуловитель 31 для улавливания пыли из горячих газов и включают систему лазерного инициирования скважинных зарядов.

Управляющий элемент 48 (например, микроЭВМ) по управляющему каналу 49 посылает лазеру 50 исполнительную команду на выдачу инициирующего импульса. После прохождения через поворотные призмы 45 и 47 лазерный луч 46 попадает на вход световода 41, освещая своей краевой зоной фотоэлемент 44, поскольку для зажигания вещества лазерным излучением используют обычно центральную, наиболее энергонасыщенную часть луча по уровню > 0,8. По световоду 41 световой луч 46 поступает в инициатор взрыва 40. При использовании в качестве инициатора взрыва детонации ВВ шашки, спрессованной из смеси невзрывчатых компонентов, чувствительных к световому импульсу, например смеси Ti+В, в них под действием лазерного излучения возбуждается реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), адиабатическая температура горения которой превышает 3000 К, в то время как для возбуждения химической реакции разложения промышленных ВВ при малых давлениях достаточна температура порядка 1000-1200 К. Химическая энергия реакции разложения ВВ развивается далее в детонационную волну по обычному механизму.

После поступления в управляющий элемент 48 по каналу связи 51 информационной связи сигнала от фотоэлемента 44 о подаче светового импульса в данный световод 41 управляющий элемент 48 фиксирует этот момент времени как исходный и начинает отсчет от него времени замедления для следующего заряда ВВ. Одновременно по управляющему каналу 52 управляющий элемент 48 выдает команду вращателю 54 центральной поворотной призмы 45 на совмещение выходной оптической оси последней с входной оптической осью вспомогательной поворотной призмы 47 следующего световода 41, в который должен поступить следующий импульс согласно проектной схемы взрывания. По информационному каналу связи 53 управляющий элемент 48 получает подтверждение об исполнении команды на поворот центральной поворотной призмы 45 и готовности, таким образом, устройства к повторению цикла инициирования. По истечении заданного проектной схемой интервала замедления управляющий элемент 48 по каналу управления 49 выдает лазеру 50 команду на подачу импульса, и цикл инициирования повторяется.

При взрыве зарядов ВВ в скважинах 34 верхнего слоя массивные полые штанги 39 удерживают забойку до прорыва продуктов детонации через трещины, передавая нагрузку на раму 1, через нее на массивную ходовую тележку 5 и существенно повышая качество дробления, при этом обеспечивается защита гибких емкостей 16 рамы 1 от непосредственного воздействия продуктов детонации, обладающих высокими температурой и давлением. Затем начинается подвижка отбиваемого объема горных пород вверх и частично в сторону откоса уступа. Основная доля энергии взрыва расходуется на дробление горных пород, деформирование гибких емкостей 16 с жидкостью на раме 2 и некоторое ее смещение. В момент первого жесткого удара газов и породы деформируются вначале пневмокарманы, смягчая воздействие на гибкие емкости 16 с жидкостью и облегчая работу жидкостного демпфера, при этом цепные сети 36 защищают гибкие емкости 16 секций 3 от повреждения острыми краями кусков разрушенной горной породы. Когда деформация гибких емкостей 16, зажатых между жестким днищем 25 и поверхностью уступа 27, достигает предела, открываются перепускные клапаны 18 и жидкость поступает в герметичные емкости 17, перераспределяясь между ними по трубам 23. Подбором сечения перепускных клапанов 18 создают необходимое сопротивление истечению жидкости. Усилия от взрываемого массива на вертикальную раму 1 через противооткатный механизм 8 передается на опорную платформу 4 и энергия взрыва окончательно гасится. При этом виброизолирующая платформа 55 гасит воспринимаемые опорной платформой 4 ударные нагрузки, защищая лазерную систему инициирования 43 от перегрузок. После начала подвижки взрываемого массива происходит залповый прорыв пылегазового потока из массива через зазоры между секциями 3 и цепные сети в замкнутое пространство 28 под эластичный кожух 29 и по гибкому пылепроводу 30 пылегазовый поток поступает в пылеуловитель 31, где происходит его очистка. Фартук 33 по контуру горизонтальной рамы 2 предотвращает прорыв пылегазового потока из-под укрытия в атмосферу. Очищенный от пыли газовый поток с ядовитыми газами продуктов взрыва, содержащими оксиды углерода и азота, поступает в адсорбер 32, где эти газы улавливаются, и очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. После взрыва тросами 11 горизонтальную раму 2 приподнимают над взорванной горной массой. Гидроцилиндрами 6 и 7 отводят вертикальную раму 1 от взорванного уступа. Устройство перемещают к подготовленному для взрыва участку уступа и цикл повторяют. При перегоне на большие расстояния жидкость из устройства сливают в резервную емкость, горизонтальную раму 2 тросами 11 поднимают вплотную к балке 12 и фиксируют направляющими 35. Затем поворотом вокруг шарнира 15 через упор 13 гидроцилиндром 14 балку 12 с горизонтальной рамой 2 складывают в транспортное положение.

Таким образом, заявляемая мобильная взрывная установка-укрытие обеспечивает отбойку горных пород строго по заданной проектной схеме с фиксированием момента взрыва каждой скважины, при этом используются безопасные и надежные системы взрывания, что позволяет достичь поставленной цели.

Источники информации 1. Друкованый М.Ф. Новые методы и перспективы развития взрывных работ на карьерах. - М.: Наука, 1966. - 182 с.

2. Мосинец В.Н., Абрамов А.В. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород. - М.: "Недра", 1982. - 248 с.

3. Способ управления кусковатостью крепких пород посредством герметизации призабойной зоны шпура. Заявка 95/28551 РСТ, МКИ⁵ Е 21 С 37/14, F 42 D 1/22,3/04 /Watson John D. , Young Chapman; Sunburst Excavation. - US 94/04135; Заявл. 14.04.94; Опубл. 26.10.95.

4. Шевкун Е.Б., Мирошников В.И., Леоненко Н.А., Павлова Н.А. Устройство для укрытия мест взрыва. - Патент РФ 2164002, 2001 (прототип).

Формула изобретения

Мобильная взрывная установка-укрытие, включающая транспортное средство в виде ходовой тележки с опорной платформой, на которой размещены пылеуловитель и адсорбер, вертикальную раму, связанную с опорной платформой противооткатным механизмом с возможностью перемещения и наклона ее относительно опорной платформы, снабженную ограждающими элементами в виде гибких емкостей с сыпучим материалом и несколькими рядами отверстий, в которых фиксируются проходящие в скважинные заряды массивные полые штанги с инициаторами взрыва и секционную, подвешенную на тросах к балке опорной платформы горизонтальную раму с гибкими емкостями с жидкостью и пневмокарманами, имеющими перепускные клапаны для выпуска жидкости под давлением в установленную на горизонтальной раме над гибкими емкостями герметичную емкость, отличающееся тем, что в кузове установки на виброизолирующей платформе размещена система лазерного инициирования зарядов, выполненная в виде лазера со световодами, проходящими через массивные полые штанги к инициаторам взрыва, входы световодов закреплены в заданном порядке коаксиально фотоэлементам в коммутирующем элементе, по геометрической оси которого установлена центральная поворотная призма с вращателем, против входа каждого световода установлены вспомогательные поворотные призмы, оптические оси которых совмещены с оптическими осями соответствующих световодов и центральной поворотной призмы, при этом лазер, вращатель центральной поворотной призмы и фотоэлементы соединены каналами управления и информационной связи с управляющими элементами, а инициаторы взрыва выполнены из смеси энергонасыщенных безопасных к механическим воздействиям составов, чувствительных только к лазерному излучению.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4