Способ заряжания скважин

 

Изобретение относится к области горного дела, в частности к способам заряжания взрывных скважин, и может быть использовано на открытых горных работах при карьерной разработке месторождений полезных ископаемых. Технический результат, который может быть получен от использования изобретения, состоит в повышении производительности буровзрывных работ за счет использования глубоких скважин, заряжаемых с использованием механизированных зарядных установок. Способ заряжания скважин эмульсионным ВВ, сенсибилизированным методом газогенерации, заключается в приготовлении эмульсионного ВВ в смесительно-зарядной машине и введении в эмульсионную матрицу газогенерирующей добавки. Затем производят заряжание скважины эмульсионным ВВ с применением водяной забойки. До проведения взрывных работ предварительно задаются критическим диаметром детонации заряда, который принимают равным не менее 0,5 диаметра скважины. Затем по эмпирической зависимости определяют относительную плотность заряда ВВ, соответствующую вышеуказанному критическому диаметру детонации заряда данного ВВ, и на основании полученных данных расчетным путем определяют изменение плотности ВВ по глубине скважины в зависимости от высоты столба водяной забойки и исходной плотности ВВ. При зарядке скважины эмульсионное ВВ сенсибилизируют методом газогенерации до плотности, при которой в донной части заряжаемой скважины сохраняется плотность ВВ, меньше, чем его критическая плотность для данного диаметра скважины.

Изобретение относится к области горного дела, в частности к способам заряжания взрывных скважин, и может быть использовано на открытых горных работах при карьерной разработке месторождений полезных ископаемых.

Из литературы известен способ заряжания скважин комбинированными зарядами взрывчатых веществ (ВВ) из водоустойчивого и неводоустойчивого ВВ. При этом в обводненную скважину засыпается заряд водоустойчивого ВВ по высоте, равной высоте столба воды. После определенной выдержки времени, равной 12-24 часа, на водоустойчивое ВВ в верхнюю сухую часть скважины подают неводоустойчивое ВВ (см. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. М.: Недра, 1983, с. 135).

Недостатком способа является большая длительность заряжания, а также использование водоустойчивых и неводоустойчивых типов ВВ, что повышает стоимость взрывных работ.

В последнее время все большее распространение находят эмульсионные взрывчатые вещества, имеющие ряд существенных преимуществ перед другими типами промышленных ВВ. В составе эмульсионных ВВ отсутствуют взрывчатые компоненты, они водоустойчивы, дешевы, отличаются низкой чувствительностью к механическим воздействиям и поддаются механизированному заряжанию. При этом в качестве способа придания эмульсионной матрице взрывчатых свойств чаще всего используется введение в нее раствора газогенерирующей добавки, содержанием и концентрацией которой регулируют плотность эмульсионного ВВ.

Известен способ заряжания скважин при карьерной разработке месторождений полезных ископаемых эмульсионным ВВ, сенсибилизированным методом газогенерации, включающий приготовление эмульсионного ВВ в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсионную матрицу газогенерирующей добавки, заряжание скважины эмульсионным ВВ сенсибилизированным методом газогенерации с применением водяной забойки (см., например, патент RU №2088893, F 42 D 1/00, 1997).

Недостатком этого способа, как и других известных способов заряжания скважин с применением эмульсионного ВВ, сенсибилизированного методом газогенерации, является большая вероятность отказа заряда ВВ при взрывании ввиду следующих обстоятельств.

При заряжании глубоких (до 50 м) скважин эмульсионным ВВ, сенсибилизированным методом газогенерации, газовые пузырьки, распределенные в эмульсии и выполняющие функцию "горячих точек", сжимаются под воздействия гидростатического давления колонки заряда и забойки, приводя к увеличению плотности эмульсионного ВВ по мере возрастания глубины скважины.

Экспериментальным путем было определено влияние изменения плотности на детонационную способность эмульсионных ВВ. В первом приближении график зависимости критического диаметра детонации от относительной плотности различных эмульсионных ВВ представляет собой гиперболическую кривую с резким ростом значений в интервале относительной плотности от 0,9 до 1,0 (по оси X) и диаметре заряда (по оси Y) от 20 до 360 мм. Таким образом, если учесть влияние веса водяной забойки и веса ВВ, расположенного в скважине по всей ее глубине, на увеличение плотности ВВ, расположенного на дне скважины, становятся понятны причины отказов, возникающих при взрыве зарядов эмульсионных ВВ, размещенных в глубоких скважинах.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности проведения взрывных работ с применением зарядов эмульсионных ВВ, размещенных в глубоких скважинах.

Технический результат, который может быть получен от использования изобретения, состоит в повышении производительности буровзрывных работ за счет использования глубоких скважин, заряжаемых с использованием механизированных зарядных установок.

Указанный технический результат достигается за счет применения способа заряжания скважин эмульсионным ВВ, сенсибилизированным методом газогенерации, включающего приготовление эмульсионного ВВ в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсионную матрицу газогенерирующей добавки, заряжание скважины эмульсионным ВВ сенсибилизированным методом газогенерации с применением водяной забойки, в котором предварительно задаются критическим диаметром детонации заряда, принимаемым равным не менее 0,5 диаметра скважины, затем по эмпирической зависимости определяют относительную плотность заряда ВВ, соответствующую вышеуказанному критическому диаметру детонации заряда данного ВВ и на основании полученных данных, расчетным путем определяют изменение плотности ВВ по глубине скважины в зависимости от высоты столба водяной забойки и исходной плотности ВВ, а при зарядке скважины эмульсионное ВВ сенсибилизируют методом газогенерации до плотности, при которой в донной части заряжаемой скважины сохраняется плотность ВВ меньше его критической плотности для данного диаметра скважины.

В указанную совокупность включены признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения поставленного технического результата во всех случаях использования изобретения, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Способ заряжания скважин эмульсионным ВВ сенсибилизированным методом газогенерации включает приготовление эмульсионного ВВ в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсионную матрицу газогенерирующей добавки и заряжание скважины эмульсионным ВВ сенсибилизированным методом газогенерации с водяной забойкой. Перед проведением работ по зарядке скважины предварительно задаются критическим диаметром детонации заряда, который принимают равным не менее 0,5 диаметра скважины для надежности проведения взрыва. Затем по эмпирической зависимости, составленной для зарядов из различных ВВ, определяют относительную плотность заряда, соответствующую вышеуказанному критическому диаметру детонации заряда данного ВВ. Определение производят по известной методике, описанной в литературе (см., например, М.А. Кук “Наука о промышленных взрывчатых веществах”. М.: Недра, 1980, с.250).

На основании полученных данных расчетным путем определяют изменение плотности ВВ по глубине скважины в зависимости от высоты столба водяной забойки и исходной плотности ВВ. При зарядке скважины эмульсионным ВВ производят его насыщение газом до достижения исходной плотности, при которой в донной части заряжаемой скважины плотность ВВ будет меньше, чем его критическая плотность для данного диаметра скважины.

Пример конкретного осуществления способа.

В качестве примера рассматривается расчет исходной плотности эмульсионного ВВ "Сибирит-1200".

Для обеспечения достаточной полноты взрывчатого превращения заряда необходимо, чтобы его диаметр, т.е. диаметр скважины, как минимум в 2 раза превышал величину критического диаметра ВВ при данной плотности. Исходя из того, что диаметр скважин обычно составляет более 200 мм, определяется значение критической плотности "Сибирита-1200", при которой его критический диаметр в прочной оболочке был бы равен 100 мм.

Поскольку максимально возможная плотность негазифицированной эмульсии "Сибирита-1200" равна 1,33 г/см³, а значение относительной плотности при указанной величине критического диаметра детонации составляет 0,96, критическая плотность должна быть ограничена величиной 1,28 г/см³.

Принимаем высоту водяной забойки равной 7 метров для скважины глубиной 50 метров.

Плотность холодной эмульсии "Сибирита-1200" принимаем равной 1,33 г/см³. Тогда плотность "Сибирита-1200" на различной глубине скважины можно рассчитать, исходя из того, что на слой ВВ, находящийся на глубине Н, действует давление, равное сумме давлений - атмосферного, столба воды - забойки и столба ВВ, расположенного между определяемым слоем и столбом воды - забойки.

Поскольку плотность ВВ будет изменяться по глубине скважины, то и пузырьки газа, расположенные в объеме ВВ, будут менять свой объем в соответствии с законом Бойля-Мариотта. Таким образом, изменение плотности ВВ по глубине скважины может быть определено расчетным путем. Для упрощения практических расчетов была составлена программа, проведены расчеты и составлены номограммы изменения плотности ВВ "Сибирит-1200" для скважин различной глубины при различной исходной плотности ВВ. Используя указанные расчетные номограммы, можно определить, что при указанных выше параметрах исходная плотность ВВ "Сибирит-1200" должна быть не более 1,05 г/см³.

При такой исходной плотности ВВ скважина глубиной 50 метров и диаметром 200 мм может быть взорвана с высокой степенью надежности без наличия "отказа" заряда ВВ.

Формула изобретения

Способ заряжания скважин эмульсионным ВВ сенсибилизированным методом газогенерации, включающий приготовление эмульсионного ВВ в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсионную матрицу газогенерирующей добавки, заряжание скважины эмульсионным ВВ сенсибилизированным методом газогенерации с применением водяной забойки, отличающийся тем, что предварительно задаются критическим диаметром детонации заряда, который принимают равным не менее 0,5 диаметра скважины, затем по эмпирической зависимости определяют относительную плотность заряда ВВ, соответствующую вышеуказанному критическому диаметру детонации заряда данного ВВ, и на основании полученных данных расчетным путем определяют изменение плотности ВВ по глубине скважины в зависимости от высоты столба водяной забойки и исходной плотности ВВ, а при зарядке скважины эмульсионное ВВ сенсибилизируют методом газогенерации до плотности, при которой в донной части заряжаемой скважины сохраняется плотность ВВ меньше, чем его критическая плотность для данного диаметра скважины.