Способ ведения буровзрывных работ и заряд для его осуществления (варианты)

Изобретение относится к взрывным работам, а именно к способу их ведения и к зарядам, используемым при этом. Изобретение может найти широкое применение в различных отраслях промышленности, использующих взрывные технологии, в горном деле для разрушения горных пород, негабаритов, при проходке горных выработок буровзрывным способом и т.д. Задача предлагаемого способа и заряда для его осуществления - создание безопасного и эффективного способа ведения буровзрывных работ, расширение области применения в различных природных температурных режимах без снижения эффективности взрыва. Сущность способа заключается в том, что на месте проведения работ формируют заряд путем смешивания двух порознь взрывобезопасных компонентов, причем перед заполнением оболочки заряда температуру каждого из компонентов доводят до величины, находящейся в диапазоне: t_кип>t_1,2>t_кр, где t_1,2 - температура каждого из двух компонентов, t_кип - температура кипения компонента, у которого ее значение меньше, и t_кр - температура кристаллизации компонента, у которого ее значение выше, причем заполняют оболочку первоначально компонентом, плотность которого меньше, а затем следующим. Заряд для реализации способа имеет два варианта исполнения: в виде эластичной оболочки, который преимущественно предназначен для нисходящих шпуров (скважин), и в виде жесткой полимерной банки со сменными крышками - транспортной и рабочей. 3 н.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к взрывным работам, а именно к способу их ведения накладными и шпуровыми зарядами, и к зарядам, используемым при этом. Изобретение может найти широкое применение в различных отраслях промышленности, использующих взрывные технологии, в горном деле для разрушения горных пород, негабаритов, при проходке горных выработок буровзрывным способом, а также для дробления железобетона и других минеральных сред.

Известен заряд и способ ведения взрывных работ из описания к патенту №2066837, МКИ F 42 D 3/04, опубл. 20.09.96, бюл. изобретений №26 (прототип способа).

Способ заключается в том, что в разрушаемом материале бурят шпур или скважину, размещают в нем заряд взрывчатого вещества жидкого агрегатного состояния (ЖВВ) в полимерной оболочке со средством взрывания. Средство взрывания, выполненное в виде взрывающейся проволочки, помещают в оболочку и после этого ее заполняют ЖВВ. Заряд согласно описанию к изобретению образован на месте проведения взрывных работ путем смешивания двух порознь взрывобезопасных компонентов.

Использование описанного способа в ряде случаев практически невозможно или чрезвычайно затруднено из-за реальных физико-химических свойств компонентов ЖВВ, применяемых на месте производства работ.

Так, в описании указано, что ЖВВ представляет собой смесь четырехокиси азота и углеводородного горючего. Известно, что окислитель - четырехокись азота - кристаллизуется (замерзает) при температуре ниже -11,2°С и кипит с интенсивным испарением при температуре свыше 21,2°С, что исключает возможность образования ЖВВ.

Кроме того, смешивание окислителя и горючего, имеющих различные вязкость, плотность и поверхностное натяжение является непростым процессом, требующим либо применения специальных аппаратов, либо интенсивного перемешивания механическим способом. Таким образом приготовление ЖВВ в описанных случаях является опасным процессом, так как окислитель является ядовитым и агрессивным соединением. В случае же плохого смешивания компонентов эффективность взрывной смеси существенно снижается.

Еще одним существенным недостатком описанных способа и заряда является невозможность их применения в случае заряжания шпуров, пробуренных снизу вверх вертикально или наклонно - под углом к горизонту, так как жидкость ВВ под действием силы тяжести будет вытекать из оболочки.

Использование в способе взрывателя в виде элемента корпуса нерационально, так как в случае механического повреждения корпуса (оболочки) дальнейшему полезному использованию не подлежит и взрыватель, выполненный как единое целое с ним.

Как следует из описания и формулы (п.5) изобретения по патенту №2066837, для обеспечения возможности свободного размещения заряда в шпуре его оболочка имеет наружный диаметр меньше, чем диаметр шпура, т.е. между стенкой шпура и оболочкой заряда имеется воздушный зазор, что снижает эффективность взрыва. Заполнение зазора водой не всегда достигнет желаемого результата из-за наличия трещин, возникших под воздействием предыдущих взрывов.

Известен также квазар-способ для взрывного разрушения крупногабаритных объектов и квазар-заряды для его осуществления из описания к патенту №2189560, 7 МКИ F 42 D 3/00, F 42 В 1/02, 3/087, опубл. 20.09.2002, бюл. изобретений №26 (прототип заряда). Согласно изобретению используемое взрывчатое вещество размещено в шпуре в эластичной оболочке, наружный размер которой определяется диаметром шпура, при этом эластичная оболочка имеет возможность удержаться в шпуре за счет трения о стенки шпура.

Однако для плотного прилегания оболочки заряда к стенкам шпура, исключения попадания ЖВВ между стенками оболочки и шпура важным является соблюдение определенного соотношения между длиной и шириной развертки эластичной оболочки и глубиной и диаметром шпура, что проверено авторами в процессе проведения многократных опытных и практических работ.

Известен также заряд взрывчатого вещества и способ его применения (варианты) из описания к патенту РФ №2135439, МПК С 06 В 47/00, F 42 В 3/087, F 42 D 1/10.

Заряд состоит из цилиндрического жесткого контейнера из полимерного материала и содержит в качестве смеси жидкие взрывобезопасные компоненты: тетраоксид диазота и жидкий нефтепродукт, причем жидкий нефтепродукт помещен в полимерной пленке с прогибом внутрь контейнера над первым компонентом. Пленка закреплена с помощью герметичной съемной крышки.

Описанный заряд, действительно, может быть подготовлен за пределами забоя и может транспортироваться на некоторое расстояние. Однако непосредственно в месте его применения требуется выполнить ряд действий, которые не являются безопасными для обслуживающего персонала. Во-первых, при температуре свыше 21,2°С окислитель будет кипеть с интенсивным испарением, а накапливающиеся пары будут стремиться вытеснить жидкий нефтепродукт, помещенный в полимерную пленку. После открытия крышки для подготовки смешивания компонентов воздействие паров непредсказуемо. Во-вторых, получить работоспособную смесь в этом случае невозможно по уже описанным выше причинам. В-третьих, данное устройство зарядом, по существу, не является, т.к. в нем отсутствует средство взрывания и автором не предусмотрена возможность его установки.

Задача предлагаемого способа и заряда для его осуществления - создание безопасного и эффективного способа ведения буровзрывных работ, расширение области применения в различных природных температурных режимах без снижения эффективности взрыва, обеспечение возможности приготовления заряда на месте производства работ. Кроме того, разработанные варианты выполнения оболочки заряда дают возможность эффективного ведения работ как при заряжании нисходящих, так и восходящих скважин и шпуров и его транспортирования (в случае необходимости).

Поставленная задача решается за счет того, что при ведении буровзрывных работ предлагаемым способом с использованием заряда, состоящего из оболочки с безопасным средством взрывания, заполненной жидким взрывчатым веществом (ЖВВ), образованным на месте проведения работ путем смешивания двух порознь взрывобезопасных компонентов, перед заполнением оболочки температуру каждого из компонентов доводят до величины, превышающей температуру кристаллизации того из них, температура кристаллизации которого выше, но ниже температуры кипения того из них, у которого температура кипения меньше, а заполняют оболочку первоначально компонентом, плотность которого меньше, а затем следующим, иными словами, температура каждого из компонентов должна находиться в диапазоне: t_кип>t_1,2>t_кр, где t_1,2 - температура каждого из двух компонентов, t_кип - температура кипения компонента, у которого ее значение меньше, и t_кр - температура кристаллизации компонента, у которого ее значение выше.

Заряд может иметь, например, два варианта исполнения: в виде эластичной оболочки, который преимущественно предназначен для нисходящих шпуров (скважин), и в виде банки, например, из жесткого полимерного материала с описанными ниже особенностями.

Заряд, предназначенный, преимущественно, для нисходящих шпуров (скважин), состоит из эластичной оболочки, заполненной смесью двух жидких взрывобезопасных компонентов с размещенным в ней безопасным средством вырывания, отличающийся тем, что длина и ширина развертки эластичной оболочки соответствует следующим равенствам:

L=(1,1...1,20)π d_ш,

H=h_ш+(2...2,5)d_ш,

где L - длина развертки;

Н - ширина развертки;

d_ш - диаметр шпура (скважины);

h_ш - глубина шпура (скважины).

Для формирования заряда в восходящих шпурах, а также в случаях, когда заряды нецелесообразно или невозможно формировать непосредственно на месте (например, из-за стесненных условий в забое), применяют заряд, содержащий оболочку из жесткого полимерного материала, заполненную смесью двух жидких взрывобезопасных компонентов, сменные крышки к оболочке, одна из которых предназначена для транспортировки заряда, а вторая - рабочая для проведения взрывных работ, безопасное средство взрывания, отличающийся тем, что оболочка выполнена в виде банки, при этом соответственно транспортная крышка имеет дренажное отверстие диаметром не более 0,5 мм, а рабочая крышка два отверстия для прохода проводов с изоляцией от средства взрывания, причем для обеспечения герметичности диаметр каждого из отверстий в рабочей крышке на 0,1-0,2 мм меньше диаметра провода с изоляцией.

Изобретение поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 показан вид сбоку на заряд, размещенный в шпуре (скважине), в эластичной полимерной оболочке с безопасным средством взрывания и на фиг.2 - развертка эластичной полимерной оболочки (вариант 1);

- на фиг.3 - жесткая полимерная оболочка (банка) заряда с безопасным средством взрывания и вид сверху на две сменные крышки (вариант 2), фиг.4 и фиг.5.

Сущность и отличительные особенности предлагаемого способа ведения буровзрывных работ заключается в следующем.

Предварительно подготавливают место (забой) для установки заряда 1, для чего бурят шпуры (или скважины) 2 заданного диаметра d_ш. Далее на месте проведения взрывных работ подготавливают ЖВВ для заряда 1 путем смешивания двух жидких порознь взрывобезопасных компонентов: например, четырехокиси азота и керосина-окислителя, которые транспортируют на место в раздельных емкостях. Для расширения температурного диапазона применения предлагаемого способа выполняют следующие операции: температуру каждого из компонентов доводят до величины выше, чем температура кристаллизации того из компонентов, у которого она выше, но эта температура должна быть ниже, чем температура кипения того из компонентов, который кипит при более низкой температуре.

Так, в случае приготовления смеси из четырехокиси азота и керосина температура обоих компонентов должна находиться в диапазоне выше -11,2°С, но ниже 21,2°С, что проверено на основе практического опыта, в противном случае при смешивании происходят нежелательные физические явления (кипение или замерзание одного из компонентов), что препятствует получению работоспособной смеси. Иными словами, должно соблюдаться вышеуказанное условие, для чего достаточно емкости с компонентами хранить в бытовом холодильнике (+4°С), а при отрицательных температурах окружающей среды температуру компонентов достаточно повысить до -11,2°С за счет размещения емкостей в отапливаемых помещениях. После этого заполняют оболочку будущего заряда 1, заливая вначале компонент с более низкой плотностью, а затем - с более высокой. За счет разности плотностей будет осуществляться более интенсивное и качественное перемешивание компонентов, что позволяет получить повышение эффективности взрывчатой смеси и взрывных работ. Для реализации описанного способа применяется два варианта оболочек для заполнения ЖВВ.

Первый вариант заряда, являющийся предпочтительным для нисходящих шпуров или скважин, формируют в эластичной полимерной оболочке 3 толщиной 50-200 мкм, которую заранее помещают в шпур. Для обеспечения плотного и надежного прилегания оболочки 3 к стенкам шпура длина L развертки оболочки соответствует следующему равенству:

L=(1,1...1,20)π d_ш, где d_ш - диаметр шпура (скважины);

а ширина Н соответствует равенству:

Н=h_ш+(2...2,5)d_ш, h_ш - глубина шпура (скважины).

Например, для шпура диаметром d_ш=43 мм, глубиной h_ш=1000 мм длина и ширина развертки оболочки составят соответственно:

L=(1,1...1,20)π 43 мм =(148...162) мм,

Н=1000 мм +(2...2,5) 43 мм =(1086...1108) мм.

Увеличенная ширина развертки по сравнению с глубиной шпура необходима для того, чтобы при заливке ЖВВ исключить его попадание между стенками оболочки 3 и стенками шпура, а также для исключения попадания забойки шпура, например, сыпучим материалом внутрь оболочки 3.

Для инициирования взрыва безопасное средство 4 взрывания размещают внутри оболочки 3 до заливки в нее ЖВВ или после заливки.

Второй вариант оболочки заряда применяется предпочтительно в восходящих шпурах или в случаях, когда невозможно формировать заряд на месте ведения работ из-за стесненных условий в забое. Для этих целей оболочка заряда выполнена в виде банки 5 из жесткого полимерного материала с двумя сменными крышками 6 и 7 с винтовой резьбой: одна - для транспортирования, вторая - рабочая.

Крышка 6 для транспортирования снабжена дренажным отверстием 8 диаметром не более 0,5 мм, которое выполняет две функции: исключает повышение давления за счет упругости паров внутри банки 5 и исключает вытекание ЖВВ при переноске заряда от места его приготовления к месту установки. Рабочая крышка снабжена парой отверстий 9 для прохода проводов средства 4 взрывания, диаметр каждого из которых на 0,1-0,2 мм меньше диаметра провода с изоляционным покрытием. Экспериментально доказано, что при соблюдении этого соотношения обеспечивается герметичность крышки 7, что позволяет размещать заряд в восходящих шпурах. При этом средство 4 взрывания размещено со стороны, обращенной внутрь банки 5, а провода выведены за ее пределы.

Последовательность работ во втором варианте исполнения оболочки следующая: перед установкой заряда в шпур или на забой банку 5 заполняют ЖВВ заранее, например на пункте ее приготовления, закрывают транспортной крышкой 6 и транспортируют (доставляют) оболочку в вертикальном положении (крышкой 6 вверх) на место установки зарядов.

При этом исключается опасность повышения давления внутри оболочки. Перед установкой заряда в шпур транспортную крышку 6 заменяют рабочей крышкой 7 со средством 4 взрывания, помещают в шпур, а провода от средства 4 взрывания, пропущенные через отверстия 9 в рабочей крышке 7, подсоединяют к источнику высокого напряжения. Для предотвращения выпадания заряда из восходящего шпура его фиксируют, например, глиняной забойкой.

Описанный способ ведения буровзрывных работ обеспечивает их эффективность и безопасность, получение смеси ЖВВ непосредственно на месте ведения работ, а варианты выполнения заряда расширяют область применения способа, обеспечивают возможность безопасного транспортирования заряда и заряжания как восходящих, так и нисходящих шпуров.

1. Способ ведения буровзрывных работ, включающий бурение шпура или скважины, размещение в ней заряда, состоящего из оболочки с безопасным средством взрывания, заполненной жидким взрывчатым веществом (ЖВВ), образованным на месте проведения буровзрывных работ путем смешивания двух порознь взрывобезопасных компонентов, отличающийся тем, что перед заполнением оболочки температуру каждого из компонентов доводят до величины, находящейся в следующем диапазоне:

t_кип>t_1,2>t_кр,

где t_1,2 - температура каждого из двух компонентов;

t_кип - температура кипения компонента, у которого ее значение меньше;

t_кр - температура кристаллизации компонента, у которого ее значение выше, а заполняют оболочку первоначально компонентом, плотность которого меньше, а затем следующим.

2. Заряд, содержащий эластичную оболочку с безопасным средством взрывания, заполненную смесью двух жидких взрывобезопасных компонентов, отличающийся тем, что длина и ширина развертки эластичной оболочки соответствует следующим равенствам:

L=(1,1÷1,20)πd_ш,

H=h_ш+(2÷2,5)d_ш,

где L - длина развертки;

Н - ширина развертки;

d_ш - диаметр шпура (скважины);

h_ш - глубина шпура (скважины).

3. Заряд, содержащий оболочку из жесткого полимерного материала, заполненную смесью двух жидких взрывобезопасных компонентов, сменные крышки к оболочке, одна из которых предназначена для транспортировки заряда, а вторая - рабочая - для проведения взрывных работ, безопасное средство взрывания, отличающийся тем, что оболочка выполнена в виде банки, при этом соответственно транспортная крышка имеет дренажное отверстие диаметром не более 0,5 мм, а рабочая крышка - два отверстия для прохода проводов с изоляцией от средства взрывания, причем для обеспечения герметичности диаметр каждого из отверстий в рабочей крышке на 0,1-0,2 мм меньше диаметра провода с изоляцией.