Комбинированная распорная забойка
Владельцы патента RU 2291393:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" (ГОУ ВПО "ТОГУ") (RU)
Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород. Комбинированная распорная забойка выполнена из верхней и нижней частей, соединенных между собой силами сцепления твердеющих материалов. Верхняя часть представляет собой монолитную пробку из быстротвердеющих материалов. Нижняя - эластичный полый цилиндр с пластмассовым днищем, заглубленным на 1/4 от его верхнего среза. При этом нижняя часть монолитной пробки из быстротвердеющих материалов входит внутрь эластичного цилиндра до его пластмассового днища. Длина монолитной пробки из быстротвердеющих материалов составляет от 0,6 до 0,8 м. Длина полого эластичного цилиндра составляет не менее 5-7 диаметров скважины. В качестве быстротвердеющих материалов используют быстротвердеющую бетонную смесь, приготовленную на расширяющемся цементе, или смесь алебастра с наполнителем. Изобретение позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива и тем самым повысить эффективность использования энергии взрыва на дробление породы. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.
Известна монолитная распорная забойка из бетона на расширяющемся цементе длиной в 19-20 диаметров заряда, увеличивающая почти в 30 раз объем разрушения горных пород за счет задержки продуктов детонации в зарядной камере до начала разрушения массива и сдвижения пород [1].
Однако, как показали исследования по качеству дробления [2], при монолитной твердеющей забойке ухудшается качество дробления за счет отсутствия воздействия взрывных газов на участок скважины, занятый монолитной забойкой. Для скважин диаметром 100-200 мм эта длина может достигать 1,9-4 м, поскольку увеличение выталкивающей забойку силы пропорционально квадрату диаметра скважины, а рост сил сцепления забойки на боковой поверхности скважины пропорционален диаметру в первой степени. Только уменьшение длины участка, занятого монолитной забойкой, при сохранении ее сопротивляемости, позволит повысить качество дробления массива в районе забойки. Кроме того, из-за высокой стоимости бетона длина монолитной забойки также желательна минимальной.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет полного запирания продуктов детонации в зарядной полости до разрушения окружающей породы укороченной монолитной забойкой с воздушным промежутком над зарядом.
Поставленная задача достигается применением комбинированной распорной забойки, характеризующейся, согласно изобретению, тем, что она выполнена из верхней и нижней частей, соединенных между собой силами сцепления твердеющих материалов, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из быстротвердеющих материалов, а нижняя - эластичный полый цилиндр с пластмассовым днищем, заглубленным на 1/4 от его верхнего среза, при этом нижняя часть монолитной пробки из быстротвердеющих материалов входит внутрь эластичного цилиндра до его пластмассового днища.
Длина монолитной пробки из быстротвердеющих материалов составляет от 0,6 до 0,8 м.
Длина полого эластичного цилиндра составляет не менее 5-7 диаметров скважины.
В качестве быстротвердеющих материалов используют быстротвердеющую бетонную смесь, приготовленную на расширяющемся цементе, или смесь алебастра с наполнителем.
На фиг.1 схематично изображена комбинированная распорная забойка в скважине до подачи бетонной смеси, на фиг.2 - после подачи бетонной смеси, на фиг.3 - после начала детонации.
Нижняя часть комбинированной распорной забойки представляет собой эластичный цилиндр 1, выполненный, например, из резиновой трубы с пластмассовым днищем 2, снабженным пластмассовым патрубком 3, и заглубленным в эластичный цилиндр 1 на 1/4 от его верхнего среза для обеспечения надежного сцепления верхней и нижней частей комбинированной распорной забойки между собой. На резьбовой конец 4 патрубка 3 навинчивается трубчатая тяга 5, свободно проходящая через направляющую втулку 6, закрепленную на крестовине 7. Трубчатая тяга 5 имеет ряд парных отверстий 8, в которые вставляется штифт 9 для соединения трубчатой тяги 5 с направляющей втулкой 6, а также рукоятка 10. Верхняя часть комбинированной распорной забойки выполнена в виде монолитной пробки 11 из быстротвердеющих материалов, наружная поверхность которой сцепляется при твердении со стенками скважины 12 и внутренней поверхностью цилиндра 1 до днища 2 и с самим днищем 2.
Комбинированная распорная забойка работает следующим образом. На поверхности блока распорную забойку собирают в конструктивный элемент. Для этого на резьбовой конец 4 патрубка 3 навинчивают трубчатую тягу 5, которую затем вставляют в направляющую втулку 6 крестовины 7. После этого через трубчатую тягу 5 пропускают проводник инициирующего импульса 13 (провода от электродетонатора, волновод неэлектрической системы или детонирующий шнур). Нижний конец трубчатой тяги 5 на величину верхней части забойки смазывают консистентной смазкой или оборачивают бумагой для предотвращения сцепления ее с монолитной пробкой 11 при твердении последней. В верхнюю пару отверстий 8 трубчатой тяги 5 вставляют рукоятку 10, собранный элемент устанавливают вертикально у шпура или скважины 12. Крестовину 7 размещают на трубчатой тяге 5 на расстоянии 0,6-0,8 м от днища 2, соответствующем длине пробки 11, и фиксируют ее установкой штифта 9 в ближайшую пару отверстий 8. Такая длина пробки 11 принята потому, что наиболее часто размер негабарита на предприятиях составляет 0,6-0,8 м и чаще всего именно на такую глубину наблюдаются сильные нарушения верхней части уступа взрывами на вышележащем горизонте. Образование монолитной пробки 11, сцепленной с поверхностью разрушенной части шпура или скважины повышает плотность этой части на утечку продуктов взрыва. Непосредственно под пробкой 11 имеется воздушный промежуток в цилиндре 1 длиной 5-7 диаметров шпура или скважины. Исследования ряда авторов показали, что воздушный промежуток длиной 5-7 диаметров между зарядом ВВ и забойкой позволяет укоротить забойку при сохранении ее запирающих свойств [3].
За рукоятку 10 эластичный цилиндр 1 опускают в шпур или скважину 12 на необходимую глубину. Диаметр эластичного цилиндра 1 на 4-6 мм меньше диаметра шпура или скважины 12, что позволяет комбинированной распорной забойке свободно входить в шпур или скважину 12 до расположения крестовины 7 на поверхности уступа. Через проемы крестовины 7 в шпур или скважину 12 подают материал для выполнения пробки 11, например, быстротвердеющую бетонную смесь, приготовленную на расширяющемся цементе, или смесь алебастра с наполнителем и, при необходимости, уплотняют ее. Такие смеси прошли испытания практикой и показали надежное сцепление со стенками шпуров. Верхняя часть эластичного цилиндра 1 под действием силы тяжести твердеющей смеси деформируется и прижимается к стенкам шпура или скважины 12, что предотвращает вытекание жидкой части смеси в скважину. Твердеющая смесь сцепляется со стенками шпура или скважины 12, днищем 2 и верхней внутренней частью цилиндра 1.
После твердения монолитной пробки 11 вращением за рукоятку 10 свинчивают трубчатую тягу 5 с резьбового конца 4 патрубка 3, убирают трубчатую тягу 5 с крестовиной 7 из шпура или скважины 12 и комбинированная распорная забойка готова к работе.
После детонации заряда ВВ в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер, происходит динамический удар газов по внутренней полости эластичного цилиндра 1, в результате чего эластичный цилиндр 1 распирается газами, прижимается к стенкам шпура или скважины 12 и совместно с монолитной пробкой 11 надежно запирает шпур или скважину 12.
Таким положение комбинированной распорной забойки остается вплоть до прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через трещины в разрушенном массиве. Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, такая забойка способствует более полному протеканию вторичных реакций в продуктах детонации и соответственно повышает энергию взрыва; это особенно важно для современных крупнодисперсных ВВ типа гранулитов и граммонитов, у которых значительная доля энергии выделяется в процессе вторичных реакций.
Таким образом, заявляемая комбинированная распорная забойка позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива, причем зона нерегулируемого дробления зарядом ВВ снижается до величины 0,6-0,8 м, занятой пробкой из твердеющих материалов. В результате применения такой забойки эффективность использования энергии взрыва на дробление пород существенно повышается, что позволяет повысить эффективность использования энергии взрыва на дробление пород и тем самым решить поставленную техническую задачу.
Источники информации
1. Легастаев Е.Г. Исследование влияния расширяющейся забойки шпуров на результаты взрыва // Сб. Взрывное дело №59/16. М.: Недра, 1966. - С.262-266.
2. Миндели Э.О., Демчук П.А., Александров В.Е. Забойка шпуров. - М.: Недра, 1967. - 152 с.
3. Алексеенко А.Ф. Совершенствование параметров буровзрывных работ на известняковом карьере Камышбурунского железорудного комбината // Сб. Взрывное дело №59/16. М.: Недра, 1966. - С.125-134.
1. Комбинированная распорная забойка, характеризующаяся тем, что она выполнена из верхней и нижней частей, соединенных между собой силами сцепления твердеющих материалов, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из быстротвердеющих материалов, а нижняя - эластичный полый цилиндр с пластмассовым днищем, заглубленным на 1/4 его верхнего среза, при этом нижняя часть монолитной пробки из быстротвердеющих материалов входит внутрь эластичного цилиндра до его пластмассового днища.
2. Комбинированная распорная забойка по п.1, отличающаяся тем, что длина монолитной пробки из быстротвердеющих материалов составляет от 0,6 до 0,8 м.
3. Комбинированная распорная забойка по п.1, отличающаяся тем, что длина полого эластичного цилиндра составляет не менее 5-7 диаметров скважины.
4. Комбинированная распорная забойка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в качестве быстротвердеющих материалов используют быстротвердеющую бетонную смесь, приготовленную на расширяющемся цементе, или смесь алебастра с наполнителем.
