Скважинный контурный заряд

Изобретение относится к производству взрывных работ для получения заданных контуров выемки без значительного нарушения сплошности массива пород за пределами проектного профиля и может найти применение в горнодобывающей промышленности и строительстве. Технический результат - повышение эффективности контурного взрывания за счет упрощения способа формирования контурного заряда, расширения ассортимента ВВ, снижения стоимости. Скважинный контурный заряд включает формирование гирлянды элементов 1 взрывчатого вещества 2 и инициирование. Гирлянду формируют от дна скважины в едином полимерном рукаве 3 в виде цилиндрических элементов 1 взрывчатых веществ 2 одинаковой высоты и диаметра, образованных путем пережима 4 рукава 3 и отстоящих друг от друга на расстоянии l_p=l_вв(ρ_ввd_з ²/ρ_зd_c ²-1), см, где l_ВВ - длина цилиндрического элемента гирлянды контурного заряда ВВ, см; d_з - диаметр цилиндрического элемента гирлянды контурного заряда ВВ, см; d_c - диаметр скважины, см; ρ_вв - плотность взрывчатого вещества, г/см³; ρ_з - плотность заряжания скважины взрывчатым веществом, г/см³. Инициирование осуществляют детонирующим шнуром 8, закрепленным одним концом на нижнем торце последнего цилиндрического элемента 1 в донной части заряда ВВ, проходящим вдоль колонки заряда в виде чередующихся линейных участков 9 между цилиндрическими элементами 1 ВВ и узлов обвязки 10 каждого цилиндрического элемента 1 ВВ по диаметру. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к производству взрывных работ для получения заданных контуров выемки без значительного нарушения сплошности массива пород за пределами проектного профиля и может найти применение в горнодобывающей промышленности и строительстве.

Контурное взрывание предназначено для ограничения вредного воздействия взрывов на сохраняемые массивы скальных грунтов при отработке бортов котлованов, откосов уступов, тоннелей и других подземных сооружений. Контурное взрывание заключается во взрывании сплошных или рассредоточенных зарядов взрывчатых веществ, расположенных в сближенных скважинах, пробуренных или непосредственно по контуру, или вблизи контура сооружаемой выемки. При этом диаметр контурных зарядов с целью снижения разрушающего воздействия взрыва на горную породу принимается существенно меньше диаметра скважин, в которых они размещаются, с воздушным зазором между стенками скважины и зарядом взрывчатого вещества.

Известны конструкции шланговых контурных зарядов из гранулотола или водосодержащих взрывчатых веществ с плотностью 1450 кг/м³, содержащих гранулотол, загущенный водный раствор окислителя и сшивающую добавку в оболочках [1, 2]. Недостатком этих контурных зарядов является использование гранулотола, являющегося токсичным, дорогостоящим взрывчатым веществом, имеющим критический диаметр детонации открытого заряда равным 60-80 мм, что не позволяет формировать шланговые контурные заряды с линейной плотностью 0,2-0,8 кг/м. Заряды с высокой линейной плотностью можно применять в скважинах диаметром более 250 мм или в скважинах меньшего диаметра, но в породах крепостью не ниже 16-20 по шкале М.М.Протодъяконова.

Известен скважинный контурный заряд, состоящий из патронов, флангово закрепленных на деревянном вкладыше, примыкающих к стенкам скважины и ориентированных вдоль оси контурного ряда зарядов [3], недостатком которого является сложность и длительность формирования контурного заряда из-за использования деревянных вкладышей для фиксации одинакового расстояния между патронами взрывчатого вещества, невозможность формирования контурного заряда по оси скважины.

Известен заряд взрывчатого вещества, состоящий из отдельных секций, отделяемых друг от друга посредством зажимов, в качестве которых используются кольца из эластичного материала, например резины. Эти заряды используются для удобства перевозки, расстояние между отдельными секциями берется таким, чтобы они могли быть зигзагообразно уложены в транспортную тару для перевозки [4].

Известен рассредоточенный заряд для контурного взрывания, представляющий собой гирлянду из патронов ВВ [5], принятый авторами за прототип. Каждый патрон гирлянды привязан к детонирующему шнуру и шпагату, гирлянда патронов опускается в скважину вдоль ее оси на шпагате, конец которого привязывают к деревянной рейке, уложенной поперек скважины над устьем. Недостатком заряда-прототипа является сложность и высокая трудоемкость формирования гирлянды контурного заряда из стандартных патронов ВВ, а также ограниченность в выборе патронов ВВ по диаметру и длине для скважин различного диаметра и типу взрывчатых веществ для эффективной взрывной отбойки горных пород с различными физико-техническими характеристиками.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности контурного взрывания за счет упрощения способа формирования контурного заряда, расширения ассортимента ВВ, снижения стоимости.

Важнейшими параметрами контурного взрывания являются плотность заряжания скважины, с помощью которой регулируется уровень напряжений сжатия вблизи заряда, и расстояние между соседними зарядами, влияющее на эффективность суммирования тангенциальных напряжений. При этом плотность заряжания скважины можно изменять только при соблюдении определенного условия: взрывчатое вещество должно быть сосредоточено у оси скважины и не должно соприкасаться с ее стенками, что уменьшает законтурное бризантное воздействия взрыва на охраняемый массив горных пород. При размещении ВВ у оси скважины на ее стенки при взрыве действует ударная волна, возникающая в воздухе, окружающем заряд ВВ, и давление продуктов взрыва. Известно, что давление на фронте ударной волны в воздухе определяется плотностью заряжания, теплотой взрыва и плотностью взрывчатого вещества. При подходе воздушной ударной волны к жесткой неподвижной преграде (стенке скважины) давление на стенки скважины в результате отражения волны возрастает примерно в 8 раз. Для предотвращения смятия породы и трещинообразования в ближайшей к скважине области величина ударной волны на стенки скважины не должна превышать временного сопротивления породы сжатию. Плотность заряжания ВВ контурной скважины рассчитывается по известным методикам в зависимости от прочностных характеристик пород на сжатие, определяемых экспериментально или берущихся по справочным данным. Требуемая плотность заряжания скважины для ВВ с известной плотностью зависит от соотношения диаметров заряда и скважины при сплошном колонковом заряде; диаметра и длины патрона, расстояния между патронами, диаметра скважины при рассредоточенном заряжании.

Техническая задача была решена за счет разработки рассредоточенного скважинного контурного заряда, включающего формирование гирлянды патронов взрывчатого вещества и средств инициирования, в котором гирлянду формируют от дна скважины в едином полимерном рукаве в виде цилиндрических элементов взрывчатых веществ одинаковой высоты и диаметра, образованных путем пережима рукава и отстоящих друг от друга на расстоянии (1р), рассчитываемого по формуле:

l_р=l_вв(ρ_ввd_з ²/ρ_зd_c ²-1), см

где:

l_вв - длина цилиндрического элемента гирлянды контурного заряда ВВ, см;

d_з - диаметр цилиндрического элемента гирлянды контурного заряда ВВ, см;

d_c - диаметр скважины, см;

ρ_вв - плотность взрывчатого вещества, г/см³;

ρ_з - плотность заряжания скважины взрывчатым веществом, г/см³;

а инициирование осуществляют детонирующим шнуром, закрепленным одним концом на нижнем торце последнего цилиндрического элемента в донной части заряда ВВ, проходящим вдоль колонки заряда в виде чередующихся линейных участков между цилиндрическими элементами ВВ и узлов обвязки каждого цилиндрического элемента ВВ по диаметру.

В качестве полимерного рукава могут использоваться полиэтиленовые, полипропиленовые, полиамидные одно- или многослойные рукава. Торцы гирлянды собираются в «чуб» и заделываются клипсованием или любым другим известным способом. Диаметр цилиндрического элемента равен диаметру рукава.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором показан вид скважинного контурного заряда.

Скважинный контурный заряд (фиг.1) состоит из гирлянды цилиндрических элементов 1 одинаковой высоты и диаметра, равным диаметру рукава (d_з=d_p), взрывчатое вещество 2 которых размещено в едином полимерном рукаве 3. Цилиндрические элементы 1 в едином полимерном рукаве 3 отделяются друг от друга посредством пережимов 4, путем клипсования или любым другим известным способом, они отстоят друг от друга на расстоянии l_вв., рассчитываемым по предлагаемой формуле. Концы рукава собраны в «чуб» и заделаны методом клипсования или любым известным методом. Заряд формируют от дна скважины 7. Гирлянду цилиндрических элементов ВВ опускают в скважину вдоль ее оси на этом же рукаве, поэтому полимерный рукав выбирают с такой прочностью материала на разрыв (растяжение), чтобы он выдерживал массу цилиндрических элементов гирлянды. Верхний конец полимерного рукава 13 закрепляют на рейке 12, уложенной поперек скважины над ее устьем. Контурный заряд размещается вдоль оси скважины с воздушным зазором 14 между цилиндрическими элементами заряда и стенками скважины. При формировании контурного заряда в скважинах глубиной более 10-15 м на нижнем торце последнего цилиндрического элемента в донной части заряда ВВ закрепляют полимерный шнур или шпагат, который проходит вдоль колонки заряда и дополнительно фиксируется на нескольких или всех цилиндрических элементах гирлянды путем их обвязки по диаметру. В этом случае полимерный шнур или шпагат закрепляют на рейке совместно с полимерным рукавом.

Инициирование контурного заряда осуществляют детонирующим шнуром 8 путем его размещения вдоль всей колонки скважинного заряда в виде линейных участков 9 и узлов обвязки 10 по диаметру каждого цилиндрического элемента.

После опускания гирлянды цилиндрических элементов ВВ в скважину производят забойку верхней незаряженной части скважины инертным материалом 11 в соответствии с проектом взрыва.

Предлагаемая гирлянда цилиндрических элементов контурного заряда может изготавливаться на горных предприятиях, имеющих пункты производства промышленных ВВ. При заряжании скважин с большой высотой забойки опускание заряда может осуществляться на шпагате или полимерном шнуре, скрепленном с рукавом гирлянды над последним цилиндрическим элементом в верхней части заряда ВВ, конец которого закрепляют на рейке, уложенной поперек скважины над ее устьем. По заказу потребителя гирлянды для контурных зарядов могут изготавливаться на предприятиях-изготовителях ВВ в виде цилиндрических элементов заданного диаметра и расчетным расстоянием между ними. Формирование скважинного контурного заряда может осуществляться из нескольких секций гирлянды, соединяемых в местах расположения рукава между цилиндрическими элементами ВВ.

Основные преимущества заявляемого контурного заряда в сравнении с прототипом:

- простота изготовления - засыпка определенных порций взрывчатого вещества в единый полимерный рукав с последующим пережимом и фиксацией места пережима любым известным способом (клипсование, перевязка полимерным шнуром и т.д.), что снижает стоимость контурного заряда и стоимость ведения взрывных работ в целом;

- возможность изготовления контурных зарядов любого диаметра, из любого взрывчатого вещества в зависимости от крепости взрываемой горной породы и диаметра скважин;

- простота заряжания скважин и монтажа взрывной линии, что повышает безопасность ведения взрывных работ, снижает трудоемкость, а значит и стоимость ведения взрывных работ;

- возможность изготовления зарядов непосредственно на местах ведения взрывных работ, а также на заводах-изготовителях ВВ.

Схема расчета параметров гирлянды цилиндрических элементов ВВ контурного заряда для заряжания скважин.

1. Для заданного типа взрываемых пород по экспериментальным или справочным данным определяются прочностные характеристики породы, например временное сопротивление породы на сжатие ([σ]_сж..).

2. Выбирается тип ВВ (теплота взрыва - Q_вз и плотность - ρ_вв).

3. Выбирается диаметр (d_з) и длина цилиндрического элемента (l_вв) ВВ для формирования колонки скважинного контурного заряда.

4. Расстояние между цилиндрическими элементами ВВ (l_р) рассчитывается по предлагаемой формуле.

Пример № 1.

Порода - скальная порода с временным сопротивлением сжатию - [σ]_сж.=900 кгс/см² (определено экспериментально).

Диаметр скважины - 11 см.

Тип ВВ - аммонит 6ЖВ с теплотой взрыва Q_вв.=1000 ккал/кг, плотность ρ_вв=0,92 г/см³.

Параметры цилиндрического элемента гирлянды: диаметр d_з=3,5 см, длина l_вв=40 см.

Для указанных параметров ВВ, типа горной породы плотность заряжания (ρ_з) составляет 0,044 г/см³.

Расстояние между цилиндрическими элементами ВВ диаметром 3,5 см, длиной 40 см при размещении их в скважинах диаметром 11 см, рассчитанное по предлагаемой формуле, составляет: l_р.=l_вв(ρ_ввd_з ²/ρ_з d_c ²-1)=40(0,92×3,5²/0,044×11²-1)=44,7 см, при этом линейная плотность скважинного заряда составляет 0,42 кг/м.

Основной технический результат изобретения - повышение эффективности контурного взрывания - достигается за счет отличительных признаков конструкции контурного заряда:

- простота формирования контурного заряда из цилиндрических элементов позволяет изготавливать заряды нестандартных размеров на местах ведения взрывных работ из имеющихся на карьере ВВ, что расширяет возможности проектирования буровзрывных работ;

- простота формирования контурного заряда на местах ведения взрывных работ и простота монтажа взрывной сети, что позволяет снизить стоимость буровзрывных работ;

- использование контурных зарядов, изготовленных в едином полимерном рукаве, расширяет диапазон применяемых ВВ, снижает стоимость ведения взрывных работ за счет использования дешевых аммиачноселитренных ВВ, формировать рассредоточенные контурные заряды нестандартных размеров.

Предлагаемая конструкция скважинного контурного заряда, сформированная в виде цилиндрических элементов в едином полимерном рукаве, отстоящих друг от друга на расстоянии, рассчитанном по предлагаемой формуле, была проверена при производстве взрывных работ в скальных породах различной крепости и трещиноватости при постановке нерабочих бортов карьеров в предельное состояние.

Источники информации

1. Антоненко А.К., Затеев В.Г. «Опыт применения специальной технологии заоткоски скальных уступов в СССР и за рубежом». Обзорная информация. Серия Горнорудное производство, Москва, 1986.

2. Патент РФ №2097680.

3. Патент РФ № 2150672.

4. Авторское свидетельство СССР №199729.

5. Технические правила ведения взрывных работ на дневной поверхности, «Недра», Москва, 1972, стр.45-47.

1. Скважинный контурный заряд, включающий формирование гирлянды элементов взрывчатого вещества и инициирование, отличающийся тем, что гирлянду формируют от дна скважины в едином полимерном рукаве в виде цилиндрических элементов взрывчатых веществ одинаковой высоты и диаметра, образованных путем пережима рукава, и отстоящих друг от друга на расстоянии (l_р), рассчитываемого по формуле

где l_вв - длина цилиндрического элемента гирлянды контурного заряда ВВ, см;

d_з - диаметр цилиндрического элемента гирлянды контурного заряда ВВ, см;

d_c - диаметр скважины, см;

ρ_вв - плотность взрывчатого вещества, г/см³;

ρ_з - плотность заряжания скважины взрывчатым веществом, г/см³;

а инициирование осуществляют детонирующим шнуром, закрепленным одним концом на нижнем торце последнего цилиндрического элемента в донной части заряда ВВ, проходящим вдоль колонки заряда в виде чередующихся линейных участков между цилиндрическими элементами ВВ и узлов обвязки каждого цилиндрического элемента ВВ по диаметру.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что в качестве полимерного рукава берется полиэтиленовый или полипропиленовый, или полиамидный рукав.

3. Заряд по п.1, отличающийся тем, что полимерный материал рукава берется одно- или многослойным.

4. Заряд по п.1, отличающийся тем, что торцы гирлянды собираются в «чуб» и заделываются клипсованием или любым известным способом.

5. Заряд по п.1, отличающийся тем, что заряд составляют из нескольких гирлянд цилиндрических элементов путем их соединения по полимерному рукаву между цилиндрическими элементами ВВ.

6. Заряд по п.1, отличающийся тем, что гирлянду заряда опускают в скважину на шпагате, привязанному к концу полимерного рукава гирлянды выше последнего цилиндрического элемента в верхней части заряда ВВ.

7. Заряд по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит полимерный шнур или шпагат, который проходит вдоль колонки заряда и закрепляется на нижнем торце последнего цилиндрического элемента в донной части заряда ВВ и дополнительно фиксируется на нескольких или всех цилиндрических элементах ВВ гирлянды путем их обвязки по диаметру.