Способ зарядки глубоких скважин эмульсионными взрывчатыми веществами



Способ зарядки глубоких скважин эмульсионными взрывчатыми веществами
Способ зарядки глубоких скважин эмульсионными взрывчатыми веществами

 


Владельцы патента RU 2462689:

Торопов Андрей Николаевич (RU)

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к взрывным работам, и может быть использовано при зарядке глубоких скважин для добычи полезных ископаемых. Способ включает приготовление эмульсии в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсию газогенерирующей добавки, зарядку скважины эмульсионным взрывчатым веществом. Эмульсионное вещество сенсибилизируют до плотности так, чтобы в донной части заряда она не превышала критическую. При этом в расчет принимают высоту столба заряда, высоту водной забойки, изменение температуры эмульсии и растворимость выделившегося газа в эмульсии. Максимально возможную плотность зарядки газогенерированного эмульсионного вещества рассчитывают в соответствии с формулой. Увеличивается производительность работ, повышается безопасность, расширяются технологические возможности.

 

Изобретение относится к области горной промышленности, а более конкретно к взрывным работам, и может быть использовано в разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом добычи при зарядке глубоких скважин.

Среди различных типов промышленных взрывчатых веществ (ВВ) эмульсионные взрывчатые вещества (ЭмВВ) имеют неоспоримые преимущества: водоустойчивость, безопасность в обращении, низкотоксичное газовыделение при взрыве, а также доступную и дешевую сырьевую базу. Эти взрывчатые вещества основаны на эмульсиях типа "вода в масле" и состоят, в основном, из водного раствора окислителя, который в виде мелких капелек образует дисперсную фазу, и жидкого горючего, являющегося непрерывной фазой. Для придания эмульсионной матрице взрывчатых свойств чаще всего используется введение в нее раствора газогенерирующей добавки, концентрацией которой регулируют плотность эмульсионного ВВ.

Известен, например, способ зарядки 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 (патент РФ №2088893, F42D 1/00, 1997).

Известен также способ зарядки сухих и слабообводненных скважин, согласно которому в скважину раздельно без перемешивания подают составляющие комбинированного заряда, включающего эмульсионное и гранулированное взрывчатые вещества одновременно посредством зарядного шланга и лотка зарядных машин для образования в процессе зарядки скважинного заряда в виде наружного стакана из гранулированного ВВ и размещенного внутри указанного стакана эмульсионного ВВ (патент РФ №2156431, F42D 1/08, 2000). Недостатком данных способов является то, что они не учитывают изменения плотности газогенерированного ЭмВВ в зависимости от высоты столба эмульсии и водной забойки.

Наиболее близким к предлагаемому способу зарядки скважин является способ, описанный в патенте РФ №2232371 (патент РФ №2232371, F42D 1/08, 2004). К недостаткам этого способа следует отнести то, что при определении плотности ЭмВВ на глубине скважины не учитывается влияние изменения температуры на объем газа и растворимость газа в жидкой фазе эмульсии.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности и безопасности проведения взрывных работ с применением зарядов ЭмВВ, размещенных в глубоких скважинах.

Технический результат, который может быть получен от использования данного изобретения, состоит в:

- получении возможности добычи пластов полезных ископаемых, залегающих на больших глубинах,

- увеличении производительности работ,

- повышении безопасности выполняемых работ за счет повышения полноты взрыва и отсутствия отказов, что достигается за счет зарядки скважин газогенерированным эмульсионным ВВ с плотностью по всей высоте столба заряда меньше критической.

Предлагаемая техническая задача решается тем, что в способе зарядки эмульсионных взрывчатых веществ глубоких скважин, сенсибилизированных методом газогенерации, включающем приготовление эмульсии в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсию газогенерирующей добавки, зарядку скважины эмульсионным взрывчатым веществом, согласно изобретению при зарядке скважины эмульсионное взрывчатое вещество сенсибилизируют до такой плотности, чтобы в донной части заряда она не превышала критическую, при этом в расчет принимают высоту столба заряда, высоту водной забойки, изменение температуры эмульсии и растворимость выделившегося газа в жидкой фазе эмульсии, причем начальную плотность газогенерированного ЭмВВ (ρ0 при температуре t0 и атмосферном давлении), кг/м3, рассчитывают в соответствии с формулой:

где h - текущая глубина, отсчитываемая от поверхности эмульсии (границы матрицы и воды над матрицей), м;

hw - высота столба воды над эмульсией (hw≥0; если воды нет, то hw=0), м;

g - величина ускорения свободного падения (g=9,81 м/с2);

t - температура эмульсии в скважине, °С;

t0 - начальная температура эмульсии, °С;

ρw - плотность воды, кг/м;

ρm, - плотность эмульсии до газогенерации, кг/м3;

ρср - средняя плотность эмульсии в скважине, кг/м3;

ρкр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м3;

98066,5 - коэффициент для пересчета давления из Па в кгс/см2;

0,011 и 0,019 - коэффициенты, полученные опытным путем и учитывающие растворимость выделившегося газа в жидкой фазе ЭмВВ при температуре плюс 5°С.

Коэффициенты растворимости выделившегося газа в жидкой фазе ЭмВВ, по реакции:

NH4NO3+Na2NO2→NH4NO2+NaNO3

NH4NO2→N2↑+2Н2О

при сенсибилизации ЭмВВ вывели опытным путем. При проведении опытов приняли, что на дне скважины температура в любое время года находится в районе плюс 5°С.

Предлагаемый способ зарядки глубоких скважин позволяет учитывать не только изменение объема выделившегося газа от давления по закону Бойля-Мариотта, но и изменение объема выделившегося газа за счет растворимости, его в жидкой фазе эмульсии, а также за счет изменения температуры по закону Гей-Люссака и, таким образом, более точно определять критическую плотность.

Известно, что развиваемая зарядом мощность воздействия на породу прямо пропорциональна скорости детонации, которая в свою очередь достигается увеличением плотности ВВ. Но увеличение плотности имеет максимум и считается, что плотность газогенерированной эмульсии для диаметра заряда более 200 мм должна лежать в пределах от 1250 кг/м3 до 1050 кг/м3. Выше и ниже указанной плотности скорость детонации падает (Л.В.Дубнов и др. "Промышленные взрывчатые вещества", М., "Недра", 1988 г., с.358).

Суть изобретения состоит в том, что изменяя начальную плотность газогенерированного ЭмВВ при атмосферном давлении можно получить на дне скважины заданной глубины плотность матрицы не выше критической 1250 кг/м3. В расчет принимается не только изменение давления, но и изменение температуры, и растворимость выделившегося газа в жидкой фазе ЭмВВ. Рассчитанная исходная плотность позволит получить максимальную скорость детонации на дне скважины.

Необходимо отметить, что чрезмерное снижение плотности ЭмВВ заведомо ниже критической на дне скважины приведет к падению плотности в верхних слоях столба заряда ниже 1050 кг/м3, что также негативно скажется на скорости детонации.

Зарядка скважин на карьере происходит с помощью смесительно-зарядной машины. Раствор окислителя смешивается со смесью жидкого углеводородорода и эмульгатора. Далее, непосредственно перед зарядкой в скважину, в полученную обратную эмульсию добавляют газогенерирующую добавку. Рукав, по которому происходит подача эмульсии, опускают на дно скважины и включают подачу газогенерированного эмульсионного ВВ. Процесс газогенерации эмульсии начинается в смесительно-зарядной машине, а заканчивается в скважине. Эмульсионное ВВ сенсибилизируют методом газогенерации до плотности, при которой в донной части заряжаемой скважины сохраняется плотность ВВ меньше критической. Начальная плотность определяется расчетом.

Пример 1

h - текущая глубина, 10 м;

hw - высота столба воды над эмульсией, 1,5 м;

g - величина ускорения свободного падения g=9,81 м/с2;

t - температура эмульсии в скважине, принимаем плюс 5°С;

t0 - начальная температура эмульсии, 40°С;

ρw - плотность воды, 1000 кг/м3;

ρm - плотность эмульсии до газогенерации, 1330 кг/м;

ρср - средняя плотность эмульсии в скважине, (1330+1250)/2=1290 кг/м3;

ρкр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м3, 1250.

Подставляя значения в формулу получим, что для максимальной скорости детонации на дне скважины при заданных условиях плотность газогенерированной ЭмВВ при атмосферном давлении и температуре 40°С должна составлять максимально возможную 1104 кг/м3.

Пример 2

h - текущая глубина, 8 м;

hw - высота столба воды над эмульсией, 0 м;

g - величина ускорения свободного падения g == 9,81 м/с2;

t - температура эмульсии в скважине, принимаем плюс 5°С;

t0 - начальная температура эмульсии, 35°С;

ρw - плотность воды, 1000 кг/м3;

ρm - плотность эмульсии до газогенерации, 1330 кг/м3;

ρср - средняя плотность эмульсии в скважине, (1330+1250)/2=1290 кг/м3;

ρкр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м3, 1250.

Подставляя значения в формулу получим, что для максимальной скорости детонации на дне скважины при заданных условиях плотность газогенерированной ЭмВВ при атмосферном давлении и температуре 35°С должна составлять максимально возможную 1138 кг/м3.

Пример 3

h - текущая глубина, 15 м;

hw - высота столба воды над эмульсией, 1,7 м;

g - величина ускорения свободного падения g=9,81 м/с2;

t - температура эмульсии в скважине, принимаем плюс 5°С;

t0 - начальная температура эмульсии, 45°С;

ρw - плотность воды, 1000 кг/м3;

ρm - плотность эмульсии до газогенерации, 1330 кг/м3;

ρср - средняя плотность эмульсии в скважине, (1330+1250)/2=1290 кг/м3;

ρкр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м3, 1250.

Подставляя значения в формулу получим, что для максимальной скорости детонации на дне скважины при заданных условиях плотность газогенерированной ЭмВВ при атмосферном давлении и температуре 45°С должна составлять максимально возможную 1052 кг/м3.

Таким образом, использование заявленного способа позволит повысить надежность и безопасность проведения взрывных работ с применением зарядов эмульсионных взрывчатых веществ, размещенных в глубоких скважинах.

Способ зарядки глубоких скважин эмульсионными взрывчатыми веществами (ЭмВВ), сенсибилизированных методом газогенерации, включающий приготовление эмульсии в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсию газогенерирующей добавки, зарядку скважины эмульсионным взрывчатым веществом, отличающийся тем, что при зарядке скважины эмульсионное взрывчатое вещество сенсибилизируют до плотности так, чтобы в донной части заряда она не превышала критическую, при этом в расчет принимают высоту столба заряда, высоту водной забойки, изменение температуры эмульсии и растворимость выделившегося газа в жидкой фазе эмульсии, причем максимально возможную плотность газогенерированного ЭмВВ (ρ0 при температуре t0 и атмосферном давлении), кг/м3, рассчитывают в соответствии с формулой:

где h - текущая глубина, отсчитываемая от поверхности эмульсии (границы матрицы и воды над матрицей), м;
hw - высота столба воды над эмульсией (hw≥0; если воды нет, то hw=0), м;
g - величина ускорения свободного падения (g=9,81 м/с2);
t - температура эмульсии в скважине, °С;
t0 - начальная температура эмульсии, °С;
ρw - плотность воды, кг/м3;
ρm - плотность эмульсии до газогенерации, кг/м3;
ρср - средняя плотность эмульсии в скважине, кг/м3;
ρкр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м3;
98066,5 - коэффициент для пересчета давления из Па в кгс/см2;
0,011 и 0,019 - коэффициенты полученные опытным путем и учитывающие растворимость выделившегося газа в жидкой фазе ЭмВВ при температуре плюс 5°С.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к горному делу, к области буровзрывных работ в горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в массивах горных пород, в частности при открытой разработке полезных ископаемых.

Изобретение относится к горному делу, а именно к способам ведения буровзрывных работ на карьерах, и может быть использовано в различных областях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.

Изобретение относится к горному делу и, в частности, к открытой и подземной разработке месторождений твердых полезных ископаемых. .

Изобретение относится к области буровзрывных работ и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород. .

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах на карьерах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах на карьерах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.

Изобретение относится к области буровзрывных работ и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород. .

Изобретение относится к области буровзрывных работ и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород. .

Изобретение относится к горному делу, к области буровзрывных работ в горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в массивах горных пород, в частности при открытой разработке полезных ископаемых.

Изобретение относится к горной и горно-химической промышленности и может быть использовано для ограждения и охраны трещиноватого горного массива от возможного проникновения за пределы создаваемого экрана жидких растворов и формирования прочного закрепленного участка, исключающего его обрушение

Изобретение относится к горному делу, в частности к подземной разработке рудных месторождений

Изобретение относится к горному делу, в частности к взрывному дроблению пород, и может быть использовано для осушения слабообводненных нисходящих скважин
Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и, в частности, к взрывным работам в скважине для интенсификации притоков флюида продуктивного пласта в скважину и, в частности к локализации выделенной энергии в призабойной зоне скважины

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к взрывным работам, и может быть использовано при ведении взрывных работ с применением смесительно-зарядных машин (СЗМ) для механизированного приготовления эмульсионного взрывчатого вещества (ЭВВ) в процессе заряжания скважин на открытых горных работах. Способ включает приготовление ЭВВ путем введения в эмульсионную матрицу сжатого воздуха, который вместе с эмульсионной матрицей вводят в динамический смеситель-аэратор. Смеситель-аэратор содержит, по меньшей мере, две последовательно расположенные смесительные камеры, в которых производят получение ЭВВ путем аэрации эмульсионной матрицы с повышением давления в смесителе-аэраторе не менее 0,2 МПа. Аэрацию эмульсионной матрицы производят до величины распределенных воздушных пузырьков с размером 30-150 мкм при атмосферном давлении. СЗМ снабжена компрессором для сжатия воздуха, а смеситель компонентов выполнен в виде коаксиального, по меньшей мере, двухступенчатого смесителя-аэратора динамического типа, каждая из ступеней которого содержит ротор с аксиальными лопатками и статор с аксиальными направляющими щелями. На магистрали подачи готового ЭВВ после выхода его из смесителя-аэратора смонтировано приспособление для повышения давления ЭВВ в смесителе-аэраторе. Изобретение обеспечивает независимость процесса сенсибилизации от температуры эмульсии, удешевление ЭВВ. 2 н. и з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к горному делу, к области буровзрывных работ в горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в массивах горных пород, в частности при открытой разработке полезных ископаемых. Способ включает взрывание вышележащей над угольным пластом горной массы и взрывание угольного пласта. Бурение скважин производят с недобуром до почвы угольного пласта. В скважинах формируют рассредоточенный заряд, при этом воздушный промежуток располагают так, чтобы расстояние от контакта порода-уголь до заряда, расположенного в породной и в угольной частях массива, было равным, больше либо равным радиусу зоны дробления, соответственно. Изобретение позволяет сократить простои горнотранспортного оборудования, сократить количество буровзрывных работ, устранить разрушение кровли пласта и разубоживание угля в приконтактной зоне.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке наклонных рудных залежей малой и средней мощности. Способ включает проведение подготовительных и нарезных выработок, бурение шпуров в забое выемочного блока, заряжание и взрывание шпуров, уборку отбитой рудной массы, гидравлическую зачистку отработанного блока, при этом шпуры в нижнем ряду располагают на расстоянии 2-3 диаметров шпура, заряжают через один с рассредоточенным зарядом, при этом шпуры каждого последующего ряда ориентированы по одной линии в направлении восстания рудной залежи. Сокращение потерь отбитой рудной мелочи достигается за счет создания желобов на лежачем боку рудной залежи, при гидравлической зачистке отработанного блока движение гидросмеси, состоящей из воды и рудной мелочи, происходит по гладкой поверхности желобов. Изобретение обеспечивает повышение эффективности разработки рудных тел и сокращение на 15-20% потерь обогащенной рудной мелочи при гидравлической зачистке отработанного выемочного блока. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу, к области буровзрывных работ в горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в массивах горных пород, в частности при открытой разработке полезных ископаемых. Подвесная скважинная забойка выполнена из отрезка материала, который снаружи завязан двумя веревками, один конец первой веревки завязан жестким узлом, образуя первый внутренний объем, внутри которого размещена опора. Поперечный размер опоры на 30-50% меньше диаметра скважины. Второй конец первой веревки протянут внутрь через центр отрезка материала и прикреплен к перекладине у устья скважины. Вторая веревка завязана свободным узлом выше жесткого узла, с возможностью его перемещения по первой веревке, образуя второй внутренний объем, поперечный диаметр которого на 15-20% больше диаметра скважины и на треть заполнен сыпучим инертным материалом, при этом концы отрезка материала оставлены свободными. Изобретение позволяет снизить удельный расход ВВ, повысить качество дробления горной массы за счет длительного запирания продуктов детонации в зарядной полости до момента полного разрушения окружающей породы, упростить конструкцию, повысить надежность срабатывания конструкции. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу, к отбойке горных пород. Способ взрывания удлиненных скважин включает бурение скважин, определение места размещения боевика для прямого и обратного инициирования заряда взрывчатого вещества (ВВ) расчетным путем, формирование удлиненного заряда ВВ, установку боевика в заряде ВВ, разделяющего его на две части, заполнение скважины в верхней ее части ВВ и забоечным материалом, взрывание скважины. Предварительно измеряют длину всего заряда ВВ, а затем определяют место размещения боевика в заряде ВВ от дна скважины с учетом заданной длины всего заряда ВВ и вместимости ВВ в 1 м скважины по формулам. Изобретение позволяет улучшить фокусировку ударных волн и за счет этого увеличить энергию взрыва, увеличить КПД взрыва, уменьшить объем буровых работ и удельный расход ВВ. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх