СПОСОБ ВЕДЕНИЯ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ Российский патент 1995 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горным работам, например при отбойке штучных блоков, проходке туннелей, добыче драгоценных и полудрагоценных камней, при ведении буровзрывных работ в угольных шахтах, а также при разрушении сооружений из камня, кирпича, бетона.

Известен способ ведения буровзрывных работ, заключающийся в бурении скважин (шпуров) по линии отбойки, размещении и герметизации в них зарядов взрывчатого вещества (ВВ), их герметизации и возбуждении в зарядах реакции разложения, сопровождающейся выделением газов [1].

При отбойке штучных блоков шпуровыми зарядами из-за бризантности ВВ в отбиваемом блоке и коренной породе образуются трещины, что снижает качество блоков. Поэтому в таких буровзрывных работах применяют дымный порох и порохоподобные аммиачно-селитренные ВВ, обладающие малой бризантностью, но слабыми энергетическими характеристиками. При проходке туннелей бризантность применяемых ВВ приводит к нежелательному законтурному разрушению породы. При добыче драгоценных и полудрагоценных камней трещинообразование приводит к снижению качества продукции. В угольных шахтах высокая температура газообразных продуктов разложения ВВ может приводить к взрывам метана и угольной пыли, содержащихся в атмосфере шахты, что вынуждает применять предохранительные ВВ с низкими энергетическими характеристиками. При разрушении сооружений из камня, кирпича, бетона выброс осколков ограничивает возможности применения ВВ в населенных пунктах.

Известны способы беспламенного взрывания [2]: кардокс, основанный на переходе жидкой углекислоты в газообразное состояние за счет теплоты, выделяемой при воспламенении горючего вещества, содержащегося в патроне с углекислотой, и гидрокс, основанный на реакции вскипания смеси химических веществ, сопровождающейся выделением теплоты и газообразных водяных паров, углекислоты, азота. Патроны с жидкой углекислотой или химическим составом размещают в скважинах (шпурах) по линии отбойки.

Способы кардокс и гидрокс характеризуются низкой энергетической эффективностью, что вынуждает применять большие массы реагентов и соответственно увеличивать объемы скважин и стоимость буровых работ. Реакция выделения газообразных продуктов в способах прототипа имеет сравнительно низкую скорость, вследствие чего становятся существенными утечки газа через неплотности забоя, а давление в соседних шпурах по линии отбойки увеличивается неравномерно.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - снизить затраты на буровые работы при сохранении положительных качеств, свойственных прототипу.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, - снижение стоимости и повышение качества продукции буровзрывных работ при обеспечении безопасности и соблюдении требований экологии.

Заявляемый способ ведения буровзрывных работ включает размещение и герметизацию зарядов в шпурах (скважинах) и возбуждение в них реакций, сопровождающихся выделением газов, и отличается тем, что в качестве зарядов используют жидкие или пастообразные реагенты с бездетонационной реакцией разложения и инициируют их разложение запалом или введением катализатора.

В качестве реагентов применяют термически нестабильные жидкости с экзотермической бездетонационной реакцией разложения, например концентрированную перекись водорода, гидразин, гидразингидрат, окись этилена. В качестве пастообразных реагентов используют смеси мелкодисперсных порошков, например целлюлозы, древесной муки, торфа, сажи, алюминиевой пудры, неорганических соединений и указанных выше жидких реагентов. В качестве запала применяют заряд воспламеняющегося вещества, например дымного пороха, и устройство, инициирующее его воспламенение, например электровоспламенитель. В качестве катализатора используют вещество, которое при контакте с жидким реагентом инициирует в нем активную реакцию разложения, например состав на основе перманганата калия для перекиси водорода. Интенсивность реакции, сопровождающейся выделением газов, их температуру и энергетический эффект реакции регулируют разбавлением реагента нереагирующей жидкостью, например водой. Заряды жидкого или пастообразного реагента могут заключаться в ампулы и размещаться в скважинах, заполненных инертной жидкостью, например водой.

При возбуждении в жидких реагентах, например перекиси водорода, гидразине, гидразингидрате, окиси этилена, реакции разложения в дальнейшем она поддерживается самостоятельно, причем в отличие от ВВ протекает без детонации. По этой причине реагенты относятся не к ВВ, а к классу ЛВЖ (легковоспламеняющиеся жидкости) с соответствующим снижением требований безопасности. Жидкие реагенты обладают высокой энергоемкостью. Так, например, реакция разложения перекиси водорода:
H __→ +1/20₂+98,25 кДж
Энергия разложения килограмма перекиси водорода примерно вдвое превышает таковую для килограмма дымного пороха. Удельная энергоемкость гидразина примерно в полтора раза выше, чем перекиси водорода. Энергоемкость заряда с жидким реагентом на порядок и более превышает энергоемкость прототипа (зарядов кардокс и гидрокс), что позволяет существенно уменьшить объем скважин и соответственно сократить стоимость буровых работ. Жидкий реагент заливают в скважину (шпур) или размещают в ампулах (патронах), заряд герметизируют забойкой скважины. Для полноценного использования работы расширения газов герметичность скважины должна обеспечиваться вплоть до завершения реакции разложения (порядка миллисекунд). В случае сквозной скважины в отбиваемом блоке она герметизируется с обоих концов.

В качестве паст используют смеси жидких реагентов с экзотермической реакцией разложения и мелкодисперсных порошков. Порошки, сгущающие жидкость до пастообразного состояния, могут участвовать в реакции с выделением теплоты и тем самым увеличивать энергетический эффект реакции. Например, в реакции разложения перекиси водорода с участием целлюлозы, древесной муки, торфа, сажи, алюминиевой пудры окисление этих примесей вызывает увеличение теплового эффекта реакции. Эти же примеси в жидкостях, разлагающихся без выделения кислорода, например гидразине, приводят к уменьшению энерговыделения. Энерговыделение уменьшается также в пастах с неорганическими соединениями, например солями, не участвующими в реакции. Применение паст в ряде применений упрощает заделку реагента в шпурах.

В качестве запала используют заряд воспламеняющегося вещества, например дымного пороха, и устройство, инициирующее его разложение, например электровоспламенитель. Запал обеспечивает необходимые условия (температуру, давление) для возбуждения реакции разложения в прилегающем слое жидкого реагента или пасты на его основе. В дальнейшем реакция поддерживается самостоятельно.

В качестве катализатора используют вещество, которое при контакте с жидким реагентом инициирует активную реакцию разложения, например состав на основе перманганата калия для перекиси водорода. Первоначально катализатор герметизирован от реагента, например размещен в запаянной ампуле, разрушение которой приводит к контакту между ними и началу реакции разложения, которая в дальнейшем поддерживается самостоятельно. Заряд реагента может размещаться в скважине, заполненной жидкостью, например водой, и инертным заполнителем, например буровой мелочью. Жидкость передает давление газов, выделяющихся при реакции разложения, отбиваемой породе. Крупнодисперсный инертный заполнитель не оказывает влияния на работу заряда.

Применение заявляемого способа повышает безопасность буровзрывных работ. Ряд жидких реагентов обладают меньшей чувствительностью к внешним возмущениям, которые могут вызвать реакцию разложения, по сравнению с применяемыми ВВ. Отсутствие детонации в жидком реагенте, плавный рост давления в ходе реакции разложения ослабляют сейсмические волны в массиве и выброс продуктов реакции и осколков породы по сравнению со взрывом ВВ одинаковой энергии. Уменьшаются вредные выбросы в атмосферу по сравнению, например, с дымным порохом. Некоторые из жидких реагентов имеют вообще безвредные продукты разложения (например, перекись водорода разлагается на водяной пар и кислород). За счет разбавления жидкого реагента нереагирующей жидкостью, например водой, возможно снижение температуры газообразных продуктов реакции до пределов, безопасных для взрыва метана и угольной пыли в атмосфере угольных шахт. Это дает возможность применять заявляемый способ при добыче угля, где обычно используются предохранительные ВВ, а также способы кардокс и гидрокс.

Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что ряд жидких реагентов, пригодных для использования по заявляемому способу, выпускаются промышленностью без ограничений. Отработана технология безопасного производства, хранения, транспортировки и эксплуатации реагентов и устройств, инициирующих реакцию разложения.

Использование: в горных работах при отбойке штучных блоков, проходке туннелей, добыче драгоценных и полудрагоценных камней, при ведении буровзрывных работ в угольных шахтах, а также при разрушении сооружений из камня, кирпича, бетона. Сущность изобретения: в шпуровых зарядах размещается жидкий или пастообразный реагент с бездетонационной реакцией разложения, которая возбуждается запалом или введением катализатора. В качестве реагентов используются термически нестабильные жидкости с экзотермической реакцией разложения, например, перекись водорода, гидразин. Пастами являются смеси этих жидкостей с мелкодисперсными порошками. Запалом служит заряд воспламеняющегося вещества. Интенсивность реакции разложения, температуру газов и энергетический эффект реакции регулируют разбавлением жидкого реагента нереагирующей жидкостью, например водой. 6 з.п. ф-лы.

1. СПОСОБ ВЕДЕНИЯ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ, включающий размещение, герметизацию зарядов в шпурах (скважинах) и возбуждение в них реакции, сопровождающейся выделением газов, отличающийся тем, что в качестве зарядов используют жидкие или пастообразные реагенты с бездетонационной реакцией разложения и иницируют их разложение запалом или введением катализатора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве реагентов применяют термически нестабильные жидкости с экзотермической бездетонационной реакцией разложения: концентрированную перекись водорода, гидразин, гидразингидрат, окись этилена. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пастообразных реагентов используют смеси мелкодисперсных порошков: целлюлозы, древесной муки, торфа, сажи, алюминиевой пудры, неорганических соединений и жидких реагентов. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве запала применяют заряд воспламеняющегося вещества - дымного пороха и устройство, инициирующее его воспламенение. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют вещество, которое при контакте с жидким реагентом инициирует в нем активную реакцию разложения, - состав на основе перманганата калия или перекиси водорода. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что интенсивность реакции, сопровождающейся выделением газов, их температуру и энергетический эффект реакции регулируют разбавлением реагента нереагирующей жидкостью - водой. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что заряды жидкого или пастообразного реагента заключают в ампулы и размещают в скважинах, заполненных инертной жидкостью-водой.