СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горному делу и строительству, в частности к способу разрушения твердых тел при помощи невзрывчатых разрушающих средств и устройству для осуществления способа.

Известен невзрывчатый разрушающий материал, представляющий собой гидративно-расширяющееся вещество, которое будучи приготовленным по соответствующей технологии и смешанным с водой обладает свойством к увеличению объема, или в условиях замкнутого пространства к созданию значительного давления (30-50 МПа) на окружающую среду, обусловленного изменением структуры в процессе гидратации. Однако при использовании веществ, вызывающих разрушение горных пород при расширении, существует значительный разброс величин временных интервалов, в течение которых достигается давление, вызывающее разрушение породы: в зависимости от конкретных условий величина этого интервала может изменяться от 0,5-1 до 12-24 ч. Кроме того, при низких положительных температурах окружающей среды время разрушения породы увеличивается до 24-48 ч, а само применение данного материала ограничено условиями положительных температур [1]
Известно устройство для ускорения процесса разрушения твердых тел невзрывчатым разрушающим средством [2]
Данное устройство включает слой термитного состава, размещаемый на дне пробуренного в твердом объекте шпура с невзрывчатым разрушающим средством и поджигаемый через 2-4 ч после начала гидратации разрушающего средства. Известный способ управления основан на том, что выделяемая при горении термитного состава тепловая энергия вызывает разогрев разрушающего средства, начиная с нижних слоев, и ускоряет процесс его гидратации.

Недостатком указанного изобретения является значительный промежуток времени между размещением разрушающего средства в шпуре и началом управления реакцией его гидратации путем поджигания термитного состава. Это объясняется тем, что при горении термитного состава выделяется большой объем газов, давление которых может привести к выбросу рабочей смеси из шпура. Необходимая сила адгезии между разрушающим средством и стенками шпура, препятствующая выбросу рабочей смеси из шпура под действием газов горения термитного состава, достигается только через 2-4 ч после размещения разрушающего средства в шпуре.

Кроме того, недостатками этого изобретения являются высокая стоимость термитного состава, а также необходимость размещения сложной системы его инициирования в каждом шпуре и выполнения дополнительной операции поджигания термитного состава через 2-4 ч после размещения разрушающего средства в шпурах.

Целью изобретения является ускорение процесса разрушения твердых объектов путем введения дополнительной тепловой энергии, ускоряющей процессы гидратации рабочей смеси НРС, увеличения вследствие реакции гидратации объема смеси невзрывчатого разрушающего средства и возникновения разрушающих напряжений в твердом объекте без применения вызывающих обильное газовыделение источников тепловой энергии и с использованием менее дорогих средств.

Цель достигается тем, что невзрывчатое разрушающее средство разогревают, начиная со слоя, ближайшего к устью шпура, с помощью теплоты, выделяемой дополнительно введенным экзотермическим веществом, которое помещают в устье шпура и заливают водой.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, характеризуется тем, что в нем средство принудительного разогрева выполнено в виде помещаемого в устье шпура в непосредственной близости от невзрывчатого разрушающего средства слоя дополнительно введенного экзотермического вещества.

За счет разогрева слоя невзрывчатого разрушающего средства, ближайшего к устью шпура, достигается ускоренное самозапирание шпура в результате реакции гидратации. Таким образом, отпадает необходимость выдержки невзрывчатого разрушающего средства в течение 2-4 ч до возникновения требуемой силы адгезии между невзрывчатым разрушающим средством и стенками шпура, препятствующей вытеснению рабочей смеси невзрывчатого разрушающего средства из шпура.

За счет применения в предлагаемом устройстве в качестве средства разогрева слоя дополнительно введенного вещества, реакции которого с водой носит экзотермический характер, достигается упрощение и удешевление по сравнению с прототипом, а за счет помещения этого слоя вблизи устья шпура достигается ускоренное самозапирание шпура, что повышает производительность.

Слой экзотермического вещества может быть заключен в оболочку из фильтрующего материала, что улучшает условия труда, так как препятствует распылению вещества в окружающую среду.

В качестве экзотермического вещества для реализации предложенных способа и устройства может быть использован состав, содержащий 90-99% мягкообожженной (быстрогасящейся) извести и остальное регулирующие добавки. В качестве одной из добавок может использоваться сульфитно-спиртовая барда в количестве 1-2 мас. которая замедляет процесс тепловыделения. Изменяя количество сульфитно-спиртовой барды, можно задавать желаемую скорость разрушения твердых тел. В случае же использования в качестве регулирующей добавки кварцевого песка в количестве 5-10 мас. достигается эффект аккумулирования тепловой энергии песком и растяжения во времени процесса принудительного разогрева невзрывчатого разрушающего средства. В этом случае изменением количества песка также задают желаемую скорость течения процесса разрушения твердых тел.

На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа разрушения твердых тел с использованием слоя россыпного экзотермического вещества; на фиг. 2 то же, с использованием слоя экзотермического вещества, заключенного в оболочку из фильтрующего материала.

В твердом теле 1, подлежащем разрушению, пробурен шпур 2 (на чертеже шпур показан вертикальным, однако он может быть и горизонтальным или наклонным). В шпур помещено невзрывчатое разрушающее средство рабочая смесь 3, а поверх него в части шпура, прилегающей к устью 4, помещен слой вещества 5, реакция с водой которого носит экзотермический характер. Для улучшения условий труда слой вещества может быть помещен в оболочку из фильтрующего материала.

Способ осуществляют следующим образом.

Заливают водой слой вещества 5, который расположен в устье шпура 2. Выделяемое тепло разогревает рабочую смесь 3, начиная со слоя, ближайшего к устью шпура 4. Происходит самозапирание шпура, благодаря чему при последующем распространении реакции гидратации на всю глубину шпура не происходит вытеснения рабочей смеси 3 из шпура 2, а возникают разрушающие напряжения в твердом теле 1.

Действие устройства для разрушения твердого тела начинается после того, как слой вещества 5 будет залит водой. Выделяемая при этом теплота разогревает прилегающий к нему слой рабочей смеси 3. Происходит ускоренная по сравнению с нижними (более удаленными от устья шпура) слоями рабочей смеси 3 гидратация. В результате реакции гидратации в слое рабочей смеси 3, прилегающем к слою вещества 5 и ближайшему к устью 4, происходит самозапирание шпура. При дальнейшем постепенном разогреве слоев рабочей смеси 3, все более удаленных от устья шпура, происходит увеличение ее объема и в твердом теле возникают разрушающие напряжения. Реакция гидратации распространяется по всей глубине шпура. Увеличение объема невзрывчатого разрушающего средства 3 не приводит к его вытеснению из шпура 2 благодаря самозапиранию последнего в самом начале процесса. Слой вещества 5 может быть помещен в фильтрующую оболочку 6, которая пропускает воду и исключает попадание вещества 5 в окружающую среду.

В качестве вещества 5, реакция с водой которого носит экзотермический характер, может быть использован состав, содержащий мягкообожженную (быстрогасящуюся) известь в количестве 90-99% и регулирующие добавки в виде сульфитно-спиртовой барды и (или) кварцевого песка. Добавка сульфитно-спиртовой барды позволяет растянуть процесс выделения тепла и увеличить время передачи тепловой энергии смеси невзрывчатого разрушающего средства до рационального значения. Кварцевый песок на начальном этапе аккумулирует бурно выделяющуюся тепловую энергию экзотермической реакции. Затем, когда выделение тепла от реакции постепенно уменьшается и совсем прекращается, песок отдает накопленное тепло и растягивает тем самым во времени процесс разрушения твердого тела.

П р и м е р 1. В устройстве используется экзотермический состав, содержащий 99 мас. мягкообожженной (быстрогасящейся) извести и 1% сульфитно-спиртовой барды. Процесс разрушения песчано-цементного блока невзрывчатым разрушающим средством, подогреваемым вышеуказанным составом, произошел через 45-50 мин после заливания экзотермического состава водой (при температуре окружающей среды +15^оС, температуре воды +20^оС).

П р и м е р 2. В устройстве используется экзотермический состав, содержащий 90% мягкообожженной (быстрогасящейся) извести и 10% кварцевого песка. Процесс разрушения песчано-цементного блока невзрывчатым разрушающим средством, подогреваемым вышеуказанным составом, произошел через 30-35 мин после заливания экзотермического состава водой (при температуре окружающей среды +15^оС, температуре воды +20^оС).

П р и м е р 3. В устройстве используется экзотермический состав, содержащий 90% мягкообожженной (быстрогасящейся) извести, 2% сульфитно-спиртовой барды и 8% кварцевого песка. Процесс разрушения песчано-цементного блока невзрывчатым разрушающим средством, подогреваемым вышеуказанным составом, произошел через 1 ч 10 мин 1 ч 15 мин после заливания экзотермического состава водой (при температуре окружающей среды +15^оС, температуре воды +20^оС).

Использование: изобретение относится к горному делу и строительству. Сущность изобретения: способ и устройство для разрушения твердых тел, согласно которому в разрушаемом твердом теле бурят шпур, помещают в шпур невзрывчатое разрушающее средство, увеличивающее свой объем при гидратации, и осуществляют принудительный разогрев невзрывчатого разрушающего средства для воздействия на скорость течения реакции гидратации. Невзрывчатое разрушающее средство разогревают, начиная со слоя, ближайшего к устью шпура с помощью теплоты, выделяемой дополнительно введенным слоем экзотермического вещества, который помещают в устье шпура и заливают водой. Слой экзотермического вещества может быть помещен в оболочку из фильтрующего материала. В состав экзотермического вещества входят: мягкообожженная (быстрогасящаяся) известь 90 99 мас. регулирующие добавки - сульфитно-спиртовая барда 1 2 мас. кварцевый песок 5 10 мас. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ разрушения твердых тел, согласно которому бурят в твердом теле шпур, помещают в шпур невзрывчатое разрушающее средство, увеличивающее свой объем при гидратации, и осуществляют принудительный разогрев невзрывчатого разрушающего средства для воздействия на скорость течения реакции гидратации, отличающийся тем, что невзрывчатое разрушающее средство разогревают начиная со слоя, ближайшего к устью шпура, с помощью теплоты, выделяемой дополнительно введенным слоем экзотермического вещества, который помещают в устье шпура и заливают водой. 2. Устройство для разрушения твердых тел, включающее размещение в шпуре невзрывчатого разрушающее средство и средство принудительного разогрева, отличающееся тем, что средство принудительного разогрева выполнено в виде помещенного в устье шпура в непосредственной близости от невзрывчатого разрушающего средства слоя дополнительно введенного вещества, реакция с водой которого носит экзотермический характер. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что слой вещества, реакция с водой которого носит экзотермический характер, заключен в оболочку из фильтрующего материала. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что дополнительное вещество содержит мягкообожженную (быстрогасящуюся) известь и регулирующие добавки в следующем соотношении,
Мягкообожженная (быстрогасящаяся) известь 90 99
Регулирующие добавки Остальное
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что оно содержит в качестве регулирующей добавки сульфитно-спиртовую барду в количестве 1 2 мас. 6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что оно содержит в качестве регулирующей добавки кварцевый песок в количестве 5 10 мас.