СКВАЖИННЫЙ ЗАРЯД Российский патент 1996 года по МПК F42D3/04 E21C37/00 

Изобретение относится к горнодобывающей области и строительству и может быть использовано для разрушения горных пород, бетона, железобетона и т.п. взрывом.

Известен заряд для разрушения пород взрывом, содержащий шашку взрывчатого вещества (ВВ) [1] Недостатком известного устройства низкая эффективность действия заряда из-за невысокого значения коэффициента полезного действия ВВ. Это объясняется тем, что, во-первых, мало время воздействия продуктов детонации (ПД) на объект разрушения из-за отсутствия "аккумулирования" энергии взрыва в скважине разрушаемого объекта, так как ПД двигаются только в сторону точки инициирования заряда, во-вторых, мал угол встречи фронта ударной волны с разрушаемым объектом.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является заряд, содержащий заряд ВВ с осевым цилиндрическим каналом [2] В известном заряде после инициирования в осевом цилиндрическом канале распространяется опережающая воздушная ударная волна (ОВУВ), которая сжимает взрывчатое вещество впереди фронта детонации, повышая его плотность, и как следствие увеличивает скорость детонации ВВ. Это приводит к увеличению угла встречи фронта ударной волны с разрушаемым объектом. Кроме того, в канале происходит аккумулирование энергии продуктов детонации, так как в этом случае ПД двигаются не только в сторону точки инициирования заряда, но и к его оси.

Однако эффективность действия заряда и в этом случае невысока, так как мала доля аккумулированной энергии по сравнению с общей энергией ПД и степень сжатия ПД в осевой полости. Все это снижает эффект действия заряда на разрушаемый объект.

Целью изобретения является повышение эффективности действия заряда за счет повышения коэффициента полезного действия ВВ.

Достигается это тем, что в заряде, содержащем заряд взрывчатого вещества со сквозным осевым цилиндрическим каналом, согласно изобретению заряд выполнен в виде шашки, на внутренней поверхности заряда выполнены продольные пазы глубиной h (0,1-0,2) x D, где D наружный диаметр заряда, в количестве не менее 2, причем поперечные сечения пазов представлены кривыми второго порядка, а вершины расположены на окружности диаметром d_в (0,55-0,65) x D, при этом углы между плоскостями симметрии пазов, проходящими через продольную ось заряда, равны между собой.

Диаметр d_о сквозного осевого цилиндрического канала равен d_о (0,15-0,35) x D.

Поперечные сечения продольных пазов выполнены в виде парабол.

Поперечные сечения продольных пазов выполнены в виде полуокружностей.

Наличие на внутренней поверхности заряда продольных пазов в количестве не менее 2, поперечные сечения которых представлены кривыми второго порядка, позволяет существенно увеличить скорость распространения ПД в сторону оси заряда и, как следствие сократить разницу между скоростью распространения ПД и скоростью детонации ВВ, тем самым увеличивая время воздействия ПД на объект разрушения.

Равенство h (0,1-0,2) x D позволяет повысить долю "аккумулированной" на оси заряда энергии по сравнению с общей энергией ПД.

Равенство d_в (0,55-0,65) x D позволяет рационально использовать ту долю энергии ВВ, которая непосредственно расходуется на разрушение горных пород.

Равенство углов между плоскостями симметрии пазов, проходящими через продольную оси заряда, позволяет саккумулированной энергии ПД равномерно воздействовать на объект разрушения.

Равенство d_о (0,15-0,35) х D позволяет опережающей воздушной ударной волне повышать скорость детонации на 5-15% по сравнению со скоростью детонации ВВ.

Выполнение поперечных сечений продольных пазов в виде парабол и полуокружностей позволяет за счет кумулятивного эффекта существенно повысить скорость распространения ПД в сторону продольной оси заряда и, тем самым увеличить степень сжатия ПД в осевой полости. Все это ведет к увеличению коэффициента полезного действия ВВ и как следствие повышению эффективности действия заряда.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый заряд скважинный отличается от известного всей совокупностью отличительных признаков. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

При анализе других известных технических решений в той же области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не выявлены.

На фиг. 1 показан заряд скважинных, продольный разрез; на фиг. 2а,б то же, поперечный разрез.

Заряд 1 с наружным диаметром D содержит шашку 2 взрывчатого вещества со сквозным осевым цилиндрическим каналом 3. На внутренней поверхности заряда выполнены продольные пазы 4 глубиной h(0,1-0,2) x D в количестве не менее 2. Поперечные сечения продольных пазов 4 выполнены в виде кривых второго порядка, например парабол (фиг.2а) или полуокружностей (фиг.2б). Вершины пазов расположены на окружности диаметром d_в (0,55-0,65) x D.

Углы Z между плоскостями 5 симметрии пазов 4, проходящими через продольную ось заряда 1, равны между собой.

Диаметр dо сквозного осевого цилиндрического полого канала 3 равен d_о (0,15-0,35) x D.

Заряд работает следующим образом. После инициирования расширяющиеся продукты детонации ВВ 2 заряда 1 создают в сквозном осевом цилиндрическом канале 3, диаметр dо которого равен (0,15-0,35) x D, фронт опережающей ударной волны, который, с одной стороны, увеличивает скорость детонации ВВ заряда, а с другой угол встречи фронта ударной волны с объектом 6 разрушения.

При распространении фронта 7 детонационной волны по заряду расширяющиеся ПД начинают двигаться как в сторону 8 точки инициирования, так и в сторону 9 оси заряда, причем наличие на внутренней поверхности заряда продольных пазов 4, симметрично расположенных относительно оси заряда, глубиной h (0,1-0,2) x D, вершины которых расположены на окружности диаметром d_в (0,55-0,65) x D, а поперечные сечения выполнены в виде кривых второго порядка, например парабол или полуокружностей, позволяет за счет кумулятивного эффекта, с одной стороны, увеличить долю распространяющихся в сторону 9 оси заряда ПД, а с другой, уменьшить время движения ПД в сторону оси заряда и повысить степень сжатия ПД. Это ведет к увеличению эффективности действия заряда.

При значении глубины h паза меньше 0,1 x D происходит уменьшение доли энергии ПД, направляемой на оси заряда.

При значении глубины h паза больше 0,2 x D увеличивается время подхода ПД к оси заряда, что также приводит к уменьшению доли аккумулированной энергии продуктов детонации.

При значении dв меньше 0,55 х D масса ВВ, расходуемая непосредственно на разрушение, излишне велика. Это приводит к уменьшению коэффициента полезного действия ВВ.

При значении d_в больше 0,65 x D происходит чрезмерное уменьшение массы ВВ, непосредственно расходуемой на разрушение, что также ведет к снижению эффективности действия заряда.

При значениях диаметра d_о меньше 0,15 x D и больше 0,35 x D скорость фронта опережающей ударной волны больше скорости детонации ВВ не более, чем на 5% Это приводит к уменьшению угла встречи фронта ударной волны с разрушаемым объектом и как следствие к снижению эффективности действия заряда.

Для практической проверки работоспособности предлагаемого заряда скважинного были изготовлены экспериментальные образцы. В качестве ВВ применялся эластит ЭЛ-2. Заряд, при наружном диаметре D 68 мм, диаметр dо сквозного осевого цилиндрического полого канала 20 мм, диаметр d_в 40 мм, имел 9 продольных пазов, симметрично расположенных относительно своей оси.

Поперечные сечения продольных пазов были выполнены в виде парабол, с радиусом при вершине 2,5 мм.

В качестве объекта разрушения была выбрана горная порода с категорией крепости f 7. Было пробурено 6 скважин диаметром 70 мм и глубиной 3 мм.

Для сравнения был взят заряд по прототипу, который имел наружный диаметр D68 мм, а диаметр d_о 28 мм. Проведенные испытания показали, что эффективность разрушения объекта предлагаемыми зарядами примерно на 15-20% выше по сравнению с прототипом.

Использование: горнодобывающая промышленность и строительство. Сущность изобретения: заряд содержит шашку взрывчатого вещества со сквозным осевым цилиндрическим каналом. На внутренней поверхности заряда выполнены продольные пазы глубиной (0,1...0,2) наружного диаметра заряда в количестве не менее двух. В поперечном сечении пазы выполнены в виде кривых второго порядка, вершины которых расположены по окружности диаметром (0,55...0,65) наружного диаметра заряда. Углы между плоскостями симметрии пазов, проходящими через продольную ось, равны между собой. Диаметр сквозного осевого канала равен (0,15...0,35) наружного диаметра заряда. Поверхности продольных пазов в поперечном сечении могут быть выполнены в виде парабол. Поверхности продольных пазов в поперечном сечении могут быть выполнены в виде полуокружностей. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СКВАЖИННЫЙ ЗАРЯД, содержащий заряд взрывчатого вещества со сквозным осевым цилиндрическим каналом, отличающийся тем, что заряд взрывчатого вещества выполнен в виде шашки, на внутренней поверхности которой выполнены продольные пазы глубиной 0,1 - 0,2 наружного диаметра заряда в количестве не менее двух, при этом поверхности пазов в поперечном сечении выполнены в виде кривых второго порядка, вершины которых расположены на окружности диаметром 0,55 - 0,65 наружного диаметра заряда, а углы между плоскостями симметрии пазов, проходящими через продольную ось заряда, равны между собой. 2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что диаметр сквозного осевого цилиндрического канала равен 0,15 - 0,35 наружного диаметра заряда. 3. Заряд по п.1, отличающийся тем, что поверхности продольных пазов в поперечном сечении выполнены в виде парабол. 4. Заряд по п.1, отличающийся тем, что поверхности продольных пазов в поперечном сечении выполнены в виде полуокружностей.