СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОНТУРНЫХ ЗАРЯДОВ ИЗ ЭМУЛЬСИОННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ Российский патент 1996 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке полезных ископаемых для заоткоски уступов на карьерах и в гидростроительстве.

Известен способ формирования твердых зарядов из водосодержащих взрывчатых веществ (ВВВ), включающий заливку горячей смеси в изложницы с последующим охлаждением заряда хладреагентом до полной его кристаллизации при одновременной вибрации горячей смеси /1/.

Недостатком способа является гравитационное расслаивание грубодисперсных суспензий или взвесей, которыми являются ВВВ, находящихся в горячем состоянии, что исключает возможность направленного регулирования объемной концентрации энергии по длине заряда, увеличивает вероятность отказов в связи со снижением чувствительности заряда к детонации. Кроме того, критический диаметр открытых зарядов из ВВВ, составляющий 100-120 мм, не позволяет их использование в качестве контурных из-за превышения линейной массы заряда на метр скважины предельно допустимой величине.

Известен способ регулирования плотности и объемной концентрации энергии скважинных зарядов из ВВВ путем их аэрации в процессе перемешивания смеси подводом воздуха или введением химических реагентов, при этом стабилизацию распределения воздуха или газа в виде мельчайших пузырьков достигают предварительным превращением жидкой фазы ВBB в гель за счет ее загущения и структурирования /2/.

Недостатком известного способа является то, что на выходе смесителя получают скважинный заряд одной фиксированной плотности, который при помещении в скважину равномерно изменяет свою плотность от устья скважины к забою в зависимости от давления, образуемого по длине заряда весом колонки заряда, высотой столба воды над зарядом, длиной и объемным весом материала забойки и др. факторами. При этом наиболее плотный заряд с повышенной объемной концентрацией энергии образуется у забоя скважины, а в направлении устья его плотность равномерно снижается, что не дает возможности формировать заряды требуемой по их длине плотности и объемной концентрации. Кроме того, гелеобразные ВВВ имеют большой критический диаметр открытого заряда (100-150 мм), в связи с чем они не пригодны для использования в качестве контурных, а их применение для формирования контурной щели приводит к разрушению законтурного массива, снижению его устойчивости.

Целью настоящего изобретения является снижение нарушений законтурного массива при создании контурной щели путем приведения плотности контурного заряда по его длине в соответствие с разрушаемостью пород по высоте уступа.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе регулирования плотности и объемной концентрации скважинных зарядов, включающем заливку горячей смеси в оболочку, ее газогенерацию и охлаждение до полной кристаллизации, в процессе газогенерации смеси изменяют процентное содержание вводимой в нее добавки, а охлаждение заряда до полной кристаллизации окислителя ведут при постоянном гидростатическом давлении до помещения его в скважину. Процентное содержание вводимой газогенерирующей добавки нитрита натрия определяют в зависимости от крепости пород из соотношения

где f коэффициент крепости породы по шкале проф. Протодьяконова;
d_к.с. диаметр контурной скважины, мм;
d_к.з. диаметр контурного заряда, мм.

Заявленный способ отличается от прототипа тем, что в процессе заливки горячей эмульгированной смеси в оболочки при ее перемешивании меняют процентное содержание вводимой газогенерирующей добавки, например, нитрита натрия, в соответствии с крепостью пород по высоте уступа, а стабилизацию плотности заряда достигают его охлаждением до кристаллизации окислителя (селитры) при постоянном гидростатическом давлении, например, атмосферном, после чего заряд помещают в контурную скважину.

Сущность заявляемого способа поясняется чертежами. На фиг.1 приведена схема формирования контурного заряда из газогенерируемого эмульсионного взрывчатого вещества в рукавах и на фиг.2 разрез контурного заряда по А-А, где 1 матерчатый рукав; 2 насадок; 3 шланг или гибкий рукав; 4 - смеситель; 5 газогенерированное взрывчатое вещество. На фиг.2 приведен пример использования контурного заряда переменной плотности при формировании контурное щели для постановки уступа в конечное положение, где 6 контурный заряд переменной плотности из порэмита 1; 6^а- плотность заряда 1100 кг/м³, 6^б 1290 кг/м³; 7 контурная скважина; 8 - детонирующий шнур; 9 шашка-детонатор; 10 поверхность уступа; 11 слои скальных пород крепостью 6-8; 12 слой скальных пород крепостью 14-16.

Рукав 1 из материала, например, плотной ткани, диаметром 0,4-0,25 диаметра контурной скважины d_к.с. (собирают на насадок 2, наружную поверхность которого выполняют в форме, способной удерживать рукав в собранном положении, например, конусовидной с углом порядка 3-5^o. Узким концом насадок с собранным на нем рукавом соединяют со шлангом или гибким рукавом 3, другой конец которого соединяют с выходом смесителя 4. На вход смесителя 4 подают эмульсию, например, для приготовления взрывчатого вещества (ВВ) - порэмита 1, в нагретом до 80-85^oС состоянии и раствор химического реагента перофора, например, 10% водный раствор нитрита натрия. В процессе перемешивания в смесителе 4 нитрит натрия взаимодействует с частичками незакапсулированной в мазуте аммиачной селитры с выделением газообразного азота, который в виде микропузырьков равномерно распределяется в эмульсии и на выходе смесителя 4 получают эмульсионное ВВ 5, например, порэмит 1, при температуре 75-80^oС, обладающее достаточной динамической вязкостью в 20-30 КП для удержания микропузырьков от миграции. Эмульсионное ВВ, например, порэмит 1, в смесителе 4 готовят порциями, объем которых определяют, исходя из длины прослоя пород одинаковой крепости, оптимального диаметра контурного заряда d_к.з., принимаемого для контурных скважин диаметром 0,125-0,250 м, равным 0,35-0,25 d_к.с. и плотности ВВ, регулируемой в зависимости от коэффициента крепости пород f изменением процентного содержания химического реагента порофора ( Δг.г ), например, нитрита натрия, определяемого из соотношения (1).

Приготовленное в смесителе 4 горячее газогенерированное эмульсионное ВВ, например, порэмит 1, порциями различной плотности по шлангу или гибкому рукаву 3 через насадок 2 подают в рукав 1, который по мере поступления в него ВВ снимается с насадка 2, образуя контурный заряд. Последний размещают на площадке уступа 10 вблизи контурной скважины 7 или участка приготовления зарядов и охлаждают при атмосферном давлении до температуры 40-50^oС, при которой в эмульсионном ВВ, например, порэмите 1, происходит полная кристаллизация аммиачной селитры. Микропузырьки газа, например, азота, по мере охлаждения и кристаллизации аммиачной селитры капсулируются внутри кристаллов, становятся нечувствительны к изменению давления при помещении заряда в скважину.

После охлаждения контурный заряд 6 переменной по длине плотности снаряжают шашкой-детонатором 9 с детонирующим шнуром 8 и помещают в контурную скважину 7.

Пример. Производят формирование контурной щели на предельном контуре Центрального карьера комбината "Ураласбест". По данным геологической службы карьера породы 15 м уступа на горизонте 197 м представлены рассланцованными серпентинитами с 0 м до 6 м и с 12 м и до забоя. С 6 м до 12 м разрез уступа представлен серпентинизированными перидотитами. Коэффициент крепости пород, уточненный по данным бурения контурных скважин диаметром 215 мм, например, по энергоемкости метра бурения скважин, составил для перидотита -14+16, для серпентинита 6+8. Контурные скважины пробурены под предельным углом устойчивости уступа 60^o на глубину 18,5 м. В разрезе контурной скважины мощность слоев серпентинита составила: нижней части 4,6 м, верхней части 6,95 м, а перидотита 6,96 м. Рассчитывают диаметр контурного заряда по выражению (1), исходя из диаметра контурных скважин 215 мм, максимальной плотности порэмита 1, получаемой при процентном содержании нитрита натрия 0,05% и максимальной крепости пород f20

Процентное содержание порофора-нитрата натрия, необходимое для приготовления порэмита 1 и формирования им нижней и верхней части контурного заряда, определяется из (1)

Для средней части заряда оно равно

Плотность заряда нижней и верхней частей равна 1030 кг/м³, а средней 1210 кг/м³.

Вес эмульсии плотностью 1400 кг/м³ для нижней части заряда равен

Для средней части заряда равен

Для верхней части заряда равен с учетом недозаряда на 2,5 м

Таким образом, для формирования контурного заряда из эмульсионного ВВ - порэмит 1 в условиях Центрального карьера комбината "Ураласбест" при приведенных выше параметрах контура и геологии разреза производят следующие операции:
из плотной ткани формируют рукав диаметром 60 мм, размещают его на насадок, соединенный шлангом со смесителем;
в смеситель подают горячую эмульсию и нитрит натрия тремя порциями:
1 вес эмульсии 18,2 кг; вес нитрита натрия 58 гр;
2 вес эмульсии 27,5 кг; вес нитрита натрия 38,5 гр;
3 вес эмульсии 17,6 кг; вес нитрита натрия 56,3 гр.

порции, согласно указанному порядку, тщательно перемешиваются и через шпан подаются в рукав с одновременным его снятием с насадка по мере заполнения порэмитом 1;
заряд помещают на уступе для охлаждения при атмосферном давлении до температуры 40-50^oС;
заряд снаряжают шашкой детонатором с детонирующим шнуром и опускают в контурную скважину.

По сравнению с прототипом изобретение обеспечивает следующие преимущества:
сокращение объемов бурения и массы заряда в контурных скважинах за счет приведения объемном концентрации энергии по длине контурного заряда в соответствие с разрушаемостью горных пород (их крепостью);
повышение устойчивости бортов уступов, поставленных в конечное положение, за счет снижения передачи энергий взрыва в массив при взрывании контурных зарядов переменное по длине объемной концентрации энергии;
применение сформированных контурных зарядов как в сухих, так и обводненных условиях, обеспечивая замену высокотоксичных дорогостоящих тротилосодержащих взрывчатых веществ.

Использование: открытая разработка полезных ископаемых для заоткоски уступов на карьерах и гидростроительство. Способ включает газогенерацию эмульсии в смесителе порциями с изменением процентного содержания газогенерирующей добавки - порофора в них. Заполнение рукава из ткани газогенерированным эмульсионным ВВ различной плотности. Его охлаждение при атмосферном давлении с последующим помещением в контурную скважину. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ формирования контурных зарядов из эмульсионных взрывчатых веществ, включающий газогенерацию горячей смеси, ее заливку в оболочку и охлаждение до полной кристаллизации окислителя, отличающийся тем, что, с целью снижения нарушений законтурного массива при создании контурной щели путем приведения плотности контурного заряда по его длине в соответствие с разрушаемостью пород по высоте уступа, в процессе газогенерации смеси изменяют процентное содержание вводимой в нее добавки, а охлаждение заряда до полной кристаллизации окислителя ведут при постоянном гидростатическом давлении до помещения его в скважину. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процентное содержание вводимой газогенерирующей добавки нитрита натрия определяют в зависимости от крепости пород из соотношения

где Δ_г.г - процентное содержание нитрита натрия в эмульсионном взрывчатом веществе порэмит 1, изменяющееся в диапазоне 0,05-0,40%
f коэффициент крепости породы по шкале проф. Протодьяконова;
d_к.с диаметр контурной скважины, мм;
d_к.з диаметр контурного заряда, мм.