ПАТРОН НЕВЗРЫВНОГО РАЗРУШАЮЩЕГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1996 года по МПК E21C37/00 

Предполагаемое изобретение относится к области невзрывных разрушающих материалов (НРМ) и может быть использовано в строительстве и горной промышленности для разрушения бетонных, каменных и других конструкций, а также горных пород.

Известен (аналог) невзрывной разрушающий материал, содержащий борную кислоту (1,0 мас.), карбонат натрия (1,5 мас.), лигносульфонат (0,5 мас.) и грубомолотую известь (97 мас.), при использовании которого порошок НРМ смешивают с водой и заливают жидкую пастообразную смесь в шпуры (авторское свидетельство N 1114645 СССР, 1984 г.).

Указанное техническое решение имеет следующие недостатки.

Во-первых, рабочий процесс при использовании порошкообразного НРМ является нетехнологичным, поскольку заливка смеси в шпуры с помощью лотка или воронки не удобна, а для горизонтальных или восстановительных шпуров трудновыполнима.

Во-вторых, порошкообразный НРМ оказывает неблагоприятное воздействие на человека вследствие пыления и требует средств защиты (респираторы, очки, перчатки и т.п.).

В-третьих, срок хранения вскрытого порошкообразного НРМ не высок из-за самопроизвольной гидратации, например, при взаимодействии с влагой воздушной среды.

Техническим решением, наиболее близким к заявляемому (прототипом), является патронированный невзрывной разрушающий материал, представляющий собой патроны с водопроницаемой оболочкой, содержащие НРМ (см. Левинтант Р.Г. Агеев С.Г. Заметта Б.В. "Патронированное невзрывное разрушающее средство": журнал "Строительные материалы, 1991 г. N 9, стр.16-17). Перед использованием патроны погружают в воду, а затем помещают в заранее пробуренные шпуры. В процессе реакции гидратации НРМ его объем увеличивается, в окружающем массиве создаются напряжения, и происходит разрушение.

Это решение имеет следующие недостатки.

Во-первых, практически невозможно строго соблюдать заданные значения водотвердого отношения (частного от деления массы воды на суммарную массу "твердых" компонентов НРМ), являющегося важнейшим фактором, влияющим на протекание реакции гидратации. Соблюдение водотвердого отношения (В/Т) при использовании указанных патронов достигается только длительностью их замачивания, однако в реальных производственных условиях при большом количестве патронов и невозможности строгой одновременности извлечения из емкости с водой и укладки в шпуры трудно контролировать время нахождения каждого патрона в воде. Определенное влияние при замачивании оказывает и состояние влагопроницаемой оболочки, которая с течением времени или под воздействием других факторов может изменять свои свойства и иметь фильтрационные характеристики, отличные от первоначальных. Помимо этого водонасыщение патрона зависит от глубины его погружения (гидростатического давления на оболочку), температуры воды и т.п. Отклонение В/Т от оптимальных значений приводит к снижению эффективности разрушения, в частности к уменьшению давления расширения на стенки шпура, снижению скорости его нарастания и, в конечном счете, к увеличению сроков разрушения.

Во-вторых, срок хранения НРМ в водопроницаемой упаковке мал, что связано с проникновением через оболочку влаги (например, водяных паров воздушной среды), вызывающей самопроизвольную гидратацию.

В-третьих, выбор материалов для водопроницаемой оболочки ограничен, учитывая то, что обычные распространенные фильтрующие материалы имеют как правило невысокую прочность и не позволяют сохранять форму патрона, а это создает неудобства при производстве работ.

Предполагаемое изобретение направлено на строгое соблюдение водотвердого отношения при использовании патрона, на повышение срока его хранения, на расширение выбора материалов для оболочки патрона и на повышение технологичности работ.

Поставленная цель достигается тем, что в патроне невзрывного разрушающего материала, содержащем оболочку, внутри которой помещен НРМ, она выполнена преимущественно водонепроницаемой, а внутри патрона вдоль его продольной оси помещена жесткая перфорированная трубка.

Кроме того, поставленная цель достигается тем, что один конец перфорированной трубки внутри патрона не доходит до его торца на 1-2 диаметра патрона, а второй конец выходит наружу и снабжен наружной резьбой для подсоединения разъема или муфты.

Помимо этого, поставленная цель достигается тем, что оба конца перфорированной трубки выходят наружу за пределы торцов патрона и снабжены наружной резьбой для сопряжения с муфтой или разъемом.

Наконец, поставленная цель достигается тем, что патрон снабжен съемным нагнетательным устройством многоразового использования, содержащим расходную жидкостную емкость с приспособлением для контроля содержания и расхода, в верхней части которой расположен разъем для сочленения с воздуховодом насоса, а в нижней подсоединен гибкий шланг с краном и разъемом для сопряжения с перфорированной трубкой патрона, при этом емкость в верхней части снабжена отверстием для заливки жидкости с герметичной пробкой.

Анализ известных авторам технических решений показал, что отличительные признаки предполагаемого изобретения перфорированная трубка внутри патрона, варианты ее размещения, оболочка из водонепроницаемого материала, конструкция нагнетательного устройства не встречаются. Поэтому данное техническое решение обладает существенными отличиями и соответствует критерию "новизна".

Предложенное техническое решение за счет указанных отличительных признаков позволяет обеспечивать строгое соблюдение водотвердого отношения при использовании патрона НРМ, увеличить срок его хранения, расширить выбор материалов для оболочки патрона и повысить технологичность работ.

Предлагаемый патрон НРМ поясняется описанием и чертежами. На фиг.1 изображен продольный диаметральный разрез предлагаемого патрона НРМ (по п.п. 1,2 формулы), на фиг.2 его вид сверху, на фиг.3 продольный диаметральный разрез цепочки патронов (по п.п. 1,2,3 формулы), на фиг.4 узел стыковки патронов. На фиг. 5 представлен общий вид (с фрагментом разреза) съемного нагнетательного устройства (п.4 формулы), на фиг.6 его вид сверху, на фиг.7 разрез приспособления для контроля содержания жидкости (пример).

Патрон НРМ содержит невзрывной разрушающий материал 1 помещенный в оболочку 2, которая выполнена преимущественно из водонепроницаемого материала (фиг.1,2). Внутри патрона вдоль его продольной оси помещена жесткая перфорированная трубка 3 (отверстия позиция 4), которая выполнена преимущественно из пластмассы (винила, фторопласта и т.п.). Перед использованием патрон НРМ помещают в шпур в бетоне, горной породе и т.д. стенки которого обозначены поз.5.

Предлагаемый патрон НРМ имеет два варианта исполнения: концевой и рядовой. Они отличаются длиной перфорированной трубки.

Концевой патрон НРМ (см.фиг.1, фиг.3 нижняя часть) имеет перфорированную трубку, один конец которой внутри патрона не доходит до его торца на величину l, которая составляет 1-2 его диаметра d. Другой конец трубки выходит наружу и снабжен наружной резьбой. Концевой патрон НРМ предназначен для коротких шпуров (глубина которых приблизительно равна длине патрона) и для установки на дальнем конце цепочки патронов (см.фиг.3), размещаемой в глубоком шпуре. Величина l не должна быть менее диаметра патрона, т.к. нагнетаемая через перфорированную трубку 3 жидкость в этом случае будет фильтроваться через НРМ наружу, снижая заданное В/Т. При l более двух диаметров нагнетаемая жидкость не распространяется на всю длину патрона.

Рядовой патрон НРМ (см. фиг. 3 верхняя часть) имеет перфорированную трубку, оба конца которой выходят наружу за пределы торцов патрона и снабжены наружной резьбой. Он предназначен для составления цепочки патронов НРМ (удлинения), размещаемой в глубоких шпурах. Целесообразно иметь рядовые патроны разной (некратной) длины. Соединение патронов НРМ (двух рядовых или рядового с концевым) осуществляется при помощи муфты 6 (фиг.4), представляющей собой втулку с внутренней резьбой и наворачиваемое на смежные резьбовые концы перфорированных трубок. Для обеспечения герметичности соединения можно использовать прокладки. В выходящих наружу частях перфорированной трубки 3 отверстий 4 быть не должно.

Предлагаемые патроны НРМ снабжены съемным нагнетательным устройством многоразового использования (фиг.5,6), которое предназначено для ввода в невзрывной разрушающий материал расчетного количества воды или водного раствора добавок после укладки патронов в шпуры. Оно содержит расходную жидкостную емкость, корпус 7 которой выполнен преимущественно металлическим. В верхней части имеется разъем 8 для сочленения с воздуховодом 9 насоса, наконечник которого обозначен позицией 10. Крепление муфты 6 и наконечника 10 воздуховода к перфорированной трубке 3 целесообразно сделать одинаковым (на одной резьбе).

В нижней части корпуса 7 имеется разъем 11 (например, в виде штуцера) к которому подсоединен гибкий шланг 12. Другой конец шланга 12 снабжен разъемом 13 для подсоединения к перфорированной трубке 3 патрона НРМ. Гибкий шланг 12 снабжен краном 14, который открывает или закрывает подачу жидкости 15 из расходной емкости (указанный кран может быть установлен на разъеме 11).

Емкость снабжена приспособлением для контроля содержания и расхода жидкости. Оно может быть выполнено, например, в виде прозрачного стекла 16 (фиг. 7), закрывающего продольную прорезь в корпусе 7 с внутренней стороны и закрепленного к последнему с помощью прочного герметика 17. На корпус 7 с наружной стороны должна быть нанесена градуировка в объемных единицах.

Емкость в верхней части имеет отверстие для заливки жидкости с герметичной пробкой 18. Для удобства работы нагнетательное устройство имеет ручку 19. Оно может быть также снабжено какими-либо петлями для подвески к крючкам или естественным выступам, при этом должно обеспечиваться вертикальное положение емкости с целью попадания жидкости через нижнее отверстие в шланг 12 и правильного контроля ее содержания.

Предлагаемого устройство работает следующим образом. В разрушаемой конструкции (массива) пробуриваются шпуры, расположение и глубина которых определяется расчетной схемой. Диаметр шпуров должен соответствовать диаметру патронов.

Если длина шпура соответствует длине патронов, то используется один концевой патрон (см.фиг.1). Если длина шпура превышает длину патрона в 2 и более раз, то составляется цепочка из патронов (см.фиг.3), при этом концевой патрон располагается на дальнем (от устья шпура) конце, а к нему с помощью муфт 6 (см.фиг.4) присоединяются рядовые патроны. Общая длина цепочки патронов НРМ должна соответствовать длине шпура. Следует отметить, что рядовой патрон можно с одной стороны заглушить пробкой и использовать как концевой. Подготовленный таким образом патрон НРМ вставляется в шпур 5.

В нагнетательное устройство заливают воду 15 (или раствор добавок) и герметично закрывают пробку 18, при этом кран 14 должен быть закрыт (см.фиг. 5). Разъем 13 гибкого шланга 12 подсоединяют к перфорированной трубке 3 патрона НРМ, при этом ориентация шпура может быть любой, в т.ч. горизонтальной, восстающей и т. д. К разъему 8 в верхней части нагнетательного устройства подсоединяют наконечник 10 воздуховода 9 и насосом создают давление в свободном объеме 20. Для поддержания давления в емкости при отсоединенном наконечнике насоса в разъеме 8 целесообразно предусмотреть воздушный ниппель. Затем, удерживая емкость в вертикальном положении, открывают кран 14, и жидкость 15 под действием давления в свободном объеме 20 по гибкому шлангу 12 поступает в перфорированную трубку 3. Через отверстия 4 жидкость нагнетается в невзрывной разрушающий материал 1. В процессе нагнетания по приспособлению 16 контролируют расход жидкости, перекрывая кран 14 в тот момент, когда ее расчетное количество выдавится из емкости. После этого отсоединяют разъем 13 гибкого шланга 12 от перфорированной трубки 3.

Вода (раствор добавок), поступившая в невзрывной разрушающий материал, вызывает реакцию гидратации последнего, вследствие чего его объем увеличивается и создает давление расширения на стенки шпура. При достижении критической величины давления (с учетом работы патронов НРМ в соседних шпурах) происходит разрушение конструкции (массива).

Следует отметить, что для предлагаемых патронов целесообразно использовать невзрывные разрушающие материалы на основе грубомолотой извести, размеры частиц которой (фракция) составляют от 0,063 до 2,5 мм. Это обеспечивает быстрое и равномерное проникание жидкости в невзрывной разрушающий материал (при давлении в свободном объеме 20 до 1,5 атм) и оптимальные условия для протекания реакции гидратации.

Для описанных патронов (пример предлагаемого технического решения) эффективно использовать невзрывной разрушающий материал быстрого воздействия (НРМБВ), который содержит следующие компоненты (в мас.):
борная кислота 0,1-2,5
декстрин 0,1-10
алюминиевая пудра ПАП-1 0,5-3
негашеная известь фракции 0,063-2,5 мм при водородном отношении 0,5-0,55 остальное
Патроны, которые проверялись экспериментально, имели диаметр 39 мм (для шпуров диаметром 40 мм). Использовалась оболочка из полиэтилена, перфорированная трубка была выполнена из поливинила, имела наружный диаметр 6 мм и толщину стенки 1,5 мм. Диаметр отверстий составил 1,5 мм, они располагались через 2 см по длине со смещением по дуге 90^o на каждом шаге.

При использовании указанного патронированного НРМБВ перемешанные негашеная известь и алюминиевая пудра располагались в оболочке патрона, а борная кислота и декстрин растворились в воде, и указанный раствор в расчетном количестве вводился в перфорированную трубку с помощью нагнетательного устройства. При различных соотношениях компонентов (в указанных диапазонах) максимальное давление на стенки шпура составляло от 56 до 65 МПа, а сроки разрушения от 0,3 до 1,4 часа.

Техническая эффективность предлагаемого решения по сравнению с прототипом (базовым объектом) заключается в следующем.

Во-первых, при использовании патрона НРМ строго соблюдается заданное значение водотвердого отношения за счет нагнетания воды (раствора), расход которой контролируется по приспособлению на нагнетательное устройство. Это создает оптимальные условия для протекания реакции гидратации и обеспечивает высокое давление расширения на стенки шпура и заданные сроки разрушения, практически исключает случаи отказов.

Во-вторых, повышается срок хранения патронированных НРМ за счет возможности использования для оболочки водонепроницаемого материала, препятствующего самопроизвольной гидратации невзрывного разрушающего материала.

В-третьих, расширен выбор материалов для оболочки патрона за счет возможности применения большого класса дешевых недефицитных водонепроницаемых материалов (преимущественно из пластмасс) наряду с водопроницаемыми материалами.

В-четвертых, повышена технологичность работ за счет исключения операции утрамбовки патронированного НРМ досыльником, возможности обеспечения жесткой формы патрона, удобной при производстве работ. Кроме этого технологичность повышена за счет строго соблюдения заданного водотвердого отношения, обеспечивающего высокие технологические параметры работ по разрушению.

Использование: изобретение относится к области невзрывных разрушающих материалом (НРМ) и может быть использовано в строительстве (при реконструкции) и горной промышленности для разрушения конструкции и массивов горных пород. Сущность изобретения: патрон НРМ содержит оболочку, преимущественно водонепроницаемую, внутри которой помещен невзрывной разрушающий материал на основе грубомолотой извести (фракция 0,063-2,5 мм). Внутри патрона вдоль его продольной оси помещена жесткая перфорированная трубка. Патрон НРМ с целью использования в шпурах разной глубины путем составления цепочек имеет два варианта исполнения: концевой и рядовой. Концевой патрон НРМ имеет перфорированную трубку, один конец которой не доходит до его торца на 1-2 диаметра патрона, а второй выходит наружу и снабжен наружной резьбой. У рядового патрона оба конца перфорированной трубки выходят за пределы его торцов наружу и снабжены наружной резьбой. При составлении цепочки патронов используются муфты с внутренней резьбой, наворачиваемые на смежные резьбовые концы перфорированных трубок. Патроны НРМ снабжены съемным нагнетательным устройством многоразового использования, содержащим расходную жидкостную емкость с приспособлением для контроля расхода и содержания. В верхней части емкости имеется разъем для сочленения с воздуховодом насоса, а в нижней подсоединен гибкий шланг с краном и разъемом для сопряжения с перфорированной трубкой патрона. В верхней части имеется отверстие для заливки жидкости с герметичной пробкой. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Патрон невзрывного разрушающего материала, содержащий оболочку, внутри которой помещен невзрывной разрушающий материал, отличающийся тем, что оболочка выполнена преимущественно водонепроницаемой, а внутри патрона вдоль его продольной оси помещена жесткая перфорированная трубка. 2. Патрон по п.1, отличающийся тем, что один конец перфорированной трубки внутри патрона не доходит до его торца на 1-2 диаметра патрона, а второй конец выходит наружу и снабжен наружной резьбой для подсоединения разъема или муфты. 3. Патрон по п.1, отличающийся тем, что оба конца перфорированной трубки выходят наружу за пределы торцов и снабжены наружной резьбой для подсоединения муфты или разъема. 4. Патрон по пп.1 3, отличающийся тем, что он снабжен съемным нагнетательным устройством многоразового использования, содержащим расходную жидкостную емкость с приспособлением для контроля содержания и расхода, в верхней части которой расположен разъем для сочленения с воздуховодом насоса, а в нижней подсоединен гибкий шланг с краном и разъемом для сопряжения с перфорированной трубкой патрона, при этом емкость в верхней части снабжена отверстием для заливки жидкости с герметичной пробкой.