СПОСОБ ЗАРЯЖАНИЯ НИСХОДЯЩИХ СКВАЖИН ЭМУЛЬСИОННЫМИ ВЗРЫВЧАТЫМИ СМЕСЯМИ (ЭВС) Российский патент 1998 года по МПК F42D1/10 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к способам заряжания нисходящих скважин эмульсионными взрывчатыми смесями (ЭВС), а более конкретно к способам заряжания скважин взрывчатыми веществами (ВВ) местного приготовления типа концентрированных "Сларри" или, иначе, эмуланов, и может быть использовано при отбойке горных пород от массива на открытых горных работах как в сухих, так и обводненных породах.

Известен способ заряжания нисходящих скважин ЭВС, включающий размещение в скважинах диаметром более 125 мм патронов заводского приготовления с ЭВС [1].

Недостатком способа является необходимость значительных затрат на транспорт и большой доли ручного труда при заряжании. Поэтому способ применяется только при взрывных работах с одновременным взрыванием ограниченного числа скважинных зарядов.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому способу является способ заряжания нисходящих скважин ЭВС, включающий подготовку вне смесительно-зарядной машины (С3М) эмульсии типа вода в масле с введением в ее состав жидкого горючего, загрузку эмульсии в С3М, загрузку в С3М гранулированного нитрата аммония и жидкого горючего, переезд С3М к заряжаемым скважинам и размещение в этих скважинах ЭВС одновременным ее приготовлением в С3М путем подготовки твердой фазы смачиванием гранулированного нитрата аммония жидким горючим, смешивания твердой фазы с эмульсией и поддержания заданных соотношений эмульсии и твердой фазы и заданного содержания жидкого горючего в ЭВС [2].

Поддержание заданного содержания жидкого горючего в ЭВС при изменении соотношения эмульсии и твердой фазы осуществляется автоматически, так как эмульсия и твердая фаза имеют равное содержание жидкого горючего или равный кислородный баланс.

Однако указанный способ не может быть использован в условиях пониженных и отрицательных температур из-за возможности закупорки скважины ЭВС при использовании шнековой системы подачи ЭВС в скважину или зарядного шланга (насосная система) даже при подаче чистой эмульсии в скважину по столб воды, что является следствием повышения вязкости эмульсии в этих условиях.

Изобретение направлено на решение задачи создания способа заряжания нисходящих скважин ЭВС, который может быть использован при ведении взрывных работ в любых погодных условиях, в том числе в условиях пониженных и отрицательных температур, как в сухих, так и в обводненных скважинах, при подаче ЭВС в скважины через зарядный шланг. Получаемый при этом технический результат состоит в снижении вязкости эмульсии на этапе заряжания скважин без изменения состава ЭВС.

Это достигается тем, что в известном способе заряжания нисходящих скважин ЭВС, включающем подготовку вне С3М эмульсии типа воа в масле с введением в ее состав жидкого горючего, загрузку эмульсии в С3М, загрузку в С3М гранулированного нитрата аммония и жидкого горючего, переезд С3М к заряжаемым скважинам и размещение в этих скважинах ЭВС с одновременным ее приготовлением в С3М путем подготовки твердой фазы смачиванием гранулированного нитрата аммония жидким горючим, смешивания твердой фазы с эмульсией и поддержания заданных соотношений эмульсии и твердой фазы и заданного содержания жидкого горючего в ЭВС, при подготовке эмульсии жидкое горючее в нее вводят с большим процентным содержанием от веса эмульсии, чем заданное процентное содержание жидкого горючего в ЭВС, а подготовку твердой фазы осуществляют с содержанием жидкого горючего от массы этой фазы, устанавливаемым из соотношения

где
Г_тф - содержание жидкого горючего в твердой фазе, % от массы этой фазы;
Г_ЭВС - заданное содержание жидкого горючего в ЭВС, мас.%;
Г_э - заданное содержание жидкого горючего в эмульсии, % от массы эмульсии;
Э - заданная доля эмульсии в ЭВС;
Т - заданная доля твердой фазы в ЭВС;
При подготовке эмульсии жидкое горючее в ее состав вводят в количестве от 7 до 20% от массы эмульсии.

При подготовке твердой фазы максимальное количество жидкого горючего в ней не превышает 5,5% от массы этой фазы.

При этом содержание эмульсии в ЭВС составляет от 20 до 80% от массы ЭВС.

Кроме того, гранулированный нитрат аммония (аммиачную селитру-АС) для твердой фазы ЭВС предварительно подогревают до температуры эмульсии с точностью до ±5^oC.

В указанную в самостоятельном пункте формулы изобретения совокупность признаков включены существенные признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для получения технического результата. Снижение вязкости эмульсии и расширение области применения способа следует из увеличения содержания жидкого горючего в составе эмульсии за счет соответствующего уменьшения в процессе заряжания содержания жидкого горючего в составе твердой фазы при сохранении заданного состава ЭВС.

Соотношение для определения содержания жидкого горючего в твердой фазе Г_тф, которое необходимо ввести в нее процессе заряжания, получено из условия поддержания заданного содержания жидкого горючего в ЭВС при переменных Г_э, Э и Т:
Г_э•Э+Г_тф•Т=Г_ЭВС.

Из (2) следует
,
т.е. получаем (1).

При этом Т=1-Э или Э=1-Т.

Это также позволяет создать программу управления процессом заряжания скважин для автоматического получения заданных конструкций зарядов с изменяющимися соотношениями эмульсии и твердой фазы по высоте колонки скважинных зарядов, рядом скважин, отдельным взрываемым блоком или их частям.

Конкретные пределы содержания жидкого горючего в эмульсии и твердой фазе, а также содержания эмульсии в составе ЭВС установлены на основании опытных данных и технико-экономических расчетов.

Предварительный подогрев гранулированной АС до температуры эмульсии с точностью до ±5^oC позволяет при смешивании эмульсии и твердой фазы в процессе заряжания избежать повышения вязкости эмульсии в составе готовой ЭВС. Подогрев АС до большей температуры приведет к повышению температуры эмульсии сверх установленной техническими условиями, а до меньшей температуры - к снижению температуры эмульсии и, следовательно, повышению ее вязкости в процессе смешивания эмульсии с твердой фазой и подачи в скважину через зарядный шланг.

Способ осуществляют путем последовательного выполнения следующих операций.

На стационарном пункте приготовления (СПП), расположенном вблизи объекта производства взрывных работ (5-20 км), или передвижном модульном блоке, который может быть размещен непосредственно на объекте взрывных работ, например на борту карьера, по известной технологии, принятой на открытых горных работах, осуществляет подготовку эмульсии типа вода в масле с введением в ее состав жидкого горючего.

В качестве компонентов эмульсии могут быть использованы: окислитель - гидрат аммония - гранулированная АС марки Б или смесь аммиачной и натриевой (кальциевой) селитр; жидкое горючее - дизельное топливо (ДТ) или различные масла (М-40А и др.), эмульгатор - НТ - сложный эфир таловых кислот с пентоэлитритом и др.; вода - питьевая или пожарохозяйственного назначения без механических примесей с pH 6,5-7,0. При этом содержание жидкого горючего в эмульсии превышает заданное содержание жидкого горючего в ЭВС и составляет 7-20% от массы эмульсии. Увеличение содержания жидкого горючего в эмульсии производят за счет соответствующего уменьшения содержания окислителя. Эмульсия имеет температуры 80-90^oC и плотность 1,25-1,40 г/см³. Готовая эмульсия может нарабатываться в накопительную емкость. Сама по себе эта эмульсия не является взрывчатой.

На СПП или передвижном модульном блоке могут быть установлены средство для подогрева гранулированной АС (марки Б или пористой марки II) твердой фазы, бункер для загрузки подогретой АС в С3М, раздаточная емкость для жидкого горючего твердой фазы, средство приготовления газогенерирующей добавки (ГГД), например подкисленного раствора нитрата натрия, раздаточная емкость для этого раствора и(или) бункер для микросфер. Гранулированную АС твердой фазы подогревают до температуры эмульсии с точностью ±5^oC.

Подготовленные компоненты ЭВС (эмульсию, подогретый гранулированный нитрат аммония твердой фазы, жидкое горючее твердой фазы и, если это необходимо, ГГД или микросферы) загружают в отдельные емкости СЗМ. В принципе, подогрев гранулированного нитрата аммония твердой фазы, может осуществляться и в самой СЗМ, а загрузка СЗМ компонентами ЭВС (кроме эмульсии) - не на СПП или передвижном модульном блоке, а в другом подходящем месте.

Загруженная СЗМ переезжает на заряженный блок и размещается там в рабочее положение так, чтобы с одной установки заряжать несколько скважин. Зарядный шланг СЗМ опускают в заряжаемую скважину, обводненные скважины не осушают, а заряжание осуществляют под столб воды.

Размещение ЭВС в скважинах осуществляют одновременно с ее приготовлением с СЗМ путем подготовки твердой фазы смачиванием гранулированного нитрата аммония жидким горючим, смешивания твердой фазы с эмульсией и поддержания заданных соотношений эмульсии и твердой фазы и твердой фазы и заданного содержания жидкого горючего в ЭВС. Подготовку твердой фазы осуществляют с меньшим содержанием жидкого горючего от массы этой фазы, чем заданное содержание жидкого горючего в ЭВС, причем поддержание указанного заданного содержания при изменении соотношения эмульсии и твердой фазы в ЭВС осуществляют изменением содержания жидкого горючего в твердой фазе до 5,5 мас.%. В зависимости от конструкции заряда содержание эмульсии в ЭВС изменяют от 20 до 80 мас. % с твердой фазы от 80-20 мас.% соответственно. При этом содержание жидкого горючего в твердой фазе устанавливают из соотношения (I), что обеспечивает поддержание заданного содержания жидкого горючего в ЭВС при изменении соотношения эмульсии и твердой фазы для эмульсии с конкретным содержанием жидкого горючего, загруженной в СЗМ.

Эмульсия не является взрывчатой до тех пор, пока в ней не будут созданы газовые поры-полости, выполняющие роль сенсибилизаторов. В ЭВС твердая фаза выполняет эту роль газовых полостей или регуляторов плотности. Поэтому при использовании в твердой фазе пористой АС (марка II) применение ГГД или микросфер является необязательным. При использовании АС марки Б желательно применять ГГД (например, до 0,05 мас.% сухого нитрита натрия сверх 100 мас.% смеси компонентов эмульсии, который вводят в эмульсию в виде 5%-ного водного раствора, подкисленного серной кислотой до pH 2-4) или микросферы (до 4 мас. % сверх 100 мас.% смеси компонентов эмульсии), что улучшает детонационные и взрывчатые характеристики ЭВС, но увеличивает стоимость. Однако ГГД может быть использовано только при содержании жидкого горючего в твердой фазе не менее 3% от массы этой фазы и тщательном перемешивании гранулированной АС с жидким горючим перед смешиванием твердой фазы с эмульсией, так как иначе возможна слишком активная реакция нитрата натрия с АС твердой фазы.

Готовую ЭВС закачивают в скважины через зарядный шланг, например, насосом перистальтического или мембранного типа.

Требуемые детонационные и взрывчатые характеристики ЭВС обеспечиваются сохранением качественного и количественного состояния ЭВС и впитыванием части жидкого горючего из состава эмульсии в поры гранулированной АС твердой фазы непосредственно в скважинах после окончания процесса их заряжания.

Способ проверен в лабораторно-полигонных условиях. Из результатов испытаний следует следующее.

1. Во всех опытах качественный и количественный состав ЭВС не отличался от прототипа при тех же соотношениях эмульсии и твердой фазы. При этом увеличение содержания жидкого горючего в эмульсии по сравнению с заданным содержанием жидкого горючего в ЭВС производилось за счет соответствующего уменьшения содержания окислителя в эмульсии.

Поскольку по комплексу характеристик различные селитры близки между собой, в составе эмульсии ЭВС в качестве окислителя может быть использован не только нитрат аммония (АС), но и его смеси с другими селитрами (натриевой или кальциевой).

2. Содержание жидкого горючего в эмульсии должно быть 7-20% от массы эмульсии. При меньшем содержании жидкого горючего вязкость эмульсии достаточно высока и имеется вероятность закупорки зарядного шланга ЭВС при низких и отрицательных температурах окружающего воздуха. При большем содержании жидкого горючего в эмульсии происходит ее флегматизация и возможно затухание детонации ЭВС.

3. Максимальное содержание жидкого горючего в твердой фазе не превышает 5,5% от массы этой фазы и устанавливается в соответствии с выражением (I).

При большем содержании жидкого горючего в твердой фазе вязкость эмульсии снижается незначительно по сравнению с вязкостью эмульсии прототипа, а возможные пределы регулирования содержания жидкого горючего в эмульсии ограничены 7-8% от массы эмульсии.

4. Содержание эмульсии в ЭВС составляет 20-80 мас.%, а твердой фазы - 80-20 мас.% соответственно.

При меньшем или большем содержании эмульсии в ЭВС получаемые выгоды не окупаются усложнением технологии, конструкции СЭМ, СПП или передвижного модульного блока и увеличением их стоимости по сравнению с заряжанием скважин мгданитом (твердая фаза ЭВС прототипа - 94 мас.% гранулированной АС и 6 мас. % ДТ) для сухих скважин или с заряжанием как сухих, так и обводненных скважин одной эмульсией, например эмульсионным ВВ типа порэмит, соответственно.

Кроме того, при меньшем содержании эмульсии с ЭВС слишком большая часть межгранульного пространства твердой фазы не будет заполнена эмульсией. Это может привести к опусканию эмульсии в нижнюю часть заряда. При большем содержании эмульсии в ЭВС также практически отсутствует возможность регулирования содержания жидкого горючего в эмульсии (только в пределах от 7 до 7,5% от массы эмульсии) и ограничены возможности регулирования содержания жидкого горючего в твердой фазе (не более 2% от массы этой фазы). При этом вязкость эмульсии снижается незначительно по сравнению с вязкостью эмульсии прототипа.

5. Предварительный подогрев гранулированной АС твердой фазы до температуры эмульсии с точностью ±5^oC позволяет избежать повышения вязкости эмульсии при ее смешивании с твердой фазой и подаче ЭВС по зарядному шлангу в скважины, так как температура эмульсии при этом не будет снижена.

Источники информации:
1. Барон В.Л., Кантор В.Х. Техника и технология взрывных работ в США, М. : Недра, 1989, с. 91.

2. Там же, с. 94-95.

Использование: взрывные работы в горной промышленности и строительстве. Сущность изобретения: при подготовке вне смесительно-зарядной машины (СЭМ) эмульсии жидкое горючее в нее вводят с большим процентным содержанием от веса эмульсии, чем заданное процентное содержание жидкого горючего в ЭВС, а подготовку твердой фазы в СЭМ осуществляют с содержанием жидкого горючего от массы этой фазы, устанавливаемым из соотношения: Г_т ф = (Г_э в с - Г_э • Э) / Т, где Г_т ф - содержание жидкого горючего в твердой фазе, % от массы этой фазы; Г_э в с - заданное содержание жидкого горючего в ЭВС, мас.%; Г_э - заданное содержание жидкого горючего в эмульсии, % от массы эмульсии; Э - заданная доля эмульсии в ЭВС; Т - заданная доля твердой фазы в ЭВС. При этом содержание жидкого горючего в эмульсии составляет 7 - 20 % от массы эмульсии, в твердой фазе - не превышает 5,5 % от массы этой фазы, а содержание эмульсии в ЭВС 20 - 80 % от массы ЭВС. Гранулированный нитрат аммония для твердой фазы ЭВС предварительно подогревают до температуры эмульсии с точностью до ± 5^oС. 4 з.п.ф-лы.

1. Способ заряжания нисходящих скважин эмульсионными взрывчатыми смесями (ЭВС), включающий подготовку вне смесительно-зарядной машины (СЗМ) эмульсии типа вода в масла с введением в ее состав жидкого горючего, загрузку эмульсии в СЗМ, загрузку в СЗМ гранулированного нитрата аммония и жидкого горючего, переезд СЗМ к заряжаемым скважинам и размещение в этих скважинах ЭВС с одновременным ее приготовлением в СЗМ путем подготовки твердой фазы смачиванием гранулированного нитрата аммония жидким горючим, смешивания твердой фазы с эмульсией и поддержания заданных соотношений эмульсии и твердой фазы и заданного содержания жидкого горючего в ЭВС, отличающийся тем, что при подготовке эмульсии жидкое горючее в нее вводят с большим процентным содержанием от веса эмульсии, чем заданное процентное содержание жидкого горючего в ЭВС, а подготовку твердой фазы осуществляют с содержанием жидкого горючего от массы этой фазы, устанавливаемым из соотношения

где Г_т . ф - содержание жидкого горючего в твердой фазе, % от массы этой фазы;
Г_Э В С - заданное содержание жидкого горючего в ЭВС, мас.%;
Г_Э - заданное содержание жидкого горючего в эмульсии, % от массы эмульсии;
Э - заданная доля эмульсии в ЭВС;
Т - заданная доля твердой фазы в ЭВС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подготовке эмульсии жидкое горючее в ее состав вводят в количестве от 7 до 20 % от массы эмульсии. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при подготовке твердой фазы максимальное количество жидкого горючего в ней не превышает 5,5 % от массы этой фазы. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание эмульсии в ЭВС составляет от 20 до 80 % от массы ЭВС. 5. Способ по пп.1 и 3, отличающийся тем, что гранулированный нитрат аммония для твердой фазы ЭВС предварительно подогревают до температуры эмульсии с точностью до ± 5^oС.