СПОСОБ ЗАРЯЖАНИЯ СКВАЖИН БОЕПРИПАСАМИ Российский патент 1999 года по МПК F42D1/02 F42D3/00 

Изобретение относится к взрывным работам и предназначено для использования боеприпасов артиллерии - снарядов, мин и боевых частей ракет для промышленных взрывов.

Известные попытки ведения взрывных работ боеприпасами не получили промышленного применения, что обусловило разработку сложных и опасных технологий извлечения зарядов взрывчатых веществ (BB) из снаряженных боеприпасов, удорожающих получаемое BB [1].

Проведение горных выработок снарядами, метаемыми на забой пушкой [2], неэффективно, так как в скальные породы снаряды не проникают, и недопустимо из-за высокого содержания в продуктах горения и взрыва ядовитых газов: бронебойные снаряды снаряжены плавом тротил-гексоген с глубоко отрицательным кислородным балансом, а пороховые заряды рассчитаны на неполное сгорание до окиси углерода.

Загазованность подземных выработок обусловит необходимость безлюдного проведения работ по выемке патронов из зарядных ящиков, заряжанию, выстрелу, отгрузке отбитой горной массы (отдельно от гильз) и креплению выработки. Трудности роботизации такого многообразия работ очевидны.

Предложение применять боеприпасы для разрушения негабарита и образования траншей [3] даже при успешной реализации открыло бы ограниченный масштаб расхода боеприпасов при весьма низкой эффективности разрушения среды накладными зарядами, сопровождающегося разлетом осколков металлических корпусов на большие расстояния.

Известно заряжание скважин оксиликвитом опусканием в скважину одиночного патрона на веревке с крючком, отцепляющимся от кольца на патроне [4], а также заряжание обычными патронами на веревке с самоотцепляющимся крюком или на тонкой двойной веревке после опускания патрона извлекаемой из скважины [5].

Разработана механизированная укладка списанных боеприпасов для траншейных зарядов со стропочными средствами, обеспечивающими отцепку груза [5, стр. 133, рис. 59].

Для массовых взрывов камерными и траншейными зарядами списанными боеприпасами боеголовки опускали с помощью контейнеров с донной разгрузкой [5, стр. 138 и рис. 53 на стр. 122].

Испытаны для заряжания восстающих скважин патронированными BB механические толкающие зарядчики 3Л-2Б и ГП-3, разработанные Лениногорским полиметаллическим комбинатом, и зарядчик ПЗК-60 конструкции криворожского института Гирорудмаш [5, стр. 131], но все перечисленные работы неприменимы для заряжания боеприпасами вертикальных нисходящих скважин.

Целью изобретения является безопасное механизированное заряжание скважин боеприпасами с исключением изложенных недостатков.

Для достижения поставленной цели над скважиной на диаметрально противоположных ее сторонах устанавливают два барабана с общей лентой из прочного гибкого материала, на основном барабане содержится большая часть ленты, а на вспомогательный барабан ленту наматывают из расчета ее опускания на глубину, не достигающую забоя скважины. На ленту, сматываемую с обоих синхронно вращающихся барабанов, помещают снаряды, мины или боевые части ракет, формируя скважинный заряд из колонки боеприпасов, опускаемой в скважину. После окончания разматывания ленты вспомогательного барабана и освобождения ее крепления плавное опускание на ленте колонки боеприпасов переходит в режим свободного падения до забоя скважины с высоты, безопасной для боеприпасов.

После освобождения от груза лента располагается между колонкой боеприпасов и стенкой скважины со стороны основного барабана, на который ее и наматывают, после чего край ленты закрепляют шлицевым соединением на валу вспомогательного барабана и наматывают на него ленту длиной, соответствующей расстоянию ее свободно свисающего конца (после освобождения от груза опускаемых боеприпасов), не достигающего верха ранее опущенной в скважину колонки боеприпасов, и так до завершения формирования скважинного заряда из боеприпасов, после чего в скважину засыпают гранулированное BB на высоту не менее четырех диаметров скважины, в слое BB размещают промежуточные детонаторы со средствами инициирования, производят забойку, после завершения заряжания серии скважин монтируют взрывную сеть и взрывают.

Схема способа представлена на чертежах: фиг. 1 - схема заряжания, фиг. 2 - ее горизонтальная проекция, фиг. 3 - схема шлицевого соединения для крепления ленты на оси вспомогательного барабана, фиг. 4 - схема стадии заряжания скважины, фиг. 5 - схема скважинного заряда, после монтажа взрывной сети готового к взрыванию.

На чертежах приняты следующие обозначения: 1 - лента, 2 - основной барабан, 3 - вспомогательный барабан, 4 - скважина, 5 - воронка, 6 - артиллерийский снаряд, 7 - амортизатор, 8 - опорная плита ( фиг. 1 и 2), 9 - вал вспомогательного барабана с пазом, 10 - вкладыш, в паре с пазом образующий шлицевое соединение для крепления конца ленты (фиг. 3), 11 - гранулированное BB, 12 - промежуточные детонаторы, 13 - детонирующий шнур, волновод инициирования системы Нонель или провода от жэлектродетонаторов, 14 - забойка.

Основной барабан снабжен механическим приводом, вспомогательный барабан - ручным, храповые механизмы - на обоих барабанах. Барабаны размещены на опорной плите, устанавливаемой на грунте (фиг. 1 и 2).

Наряду с изложенным устройство для заряжания скважин боеприпасами может быть размещено в кузове автомашины с возможностью перемещения плиты 8 на выдвижной опоре для требуемой ориентации барабанов над устьем скважины. В этих условиях кольцо 5 вместо установки в устье скважины надлежит закрепить на уровне опорной плиты 8, выдвигаемой из кузова на выдвижной опоре, а между кольцом и устьем скважины установить металлическую трубу. При этом высота колонки боеприпасов, единовременно опускаемой в скважину с последующим сбрасыванием, может быть увеличена на расстояние от кольца до устья скважины или на длину трубы.

Боеприпасы артиллерии перед приемкой на вооружение подвергаются испытаниям на безопасность падения на бетонное основание с высоты 5 м, а также на невосприимчивость к удару - осколком от взрыва фугаса и к прострелу пулей.

Напряжения, возникающие при выстреле в разрывном заряде, снаряженном тротилом или аммотолом, допустимы до 1000 кг/см², что значительно меньше, чем возникающие при падении боеприпаса с высоты 5 м [6].

Наряду с изложенным способом заряжания скважин боеприпасами, выполняемым в несколько приемов, причем каждая операция опускания на ленте колонке боеприпасов завершается ее свободным падением при освобождении боеприпасов от опоры, предусмотрено заряжание скважин опусканием колонки всего скважинного заряда до забоя скважины или также порционное заряжание скважины в несколько приемов, но в режиме опускания боеприпасов до конца - до забоя скважины или до верха ранее загруженной колонки боеприпасов без перехода плавного спуска боеприпасов на ленте в режим свободного падения.

Выбор режима заряжания зависит от уровня чувствительности BB, которым снаряжены боеприпасы и от общей массы скважинного заряда. На выбор режима заряжания влияет и предельно допустимая нагрузка, которую может выдержать лента без разрыва.

Гибкая лента может быть изготовлена из технических тканей на основе синтетических волокон, из которых наибольшей прочностью обладают полиэфирные и полиамидные, особенно - на основе ароматических полиамидов (кевлар и СВМ) [7]. Наиболее экономична полипропиленовая пленка, предназначенная для упаковочных материалов и фибриллированных нитей [7, стр. 267].

Пример. В качестве ленты применяют полипропиленовую пленку, предназначенную для резки на полоски, используемые в упаковке. Пленку формуют фильерами: кольцевой диаметром 100 мм или щелевой шириной 700-800 мм с зазором 0,4 - 0,69 мм.

Пленка, полученная формованием на щелевой фильере шириной 80 см с зазором 0,06 см при площади поперечного сечения 4,8 см² характеризуется разрушающей нагрузкой при растяжении 5,87 т, при запасе прочности 30% допустимая рабочая нагрузка 4,1 т. Пленку целесообразно использовать в виде ленты шириной 40 см, полученной дублированием вдвое сложенной по ширине пленки прокаткой на горячих вальцах или сформованной на фильере шириной 40 см с зазором 1,2 мм.

Скважину глубиной 40 м заряжают артиллерийскими снарядами на длину 32 м, поверх снарядов слой гранулированного BB высотой 1 м и 7 м - забойка. Длину снарядов калибром от 210 до 305 мм принимаем равной 1 м.

Варианты:
Калибр 305 мм, снаряд 470 кг (морская артиллерия), масса скважинного заряда из 32 снарядов 15 т. Заряжание сбрасыванием - в 7 приемов, из них 6 - по 5 снарядов с высоты 5 м и седьмое - 2 снарядов с высоты 2 м. Заряжание спуском на ленте выполняется в 4 приема по 8 снарядов массой 3,76 т.

Калибр 210 мм, снаряд 133 кг (пушка БР-17), скважинный заряд 4,2 т. Скважину заряжают в один прием опусканием на ленте 32-х снарядов. Дополнительные трудозатраты на повторные операции сбрасывания, намотки ленты превышают стоимость полимерной пленки для упаковки.

Для скважинных зарядов целесообразно использовать осколочно-фугасные снаряды калибром более 152 мм. В связи с большой массой снарядов выемка из снарядного ящика, подъем, перемещение и подача на ленту должны осуществляться подъемно-транспортирующими механизмами с управляемыми манипуляторами поворотов и требуемой ориентацией снаряда и захватами, надежно удерживающими снаряд.

Полная длина поясковых снарядов колеблется в пределах от 2,8 до 5,6 калибров [6, стр. 84], что исключает их заклинивание при опускании в скважину, происходящее при соотношении длины цилиндра к диаметру скважины менее 1,5.

Порядок производства работ.

В устье скважины ставят кольцо, над скважиной устанавливают два барабана с лентой из полипропилена. При заряжании в режиме опускания снарядов длина ленты, сматываемой с обоих барабанов, должна превышать глубину скважины на высоту размещения барабанов над устьем скважины.

На ленту помещают амортизатор - кусок автопокрышки амортизированной конвейерной ленты или 1-2 кг гранулированной аммиачной селитры в оболочке из ткани, и на амортизатор помещают снаряд, обращенный головной частью вниз.

Амортизатор предотвращает сосредоточенные нагрузки на ленту, особенно - для снарядов с вывинченными головными взрывателями, так как острые края гнезд под взрыватели могут действовать как кромки.

Освобождая барабаны от блокирования их вращения храповыми механизмами, снаряд вместе с лентой опускают в скважину, в образовавшееся пространство между донной частью первого снаряда и устьем скважины опускают второй снаряд и так далее, совмещая подачу снарядов с их опусканием на ленте. Все снаряды ориентируют головной частью вниз.

При массе скважинного заряда, создающей допустимую нагрузку на ленту, колонку снарядов опускают до забоя скважины, выполняя процесс ее заряжания в один прием. Край ленты освобождается от крепления на валу вспомогательного барабана, а от основного барабана ленту отрезают, концы лент сбрасывают в скважину, засыпают гранулированное BB слоем в 1 т, размещая в нем промежуточные детонаторы со средствами инициирования, и засыпают забойку.

Снаряды больших калибров подают до предельно допустимой загрузки ленты и процесс заряжания осуществляют в несколько стадий, каждый раз отрезая ленту от основного барабана и для опускания следующей части заряда наматывая на вспомогательный барабан ленту все меньшей длины, соответствующей все уменьшающимся расстояниям от верха снарядов в скважине до ее устья.

При заряжании в несколько приемов в режиме сбрасывания длина ленты вспомогательного барабана должна быть короче на высоту колонки сбрасываемой части заряда, считая от дна скважины, а при подаче второй части заряда - на такое же расстояние от верха ранее сброшенной колонки снарядов и т.д.

При формировании скважинного заряда в несколько приемов в режиме сбрасывания его частей на торец верхнего снаряда опускаемой колонки помещают полиэтиленовый пакет с гранулированной аммиачной селитрой массой от 2 до 4 кг - в зависимости от калибра снаряда и диаметра скважины. Пакеты предотвращают удар металла о металл при сбрасывании снарядов, а разрывающаяся при ударе пленочная оболочка пакета приводит к высыпанию большей части гранул в кольцевые зазоры между корпусами снарядов и стенками скважины - при наклонном положении опоры, удерживающей пакет (см. фиг. 4 и 5). При этом уменьшаются расстояния между снарядами и улучшается их контакт, необходимый для полноты детонации.

Каждую скважину заряжают снарядами одного калибра.

Для безопасности работ необходимо строгое разобщение во времени стадий заряжания: после заряжания всех скважин взрываемого блока боеприпасами машины, транспортировавшие боеприпасы вместе с освобождившимися снарядными ящиками и сопровождающими их автомашинами с механизмами захвата, перемещения и подачи боеприпасов в скважины, уезжают, и только после изложенного на блок прибывают типовые зарядные машины для формирования над зарядами из боеприпасов слоя гранулированного BB местного или заводского изготовления высотой не менее четырех диаметров скважины, что необходимо для полного развития детонации. В слое гранулированного BB размещают промежуточные детонаторы со средствами инициирования, засыпают забойку, монтируют взрывную сеть и взрывают.

Основные преимущества способа: лента, обладая требуемой прочностью на разрыв, в меньшей мере препятствует опусканию в скважину сопоставимых с ее диаметром боеприпасов, так как лента имеет гораздо меньшую толщину, чем трос или канат.

Только описанная технология заряжания скважин с помощью ленты позволяет механизированное заряжание вертикальных нисходящих скважин боеприпасами осуществлять в безопасном исполнении.

Взрывание боеприпасов артиллерии в скважинах не сопровождается разбросом металлических осколков и после пропускания отбитой горной массы через магнитные сепараторы позволит наряду с энергией зарядов использовать и металл корпусов.

Источники информации:
1. Смирнов Л.А. Утилизация снятых с вооружения боеприпасов за рубежом. - "Конверсия в машиностроении", 1996, N 1. - с. 13-17.

2. Пат. РФ N 2060388, F 42 D 3/04, 1992, БИ N 14, 1996.

3. Уляков П.И. Возможность применения боеприпасов в промышленном взрыве. - "Конверсия в машиностроении", 1993, N 4.

4. Яхонтов А. Д., Иванов К.И., Зинюк Ю.Н., Усевич И.В. Оксиликвиты, их производство и применение. М.: Металлургиздат, 1958. С. 186-187.

5. Безопасность взрывных работ в промышленности. Под ред. Б.Н. Кутузова. - М.: Недра, 1977. - С. 120.

6. Третьяков Г. М. Боеприпасы артиллерии. Военное изд-во МВС СССР. М.: 1946. - С. 275.

7. Зазулина З.А., Дружинина Т.В., Конкин А.А. Основы технологии химических волокон: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Химия, 1985. - С. 106-107.

Способ заряжания нисходящих вертикальных скважин боеприпасами включает опускание боеприпасов в скважину на гибкой ленте, сматываемой с основного и вспомогательного барабанов, размещаемых над устьем скважины на диаметрально противоположных ее сторонах, затем в скважину засыпают гранулированное взрывчатое вещество на высоту не менее четырех диаметров скважины, размещают в слое гранулируемого взрывчатого вещества промежуточные детонаторы со средствами инициирования и засыпают забойку. Боеприпасы можно опускать до достижения забоя скважины за один прием или в несколько приемов - сначала до достижения забоя скважины, затем до верхнего уровня первой части боеприпасов и так далее до конца формирования заряда из боеприпасов. Можно также сначала опустить боеприпасы в скважину, а затем сбросить их с безопасной высоты. Способ решает задачу безопасного механизированного заряжания скважин. 5 з.п. ф-лы., 5 ил.

1. Способ заряжания нисходящих вертикальных скважин боеприпасами, включающий опускание боеприпасов в скважину, отличающийся тем, что в скважину опускают боеприпасы на гибкой ленте, сматываемой с основного и вспомогательного барабанов, размещаемых над устьем скважины на диаметрально противоположных ее сторонах, затем в скважину засыпают гранулированное взрывчатое вещество на высоту не менее четырех диаметров скважины, размещают в слое гранулируемого взрывчатого вещества промежуточные детонаторы со средствами инициирования и засыпают забойку. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что боеприпасы опускают за один прием до достижения забоя скважины. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что боеприпасы опускают в несколько приемов - сначала до достижения забоя скважины, затем до верхнего уровня первой части боеприпасов и так далее до конца формирования заряда из боеприпасов. 4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что концы ленты отделяют от барабанов и оставляют ленту в скважине. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после опускания боеприпасов осуществляют их сбрасывание с высоты, безопасной для боеприпасов. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что опускание и сбрасывание боеприпасов осуществляют с ленты, короткий конец которой намотан на вспомогательный барабан и после сбрасывания свисает вдоль стенки скважины со стороны основного барабана, при этом после сбрасывания ленту наматывают на основной барабан, ее свободный конец закрепляют шлицевым соединением на оси вспомогательного барабана, наматывают ленту на длину, обеспечивающую опускание боеприпасов на безопасную для сбрасывания боеприпаса высоту, и осуществляют сбрасывание следующей части снаряда.