СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ВЗРЫВОМ Российский патент 2001 года по МПК F42D3/04 

Изобретение относится к взрывным работам и может быть использовано для отбойки горных пород, рыхления мерзлого грунта и разрушения негабаритов.

В известных способах ведения взрывных работ, требующих бурения шпуров, заряжения и взрывания, имеется ряд недостатков. В частности, они проявляются в образовании токсичных газов, большом количестве разлетающихся осколков породы, сложности реализации способа в автоматизированном режиме.

К тому же предприятие в процессе работы должно иметь необходимый запас ВВ и средств инициирования, а для этого на предприятии должен располагаться склад взрывчатых материалов, что связано с существенными расходами.

Известны способ отбойки горных пород и устройство его осуществления [1], предусматривающие бурение разрушаемой горной породы, формирование в предлагаемом устройстве порции жидкости в виде цилиндра,его разгона и соударения со стенками пробуренного в разрушаемой горной породе шпура. Отбойка и разрушение породы производятся за счет кинетической энергии разогнанной порции жидкости. Придание высокой кинетической энергии движущейся жидкости является сложной технической задачей.

Преобразование потенциальной химической энергии взрывчатых веществ в механическую происходит более эффективно и позволяет получать высокую работу разрушения.

Близким техническим решением является известный взрывогенераторный способ разрушения горных пород [2], в котором используется преобразование потенциальной химической энергии жидкого взрывчатого вещества в работу разрушения, заключающийся в заполнении шпура жидким ВВ и инициировании его с различной частотой.

Однако область его использования ограничена, так как применяемые жидкие ВВ и продукты их разложения весьма токсичны.

Цель изобретения - повышение эффективности разрушения горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что используют экологически чистые газообразные взрывчатые вещества (например, кислородо-водородная смесь), а инициирование его осуществляют в ударной трубе.

Применение в качестве взрывчатого вещества газовой смеси, эквивалентной по работоспособности твердому ВВ, требует прочной оболочки, способной выдерживать многократные взрывы. Кроме этого, в процессе истечения продуктов взрыва из оболочки в шпур разрушаемой горной породы происходит потеря энергии и КПД взрыва снижается. Разрушение происходит наиболее эффективно в том случае, когда воздействие продуктов взрыва осуществляется непосредственно на стенки шпура разрушаемой горной породы. Поднять давление газообразного ВВ в шпуре, а затем инициировать возможно лишь в динамическом режиме, так как обеспечить герметичность шпура в реальных условиях практически невозможно. Для выполнения всех вышеперечисленных условий требуется решить сложные технические задачи по выпуску газообразного ВВ в шпур и инициированию его в определенный момент времени.

Для выполнения всех операций предлагаемого способа наилучшим образом подходит ударная труба [3].

Ударная труба (фиг. 1) представляет собой удлиненный сосуд, в котором размещена открываемая перемычка (1) (например, диафрагма или быстродействующий клапан), разделяющая камеру высокого давления (2) и камеру низкого давления (3), выполненную в виде шпура (скважины), размещенного в разрушаемой горной породе (4), (5) - запорная арматура. В камере высокого давления создают возможно большее давление (десятки, сотни атмосфер рабочего газа). В качестве рабочего газа применяют кислородо-водородную смесь, кислородо-пропановую или другие взрывчатые газовые смеси.

Способ осуществляют следующим образом.

В разрушаемой горной породе (4) бурят шпур - камеру низкого давления (3), закрепляют в ней камеру высокого давления (2). Через запорную арматуру (5) в камеру высокого давления подают рабочие газы до расчетного давления. При достижении заданного давления в камере (2) открывают перемычку (1). В процессе движения газовой смеси в камере низкого давления (шпуре) формируется ударная волна, давление в которой превышает исходное в камере (2). Причем максимум величины ударной волны располагается на расстоянии (L), равном 20 - 30 диаметров камеры низкого давления [4]. Выбирая длину шпура, равной 20 - 30 диаметров (например, для шпура диаметром 42 мм длина его должна быть равной 840 - 1260 мм), тем самым увеличим эффективность разрушения горных пород. Температура в ударной волне также возрастает и происходит инициирование взрывчатых газовой смеси, что приводит к еще большему возрастанию давления. В результате воздействия интенсивной ударной волны на стенки шпура горная порода разрушается.

Диаграмма происходящих процессов приведена на фиг. 2.

Работоспособность взрывчатых веществ в шпуре возрастает с использованием забойки. Для применения способа в автоматизированном режиме предлагается использовать гидрозабойку также в динамическом режиме. Предлагаются два варианта осуществления гидрозайбойки.

Первый вариант предусматривает быстрый впрыск жидкости в пространство между внутренней поверхностью шпура и корпусом ударной трубы одновременно с выпуском рабочего газа из камеры высокого давления.

Второй вариант предусматривает в начальный момент времени впрыскивание в шпур жидкости, заполняющей все поры, зазоры и трещины, затем выпуск рабочего газа, который воспламеняют предлагаемыми выше способами.

Накопление взрывчатой смеси в камере высокого давления до 15 - 20 МПа требует обеспечения высокой прочности оболочки этой камеры, что обеспечивается специальной конструкцией ее. Для упрощения конструкции и сохранения при этом безопасной работы устройства, основанного на предлагаемом способе, применяют раздельное хранение компонентов взрывчатой газовой смеси, а смешивание производят в процессе движения газов после их выпуска из дозирующих камер высокого давления. Смешивание осуществляют в процессе движения газов по камере низкого давления завихрителями или другими известными способами.

Применение предлагаемого способа позволит более эффективно осуществлять разрушение горных пород, к тому же экологически чисто. На основе данного способа возможно создание высокопроизводительных автоматизированных проходческих компонентов и породоразрушающих машин.

Литература
1. Патент N 934915, бюл. N 21, 07.06.82 г., E 21 C 37/00.

2. А/с 1286769, бюл. N 4, 30.01.87 г., E 21 C 37/00.

3. Я. Б. Зельдович, Ю.П. Райзер "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений", Государственное издательство физико-математической литературы. Москва, 1963 г., стр. 193 - 198.

4. Солоухин Р. И. "Ударные волны и детонация в газах", Государственное издательство физико-математической литературы. М., 1963 г., с. 10 - 20.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при взрывных работах для отбойки горных пород, рыхления мерзлого грунта и разрушения негабаритов. Газообразное взрывчатое вещество помешают в камеру высокого давления ударной трубы, затем выпускают в камеру низкого давления шпур, где и происходит самоинициирование за счет повышения температуры во фронте ударной волны. Изобретение позволяет повысить эффективность и безопасность работ за счет использования экологически чистого газообразного взрывчатого вещества. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ разрушения горных пород взрывом, включающий применение ударной трубы, разделенной диафрагмой или быстродействующим клапаном на камеру высокого давления и камеру низкого давления, использование в качестве рабочего газа взрывчатой газообразной смеси, выпуск газа из камеры высокого давления через диафрагму или быстродействующий клапан в камеру низкого давления, отличающийся тем, что камеру низкого давления выполняют в шпуре, пробуренном в разрушаемой горной породе, а воспламенение рабочего газа осуществляют после его выпуска из камеры высокого давления в камере низкого давления. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину камеры низкого давления - шпура выбирают равной 20-30 диаметров. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воспламенение осуществляют за счет адиабатического сжатия в прямой или отраженной ударной волне. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с выпуском рабочего газа из камеры высокого давления в пространство между корпусом ударной трубы и внутренней поверхностью шпура, в качестве забойки, подают жидкость. 5. Способ по любому из пп.1, 4, отличающийся тем, что перед выпуском рабочего газа из камеры высокого давления в шпур подают порцию жидкости. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют бинарную взрывчатую смесь, а смешивание осуществляют в камере низкого давления.