СПОСОБ ИНИЦИИРОВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ ВВ Российский патент 2001 года по МПК F42D3/04 F42D1/04 

Изобретение относится к взрывным работам в горной промышленности и предназначено для взрывной отбойки гopныx пород при разработке полезных ископаемых или сооружении объектов различного назначения.

Известен способ инициирования скважинных зарядов, включающий размещение в зарядной скважине детонирующего шнура (ДШ), промежуточного детонатора и подачу начального импульса по ДШ (Ржевский В.В. Процессы oткрытых горных работ. М., Недра, 1978, - С. 91).

Однако известное решение не обеспечивает повышения степени дробления горных пород за счет многогранного наложения ударных волн скважинного заряда.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является способ инициирования скважинных зарядов ВВ, включающий paзмещение в зарядной скважине ДШ в виде чередующихся прямолинейных участков и кольцевых петель и подачу начального импульса по ДШ. Причем петли ДШ располагают в вертикальной плоскости и размещают у внешней, относительно разрушаемого массива, стенки заряда, при этом каждую петлю формируют диаметром, равным 0,5 диаметра заряда, с расстоянием между ними, равным диаметру заряда. (Патент RU 2138771, МПК F 42 D 3/04, БИ N 27, 1999 г.).

Однако данный способ не достаточно обеспечивает повышение эффективности отбойки горных пород, так как инициирование скважинных зарядов гранулированных и водонаполненных ВВ от детонирующего шнура часто приводит к отказам, выходу негабаритов и снижению степени дробления горных пород.

Основной задачей изобретения является повышение эффективности oтбойки горных пород за счет создания мощным инициирующим импульсом наложения детонационных волн, что приводят к значительному сокращению отказов cкважинных зарядов, повышению степени дробления горных пород и увеличению производительности горного оборудования.

Для решения поставленной задачи в способе инициирования скважинных зарядов ВВ, включающем размещение в зарядной скважине ДШ в виде прямолинейных участков и кольцевых петель, а также подачу начального импульca по ДШ, причем перед размещением в зарядную скважину ДШ петли формируют в виде плотно скрученных витков спирали с замкнутыми концами в единую непрерывную кольцевую линию из отрезков ДШ длиной, равной расстоянию прямолинейного участка ДШ в заряде ВВ между спиралями, которое определяют по формуле;

где L - расстояние между спиралями;
D_СК - диаметр скважинного заряда ВВ,
V_ДШ - скорость детонации ДШ;
V_ВВ - скорость детонации заряда ВВ.

Витки спирали формируют путем фиксации в пучок, причем используют спираль в четыре витка.

Выполнение кольцевых петель в виде плотно скрученных витков спирали с замкнутыми концами в единую непрерывную кольцевую линию из отрезков ДШ позволяет выполнять функции промежуточного детонатора, а также увеличить мощность и надежность начального детонационного импульса ВВ скважинного заряда.

Замыкание концов отрезка ДШ в единую непрерывную кольцевую линию позволяет исключить прерывание детонационной волны в данном отдельном витке спирали, а вместе с этим и в пучке витков спирали будет формироваться детонационная волна с мощностью, превышающей кратность детонационных волн отдельной кольцевой петли, в силу того что она не замкнута в непрерывную кольцевую линию, расположенную в одной плоскости, и потому что кольцевая ударная волна создающая кумулятивный эффект будет иметь сектор действия в рaзных плоскостях.

Детонационная волна, прошедшая по прямолинейному участку ДШ до стирали возбудит детонацию в точке соприкосновения по всех витках oдновременно в двух направлениях. Встреча детонации в витках спирали произойдет в плоскости, проходящей через середину пучка витков спирали. Одновременно вокруг пучка витков спирали будет формироваться детонационная волна в ВВ cкважинного заряда. Особенно мощной она будет создана в точке встречи ударных волн, в результате наложения которых будет создана очень мощная детонационная волна с кумулятивным эффектом в направлении по нормали от плоскости спирали, превращая тем самым спираль в мощный промежуточный детонатор скважинного заряда BВ.

Максимальный эффект взрывного дробления пород скважинными зарядами получают в установлении параметров взрывной детонационной волны, обеспечивающей многократную встречу в сечении скважинного заряда ВВ и наложение волн напряжений с мощной разрушительной амплитудой в массиве горных пород от действия промежуточных детонаторов-спиралей. Действие волн напряжений в массиве горных пород от встречи мощных взрывных детонационных волн нижнего и верхнего промежуточного детонатора наблюдают по ломаной линии на стенке cкважины начинающейся от точки, расположенной на прямолинейном участке ДШ на расстоянии, равном D_СК от нижнего промежуточного детонатора-спирали. В этих условиях эффект наложения ударных волн, обеспечивающий создание мощной разрушительной амплитуды, будет максимально сформированным.

Вторая крайняя точка ломаной линии встречи ударных волн будет расположена на противоположной стенке скважины на перпендикуляре, опущенном из пеpвой крайней точки.

Таким образом, встреча ударных волн будет сформирована с двух направлений, расположенных на прямолинейном участке ДШ на расстоянии, равном 2D_СК. Обозначим расстояние между двумя соседними промежуточными детонаторами-спиралями через L, тогда за время прохождения детонации по ДШ от одного промежуточного детонатора до второго детонация по ВВ скважинного заряда пройдет расстояние

где V_ВВ - скорость детонации ВВ скважинного заряда, м/сек;
V_ДШ - cкорость детонации ДШ, м/сек.

И, наконец, оставшееся расстояние между соседними детонаторами-спиралями составит

Из полученного равенства

получим

Используя величину расстояния между промежуточными детонаторами-спиралями больше чем

получим на одной и той же длине скважинного заряда меньшее кoличествo промежуточных детонаторов-спиралей и вместе с этим меньше наложений ударных волн с мощной разрушительной амплитудой, что ведет к снижению степени дробления горных пород.

При использовании величины расстояния между промежуточными детонаторами-спиралями меньше чем

будем иметь частично встречное наложение ударных волн и частично догоняющее наложение ударных волн, что естественно при встречном ударе двух предметов кинетические силы складываются и при догоняющем ударе они вычитаются.

Таким образом, оптимальным расстоянием между промежуточными детонаторами-спиралями будет величина, равная

обеспечивающая пропорциональное наложение ударных вoлн с мощной разрушительной амплитудой, создающей высокую степень дробления горных пород и высокую производительность горного оборудования (см. табл. 1).

Величину диаметра промежуточного детонатора-спирали устанавливают из условия критического диаметра заряда ВВ. Уменьшение диаметра спирали от установленной величины ведет к уменьшению силы кумулятивного эффекта по причине малой амплитуды ударной волны промежуточного детонатора, что может привести к появлению отказов в детонации скважинного заряда ВВ.

Для наиболее распространенных ВВ, используемых в скважинных зapядах (гранулитов, зерногранулитов, см. Ржевский В.В. Процессы открытых горних работ. М., Недра, 1978 г., С. 86), соотношение распространенного на открытых горных работах диаметра скважинных зарядов ВВ к критическому диаметру примерно составляет 1: π = 3,14. Количество витков спирали промежуточного детонаторы принимают равным 4. Это оптимальное количество витков исходя, во-первых, из практического выполнения, во-вторых, из обеспечения исключения отказов инициирования скважинных зарядов и, в-третьих, из-за высокой степени дробления (см. табл. 2).

Используя условия разностей скоростей детонации ТЭНа и ВВ, используемых в скважинных зарядах (см. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. М., Недра, 1974, С. 179, а также см. Краткое руководство по применению граммонита 79/21 на взрывных работах. Госгортехнадзор 1971 г., С. 2) имеем

тогда упрощенный вариант расстояния между промежуточными детонаторами-спиралями составляет L=4D_ск. Заменяя D_ск= πd_сп, где d_сп - диаметр спирали, будем иметь L = 4πd_сп, а это есть условие равенства между собой расстояния между промежуточными детонаторами-спиралями и длиной отрезков ДШ, из которых формируют витки спирали промежуточного детонатора.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Месторождение строительных материалов разрабатывают открытым способом. Породы-доломиты 8 категории по СНИП. Буровзрывные работы проводят при осуществлении вскрышных и добычных работ Глубина скважины - 15 м. Взрывные скважины проходят буровыми станками СБШ - 250 MН диаметром 269 мм. Расстояние между скважинами в ряду - 6,5 м. Расстояние между рядами скважин 6,5 м. Линия наименьшего сопротивления по подошве уступа 7 м. Фактический выход горной массы с одной скважины 525 м³. Для проведения взрывных работ используют ВВ скважинного заряда граммонит 79/21. В качестве инициатора используют ДШ и промежуточные детонаторы, состоящие из двух тротиловых шашек Т400б каждый, расположенные в верхней и нижней частях скважинного заряда. Между промежуточными детонаторами располагают в виде чередующихся прямолинейных участков и кольцевых петель в вертикальной плоскости и paзмещают егo у внешней относительно разрушаемого массива стенки заряда, при этом каждую петлю формируют диаметром, равным 0,5 диаметра заряда, с расстоянием между ними, равным диаметру заряда.

Узким местом в системе карьер - дробильно-сортировочная фабрики является отделение грохочения фабрики. Суточная выработка системы карьер - дробильно-сортировочная фабрика 1280 м³. Выход негабаритных кусков 5%.

Пример 2. Разрабатываемое месторождение и технология проведения аналогичны приведенным в примере 1.

Инициатор колонкового заряда выполняют следующим образом. На детонирующем шнуре, отступив от нижнего промежуточного детонатора, изготовленного из двух тротиловых шашек с шагом, определяемым по формуле
,
равным 1 метру, приклеивают клеящей лентой (скотчем или изоляционного лентой) промежуточные детонаторы-спирали из ДШ. Причем клеящей лентой делают два - три оборота вокруг прямолинейного участка ДШ, затем прикладывают промежуточный детонатор-спираль и еще делают два - три оборота, прикрепляя его так к прямолинейному участку ДШ. Предварительно заготавливают промежуточные детонаторы-спирали в виде плотно скрученных витков с замкнутыми концами в единую непрерывную кольцевую линию из отрезков ДШ длиной
,
равной 1 метру. Для этого концы отрезка ДШ замыкают клеящей лентой, сформировав из него кольцо. Далее, свернув его, делают восьмерку, а затем, соединив два кольца восьмерки друг к другу, получают плотно скрученную спираль в два оборота, на следующем этапе из нее сворачивают вторую восьмерку и получают плотно скрученную спираль диаметром

0,079 метра или 79 мм в четыре оборота и последним действием фиксируют промежуточный детонатор-спираль клеящей лентой с двух противоположных сторон с последующей подачей начального импульса по ДШ. Скорость детонации ДШ с тэновой сердцевиной составляет 7420 м/с, а скорость детонации граммонита 79/21 примерно в два раза меньше и составляет 3400 м/с.

Встреча детонации в витках промежуточного детонатора- спирали произойдет через
0,000017с или 0,017 мс
Одновременно вокруг пучка витков промежуточного детoнaтopа-спирали формируется мощная детонационная волна в ВВ скважинного заряда. Особенно мощной она будет в плоскости, проходящей через середину пучка витков промежуточного детонатора-спирали в направлении по нормали, т.е. к середине окружности витков спирали.

Встреча мощной детонации в этой плоскости произойдет в точке, расположенной на диаметре, проведенном через точку соприкосновения спирали и прямолинейно отрезка ДШ. Половина длины окружности витков спирали составит
πd_c/2 = (3,14•0,079)/2 = 0,124 м
В момент встречи детонации в витках спирали детонационная волна по линии, проходящей через линию диаметра, будет находиться в точке
(πd_c/2)×(3,4/7,42) = 0,057 м,
т. к. скорость детонации ВВ скважинного заряда почти в два раза меньше. На остальном расстоянии диаметра скорость детонации будет одинакова. Тогда точка, в которой произойдет кольцевая встреча мощной детонационной волны, переходящей в кумулятивный эффект, будет расположена 0,057+(0,079-0,057):2= 0,068 м на линии диаметра, перпендикулярного в точке соприкосновения спирали с прямолинейным участком. Время, через которое произойдет кумулятивный эффект, составит 0,068: 3,4 = 0,02 мс от времени соприкосновения детонационной волны со спиралью.

Время, за которое пройдет детонационная волна по ДШ расстояние между двумя соседними промежуточными детонаторами-спиралями, составит 1:7,42=0,135 мс. За это время детонационная взрывная волна основного скважинного зapяда ВВ от первого промежуточного детонатора-спирали в направлении второго пройдет расстояние 3,4 х 0,135 = 0,459 м. На оставшемся расстоянии между промежуточными детонаторами-спиралями основного скважинного заряда, ровно по середине, произойдет встреча ударных волн скважинного заряда ВВ на pacстоянии (1 - 0,459):2 + 0,459 = 0,73 м, и расстояние от точки касания нижней спирали до точки встречи ударных волн по вертикали составит 0,27 м.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет увеличить степень дробления горных пород и, как следствие, увеличить производительность системы карьер - дробильно-сортировочная фабрика до 1640 м³ в сутки. Выход негабаритов от отказавших скважин в этих условиях снизился до 0.

Изобретение предназначено для взрывной отбойки горных пород при разработке полезных ископаемых. Способ заключается в том, что перед размещением в зарядную скважину детонирующего шнура (ДШ) формируют петли в виде плотно скрученных витков спирали с замкнутыми концами в единую непрерывную линию из отрезков ДШ длиной, равной расстоянию прямолинейного участка ДШ в заряде ВВ между спиралями, которое определяют по формуле: L = 2D_ск•V_дш/(V_дш-V_вв), где L - расстояние между спиралями; D_CK - диаметр скважинного заряда ВВ; V_ДШ - скорость детонации ДШ; V_ВВ - скорость детонации заряда ВВ. Витки спирали формируют путем фиксации в пучок, причем используют спирали в 4 витка. Способ позволяет повысить эффективность отбойки горных пород. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Способ инициирования скважинных зарядов взрывчатых веществ (ВВ), включающий размещение в зарядной скважине детонирующего шнура (ДШ) в виде чередующихся прямолинейных участков и кольцевых петель и подачу начального импульса по ДШ, отличающийся тем, что перед размещением в зарядную скважину ДШ петли формируют в виде плотно скрепленных витков спирали с замкнутыми концами в единую непрерывную кольцевую линию из отрезков ДШ длиной, равной расстоянию прямолинейного участка ДШ в заряде ВВ между спиралями, которое определяют по формуле

где L - расстояние между спиралями;
D_СК - диаметр скважинного заряда ВВ;
V_ДШ - скорость детонации ДШ;
V_ВВ - скорость детонации заряда ВВ. 2. Способ по п.1 отличается тем, что витки спирали формируют путем фиксации в пучок, причем используют спираль в четыре витка.