СПОСОБ БЕСПЛАМЕННОГО РАЗРУШЕНИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК E21C37/14 E21C37/18 

1. Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к технике взрывных работ, в частности к беспламенному подрыву горных пород.

2. Уровень техники
Известны способ и устройство для беспламенного взрывания посредством патронов кардокс или гидрокс, действие которых основано на мгновенном переходе жидкости, которой заряжен патрон (жидкая углекислота или вода), в газообразное состояние. При этом за сотые доли секунды происходит огромное увеличение объема с повышением давления до 700-1500 атм, а сам подрыв осуществляется при сжигании нагревательного элемента (10% нафталина и 90% хлората калия), воспламеняемого посредством электровоспламенителя (Технический словарь, М., Гонти НКТП СССР, 1939, стр.124).

Наиболее близкими аналогами являются: по способу - техническое решение, согласно которому бурят шпур и помещают в него жидкое вещество, например воду, которое изменяет свое агрегатное состояние путем превращения в пар при его нагреве с использованием электрического тока до высокой температуры и давления, достаточного для разрушения твердого тела (см. а.с. СССР 581276).

Наиболее близким техническим решением, относительно объекта изобретения "устройство", является устройство для беспламенного разрушения твердых тел, включающее заполненный водой металлический корпус с мембраной и сопловой пробкой, имеющей возможность пропускать пар высокого давления, размещенные в корпусе два электрода (см. а.с. 34489).

Указанные способ и устройство сложны в эксплуатации, связаны с применением взрывоопасных и тепловыделяющих веществ. Задачей изобретения является устранение указанных недостатков.

3. Сущность изобретения
Задача решается следующим образом.

Способ беспламенного разрушения твердых тел заключается в том, что в твердом теле бурят шпур диаметром 55-60 мм и длиной до 3 м, в него вставляют прочный стальной цилиндр, наполненный водой, внутри которого расположена графитовая труба; к ней подсоединяют клеммы от химического аккумулятора тока и закрывают цилиндр сопловой пробкой. С помощью триггерного переключателя дают напряжение 25 В на графитовую трубу и вызывают в ней ток короткого замыкания в течение сотых долей секунды. Графитовую трубу при высокой температуре возгоняют, а воду мгновенно переводят в газообразное состояние с огромным увеличением объема и соответственно давления. Образовавшиеся газы после прорыва мембраны выпускают через сопловую пробку в шпур и производят разрушение твердого тела при давлении 700-1500 атм.

Для реализации способа беспламенного взрывания используется устройство, включающее выполненный с возможностью заполнения его водой металлический корпус с мембраной и сопловой пробкой, имеющей возможность пропускать пар высокого давления, размещенные в корпусе два электрода, при этом внутри корпуса размещена графитовая трубка сечением 70-80 мм² и длиной 90-110 мм, которая запрессована в указанные электроды, а к плюсовому электроду через внутреннюю полость графитовой трубы подведен медный изолированный кабель, который вместе с кабелем, связанным с минусовым электродом, через триггер соединены с химическим аккумулятором тока с напряжением 25 В и емкостью 100 А•ч, а на корпусе расположены автоматически раздвигающиеся металлические упоры, имеющие возможность удерживать устройство в шпуре в момент беспламенного разрушения твердого тела.

Устройство для беспламенного разрушения твердых тел показано на чертеже.

Оно состоит из следующих элементов: металлического корпуса 1 с мембраной 2 и сопловой пробкой 3, внутри которого размещена графитовая труба 4 с двумя электродами 5 и 6, в которые она запрессована. К верхнему плюсовому электроду 5 подведен через внутреннюю полость трубы медный изолированный кабель 7, к нижнему электроду 6 - кабель 8. В нижней части корпуса 1 расположены автоматически раздвигающиеся металлические упоры 9.

Устройство работает следующим образом.

Открывают пробку 3 и заливают в корпус 1200 г пресной воды, вставляют устройство в шпур на глубину до 3 м. Подсоединяют кабели 6 и 8 к триггерному переключателю и аккумуляторной батарее напряжением 25 В и емкостью 100 А•ч. Включают триггер и под действием тока короткого замыкания возгоняют графитовую трубу 4 при температуре выше 3500^oС, одновременно переводя воду в пар при давлении 700-1500 атм, разрывающем мембрану 2 и под действием высокого давления пара, проходящего через сопла пробки 3, разрушают твердое тело, например угольный пласт. Для удержания устройства в шпуре при беспламенном взрыве автоматически разводят упоры 3 в положение, перпендикулярное продольной оси устройства.

Пример (расчетный)
Берем химический аккумулятор типа танкового с напряжением 25 В и емкостью 100 А•ч, способный совершать работу 2500 Вт•ч или 2150 ккал, позволяющую превращать в пар 4 кг воды, т.е. совершать около 20 включений устройства.

При одном включении производим работу, равную 125 Вт•ч за 0,05 с, развивая максимальную мощность, равную 9-10⁶ Вт. При этом ток короткого замыкания графитовой трубы увеличиваем до 360000 А при электрическом сопротивлении графитовой трубы длиной 100 мм, равном 0,00007 Ом, что позволяет использовать графитовую трубу внешним диаметром около 14 мм и внутренним диаметром 10 мм, т.е. сечением, равным 76 мм².

Технический результат заключается в создании безопасных условий работы путем исключения использования взрывоопасных веществ и применения автоматических упоров, удерживающих устройство в шпуре в момент резкого повышения давления.

Изобретение относится к технике взрывных работ, в частности к беспламенному подрыву горных пород. Сущность изобретения заключается в том, что быстрый нагрев вещества, помещаемого в шпур, для изменения агрегатного состояния вещества и получения высокого давления (до 1500 атм) осуществляется путем короткого электрического замыкания током химического аккумулятора графитового стержня или цилиндра, помещаемого в это вещество. Для реализации способа беспламенного разрушения используется устройство, включающее заполненный водой металлический корпус с мембраной и сопловой пробкой, размещенные в корпусе два электрода и графитовая труба, которая запрессована в электроды, к плюсовому электроду через внутреннюю полость графитовой трубы подведен медный изолированный кабель. Вся система подключена к источнику напряжения. Изобретение обеспечивает повышение безопасности работ при беспламенном разрушении твердых тел. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ беспламенного разрушения твердых тел, согласно которому бурят шпур и помещают в него жидкое вещество, например, воду, которое изменяет свое агрегатное состояние путем превращения в пар при его нагреве с использованием электрического тока до высокой температуры и давления, достаточного для разрушения твердого тела, отличающийся тем, что нагрев жидкого вещества осуществляют путем короткого электрического замыкания и возгонки графитового стержня или трубы, помещенного в это вещество. 2. Устройство беспламенного разрушения твердых тел, включающее выполненный с возможностью заполнения его водой металлический корпус с мембраной и сопловой пробкой, имеющей возможность пропускать пар высокого давления, размещенные в корпусе два электрода, отличающееся тем, что внутри корпуса размещена графитовая труба сечением 70-80 мм² и длиной 90-110 мм, которая запрессована в указанные электроды, при этом к плюсовому электроду через внутреннюю полость графитовой трубы подведен медный изолированный кабель, который вместе с кабелем, связанным с минусовым электродом, через триггер соединены с химическим аккумулятором тока с напряжением 25 В с емкостью 100 А•ч, а на корпусе расположены автоматически раздвигающиеся металлические упоры, имеющие возможность удерживать устройство в шпуре в момент беспламенного разрушения твердого тела.