СМЕСИТЕЛЬНО-ЗАРЯДНАЯ МАШИНА Российский патент 2003 года по МПК F42D1/08 

Изобретение относится к производству промышленных взрывчатых веществ и заряжанию ими скважин и может найти применение на открытых взрывных работах при добыче полезных ископаемых на земной поверхности.

Применение смесей аммиачная селитра - дизельное топливо (АС - ДТ) экономически выгодно благодаря их низкой стоимости, безопасности и возможности ведения взрывных работ в породах различной крепости в необводненных условиях.

В основном производство смесей АС - ДТ осуществляется в смесительно-зарядных машинах непосредственно на местах ведения взрывных работ в процессе заряжания скважин. Сдерживающим фактором широкого применения смесей АС - ДТ является низкая впитывающая и удерживающая способность отечественной АС по отношению к ДТ, неоднородность компонентного состава, значительный разброс их взрывотехнических показателей.

Впитывающую и удерживающую способность АС можно повысить путем перевода ее в пористое состояние.

Известен способ получения пористой селитры, основанный на вводе в нее диспергаторов в процессе гранулирования (1). Недостатком этого способа является низкая насыпная плотность АС, что снижает объемную теплоту взрыва взрывчатого вещества.

Известен способ перевода плотной аммиачной селитры в пористую, заключающийся в том, что компоненты взрывчатой смеси подвергаются термической обработке в среде влажного теплоносителя в смесительно-зарядной машине в процессе заряжания скважин.

Смесительно-зарядная машина (2) включает установленные на самоходном шасси бункеры сухих и жидких компонентов взрывчатого вещества, шнековый смеситель с приводом, насосы, трубопроводы и парогенератор, связанный трубопроводом со шнековым смесителем, принятая авторами за прототип. Для предварительного подогрева и подачи воды в парогенератор машина оборудована теплообменником с обогревом от выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания автомобиля, системой трубопроводов и гидронасосом. Пар, вырабатываемый в парогенераторе, поступает в шнековый смеситель, где сухие и жидкие компоненты ВВ разогреваются, смачиваются и транспортируются в скважину по зарядному трубопроводу.

Недостатком смесительно-зарядной машины - прототипа является отсутствие очистки отработанных газов двигателя машины, используемых для получения парогазовой смеси и последующей термообработки смесей АС - ДТ, сложность и металлоемкость конструкции парогенератора, высокое противодавление в выхлопной системе двигателя внутреннего сгорания, высокие энергозатраты, возможность агрегирования в шнековом смесителе частиц АС, подвергаемых термообработке, при незначительном изменении параметров теплового режима.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности ведения взрывных работ за счет повышения санитарно-гигиенических условий изготовления взрывчатых веществ и заряжания скважин, взрывобезопасности, стабильности скважинного заряда по компонентному составу и насыпной плотности, снижения стоимости, возможности использования существующих смесительно-зарядных и зарядных машин для заряжания скважин селитросодержащими взрывчатыми смесями (игданитами, гранулитами, граммонитами и др.), повышения эффективности работы двигателя автомобиля при подключении его к тракту получения парогазовой смеси в режиме минимально допустимого противодавления.

Техническая задача была решена за счет смесительно-зарядной или зарядной машины, состоящей из установленных на шасси автомобиля бункеров компонентов взрывчатого вещества, устройства для подачи взрывчатого вещества в заряжаемую скважину, бака с водой, трубопроводов, выпускного коллектора отработанных газов двигателя, отличающейся тем, что для получения парогазовой смеси она снабжена эжектором, состоящим из конфузора, горловины с коаксиально расположенными в ней форсункой и пластиной - распылителем воды и диффузора; эжектор трубопроводами связан с баком с водой и через систему заслонок и каталитический нейтрализатор - с выпускным коллектором отработанных газов двигателя; а связанный с диффузором эжектора трубопровод через искроуловитель подведен к устройству подачи взрывчатого вещества в скважину.

На фиг. 1 изображена схема заявляемой смесительно-зарядной машины в разрезе; на фиг.2 - система заслонок; на фиг. 3 - эжектор.

Смесительно-зарядная машина состоит из самоходного шасси 1, на котором установлены бункера сухих 2 и жидких 3 компонентов взрывчатого вещества, бак с водой 17, снабженный уровнемером, выполненным в виде прозрачной трубки 23 система заслонок 4 (фиг.2), состоящая из заслонок 6, 7, каждая из которых установлена в своем корпусе 5, рычага 8 и запорного устройства 10; каталитический нейтрализатор 11; эжектор 12 (фиг.3), состоящий из конфузора 13, горловины 14 с коаксиально расположенными в ней форсункой 18 и пластиной-распылителем воды 19 и диффузора 15; искроуловитель 25; трубопроводы 16, 20, 27; выгрузочное устройство 22. Смесительно-зарядная машина оборудована пультом управления 24, на который выведены сигнализаторы уровня воды 26, температуры 29; рукоятка управления 28 системой заслонок. На выходе из газовода 20 установлен термометр 21 для замера температуры парогазовой смеси.

Основные преимущества заявляемой смесительно-зарядной или зарядной машины по сравнению с машиной-прототипом:
- установка каталитического нейтрализатора, в котором окись углерода СО доокисляется до двуокиси углерода СО₂, углеводороды (СН) - до CO₂ и воды (Н₂О) в присутствии катализатора повышает санитарно-гигиенические условия эксплуатации машины:
- установка эжектора обеспечивает надежное получение дисперсной парогазовой смеси, состоящей из очищенных отработанных газов, пара и капельной влаги, что позволяет получать стабильные смеси АС -ДТ, граммонитов, гранулитов с содержанием влаги не более 2,5% и снизить противодавление при работе двигателя в режиме заряжания скважины взрывчатым веществом.

Кроме того, эжектор выполняет роль искрогасителя за счет адсорбции капельной влаги и конденсации пара на раскаленных частицах отработанных газов:
- установка искроуловителя на выходе раскаленных газов из эжектора позволяет сепарировать и гасить искры, если они прошли через нейтрализатор и эжектор, путем их дробления и резкого изменения направления движения, что позволяет повысить уровень взрывобезопасности заряжания взрывчатых веществ в процессе термообработки АС:
- установка системы заслонок позволяет организовать работу машины в двух режимах;
- транспортном - выход отработанных газов через глушитель в атмосферу;
- режиме механизированного заряжания скважин - направлять поток отработанных газов двигателя к выгрузочному устройству подачи взрывчатого вещества в скважину через тракт нейтрализатор - эжектор - газовод;
- установленная система контроля и сигнализации уровня воды и температуры парогазовой смеси позволяет контролировать процесс получения парогазовой смеси с заданными параметрами и отключать подачу парогазовой смеси при выходе контролируемых параметров за допустимые пределы.

Машина работает следующим образом.

На шасси 1 машины с бункерами сухих 2 и жидких 3 компонентов по левому борту устанавливается заявляемое оборудование. Отработанные газы дизеля (двигателя машины) через выпускной коллектор двигателя подаются по трубопроводу 27 в каталитический нейтрализатор 11 через систему заслонок 4.

Затем поток отработанных газов при помощи системы заслонок 4 может быть направлен по двум каналам:
- через штатную систему выпуска автомобиля в атмосферу (транспортный режим);
- через тракт нейтрализатор - эжектор на выход взрывчатого вещества из выгрузочного устройства 22 в скважину (режим заряжания скважин с термообработкой взрывчатой смеси).

Система заслонок 4 (фиг. 2) состоит заслонок 6 и 7, каждая из которых установлена в своем корпусе 5, рычага 8, оси 9 и запорного устройства 10. Жесткое соединение заслонок 6 и 7 посредством оси 9 обеспечивает линейную зависимость между углами поворота обеих заслонок. При передвижении рычага 8 в рабочее положение заслонка 6 перекрывает тракт движения отработанных газов в атмосферу; а заслонка 7 открывает тракт выпуска газов в нейтрализатор.

Управление системой заслонок осуществляется из кабины автомобиля при помощи рукоятки 28, соединенной с подпружиненным рычагом 8 системы заслонок 4 посредством металлического троса. Фиксация положения заслонок после поворота их на 90^o производится запорным устройством 10 с установленным на нем электромагнитным приводом. Пружина рычага 8 системы заслонок обеспечивает автоматическое перекрытие тракта нейтрализатор - эжектор и вывод отработанных газов в атмосферу через штатную систему выпуска при срабатывании электромагнита.

Через систему патрубков отработанные газы (ОГ) подаются в каталитический нейтрализатор 11, где они очищаются от окиси углерода (на 80%) и углеводородов (на 65%).

Сущность очистки токсичных отработанных газов двигателя состоит в доокислении СО до СO₂, а углеводородов (СН) до СО₂ и Н₂О в присутствии катализатора.

При прохождении отработанных газов через слой катализатора крупные раскаленные частицы и конгломераты сажи подвергаются вибрационному истиранию, в результате которого на выходе из нейтрализатора максимальный размер искр не превышает 0,5-1 мм, то есть нейтрализатор дополнительно является сепаратором крупных частиц отработанных газов.

После нейтрализатора очищенные отработанные газы вводятся в эжектор 12.

Эжектор 12 (фиг.3) состоит из конфузора 13, горловины 14 с коаксиально расположенными в ней форсункой 18 и пластиной-распылителем воды 19 и диффузора 15. Отработанные газы, попадая в конфузор, сжимаются, их энтальпия преобразуется в кинетическую энергию, что вызывает увеличение скорости потока, который в горловине 14 стабилизируется. По водоводу 16 под влиянием разряжения, создаваемого скоростным потоком отработанных газов, вода из бака 17 принудительно подается в форсунку 18, основной деталью которой является пластина-распылитель 19, трансформирующая струю воды в несколько тонких (не более 1,0 мм) струек, легко разбиваемых скоростным потоком разогретых газов на быстроиспаряющиеся капли со средним диаметром 0,15 - 0,5 мм. На выходе из горловины образуется парогазовая смесь (отработанный газ, пар и капельная влага) со стабильными характеристиками по температуре и влагосодержанию, которая поступает в диффузор 15, выполненный в форме усеченного конуса, где происходит превращение кинетической энергии в энтальпию. Расход воды в горловине эжектора регулируется при помощи дросселя 30. Регулирование температуры и влагосодержания парогазовой смеси (ПГС) осуществляется путем изменения расхода воды, подаваемой в эжектор.

Далее парогазовая смесь через трубопровод, выполненный в виде поворотного телескопического газовода 20, через искроуловитель 25 подается на выход смеси АС - ДТ из выгрузочного устройства 22 подачи взрывчатого вещества в скважину. Термообработка взрывчатой смеси парогазовой смесью осуществляется непосредственно в процессе заряжания скважин под действием скоростного потока парогазовой смеси.

Эжектор позволяет генерировать насыщенную парогазовую смесь с температурой на выходе 40-60^oС.

Температура парогазовой смеси на выходе из эжектора регистрируется термометром 21 с выводом сигнализатора температуры 29 на пульт 24 в кабину водителя. Бак с водой 17 оборудован прозрачной трубкой 23, позволяющей проводить визуальную регистрацию уровня воды в баке, а также сигнализатором уровня воды 26, подающим импульс на пульт 24 при падении уровня воды ниже допустимого (<50 мм от днища бака). В случае превышения температуры парогазовой смеси выше 80^oС или снижения уровня воды менее 50 мм срабатывает электромагнит системы защиты и сигнализации, который связан с запорным устройством 10, что приводит к автоматическому переключению отработанных газов в атмосферу через тракт выпуска. Одновременно на пульте 24 в кабине водителя появляется световой и звуковой сигналы. Дальнейшая работа эжектора возможна только после устранения причины срабатывания системы защиты и сигнализации.

Отключение тракта нейтрализатор - эжектор можно осуществить в любой момент времени вручную путем переключения рукоятки управления 28 системы заслонок 4.

Названное оборудование для получения парогазовой смеси для влажной термообработки АС взрывчатого состава может быть установлено и на зарядной машине.

В результате влажной тепловой обработки аммиачной селитры происходят нагрев и увлажнение гранул, сопровождающиеся фазовыми переходами с образованием трещин и частичным их разрушением. Причем меняя расход воды на парообразование, a тем самым температуру и влагосодержание парогазовой смеси, можно осуществить нагрев селитры до необходимой температуры фазовых переходов. Кроме того, под воздействием повышенной температуры при термообработке парогазовой смесью вязкость дизельного топлива резко снижается, что способствует более интенсивному его проникновению в образовавшиеся в гранулах АС трещины и поры, в результате чего повышается однородность и плотность заряжания взрывчатой смеси.

После окончания заряжания взрывчатая смесь в скважине подвергается естественному охлаждению, что вызывает обратный цикл фазовых переходов кристаллов аммиачной селитры с изменением объема и плотности гранул. В результате уменьшения объема кристаллов АС происходит защемление в гранулах жидкой горючей добавки, чем и обеспечивается постоянство химического состава взрывчатой смеси по компонентам. Снижение температуры заряда в скважине вызывает также кристаллизацию образующегося при термообработке насыщенного раствора окислителя с выпадением большого количества мелких кристаллов, что вместе с разрушением части гранул аммиачной селитры способствует более эффективному и полному разложению взрывчатой смеси при взрыве.

Использование парогазовой смеси для влажной термообработки аммиачной селитры позволяет обеспечить физическую стабильность взрывчатого состава, повысить плотность заряда ВВ в скважине до 1 - 1,1 кг/дм³. Уплотнение ВВ в скважине происходит в результате увеличения влажности взрывчатой смеси, разрушения части гранул аммиачной селитры при термообработке, а также за счет скоростного напора потока. Оптимальное содержание жидкой фазы во взрывчатой смеси составляет 7-8% (с учетом 5,5% ДТ), таким образом лишь 1,5 - 2,5% влаги должно конденсироваться из парогазовой смеси. С учетом достигаемой плотности заряжания объемная энергия заряда стехиометрической смеси АС - ДТ может составить 4,6 МДж/м³.

Предлагаемые узлы: система заслонок, каталитический нейтрализатор, эжектор, искроуловитель, система контроля и сигнализации, обеспечивающие получение дисперсной парогазовой смеси для термообработки аммиачной селитры в процессе заряжания скважин взрывчатыми смесями, содержащими АС, могут быть установлены на существующих смесительно-зарядных и зарядных машинах с различным устройством подачи взрывчатого вещества в скважины: шнековым, гравитационным, вибрационным, пневматическим и другими, например, на машинах МЗ-3А или МЗ-3Б.

Модернизация существующих машин не ухудшает их эстетического вида.

Пример использования предлагаемого изобретения.

Смесительно-зарядные и зарядные машины, оснащенные системой влажной термообработки АС, были использованы в производственных условиях действующих предприятий по разработке полезных ископаемых открытым способом.

В качестве смесительно-зарядной машины применялась серийная машина со шнековой системой подачи ВВ в скважины типа МЗ-3Б, выпускаемая Карпинским машиностроительным заводом.

В процессе испытаний фиксировались:
- степень очистки отработанных газов по содержанию токсичных газов до и после нейтрализатора;
- температура отработанных газов до нейтрализатора и температура парогазовой смеси на выходе:
- расход воды через горловину эжектора, кг/ч;
- газодинамическое сопротивление тракта каталитический нейтрализатор - эжектор, кПа;
- искрогашение;
В результате испытаний было установлено: cтепень очистки отработанных газов составила 79,6% (с 0,057 до 0,0116 об.%): температура отработанных газов до нейтрализатора составляла 330^oС, температура влажного газа (пара, капельной влаги, отработанных газов) - 47 - 52^oС; расход воды через горловину эжектора составлял 62 - 84 кг/ч при расходе отработанных газов 590 - 640 кг/ч при числе оборотов коленчатого вала двигателя 1200 - 1300 мин^-1. Выделения искр из среза выпускного патрубка ни при резком сбросе нагрузки, ни при резких переходах с режима на режим не наблюдалось. Газодинамическое сопротивление тракта составляло 11,1 -15,3 кПа при числе оборотов коленчатого вала двигателя 1500 - 1800 мин^-1, что не превышало 3% от установленного значения (15 кПа).

С использованием смесительно-зарядной машины, оснащенной по предлагаемому) изобретению, проводилось заряжание скважин диаметром 105, 240 и 256 мм взрывчатой смесью АС - ДТ. В ходе промышленных испытаний зарядной машины существенно повысилась интенсивность дробления горных пород, снизился на 25 - 30% удельный расход ВВ и расширена сетка бурения скважин на 20 - 25%, что привело к снижению стоимости буровзрывных работ на 18- 23%.

Предлагаемое устройство для влажной термообработки АС устанавливалось также на зарядных машинах бункерного типа БЗА на базе автомобиля МАЗ-5334 с гравитационной системой подачи взрывчатого вещества в скважину.

Основной технический результат изобретения - повышение эффективности ведения взрывных работ - достигается за счет отличительных признаков изобретения:
- за счет установки нейтрализатора осуществляется очистка токсичных отработанных газов двигателя автомобиля, тем самым повышаются санитарно-гигиенические условия работы:
- машина безопасна и проста в эксплуатации;
- за счет установки предлагаемого оборудования (системы заслонок, нейтрализатора, эжектора, искроуловителя, системы контроля и сигнализации) образуется парогазовая смесь с заданными параметрами и производится влажная термообработка аммиачной селитры с получением физически стабильных аммиачно-селитренных взрывчатых смесей по всей высоте колонки заряда взрывчатого вещества, что повышает объемную энергию скважинного заряда и снижает стоимость буровзрывных работ;
- исключены энергозатраты на транспортировку взрывчатой смеси, обработанной парогазовой смесью, так как парогазовая смесь вводится не в смеситель взрывчатых веществ, как в прототипе, а на выходе взрывчатого состава из зарядной или смесительно-зарядной машины при подаче его в скважину, что приводит к снижению стоимости веления взрывных работ;
-подвод потока парогазовой смеси к выгрузочному устройству подачи взрывчатого вещества в скважину исключает агрегацию частиц АС;
-установка предлагаемого оборудования на существующую зарядную машину не нарушает эстетического вида машины.

Технология влажной термообработки аммиачной селитры выхлопными газами двигателя автомобиля открывает новые перспективы применения серийных смесительно-зарядных и зарядных машин по приготовлению и заряжанию скважин аммиачно-селитренными взрывчатыми смесями стабильного состава и создают условия для расширения объемов их промышленного применения на горнодобывающих предприятиях.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1. Патент России 2125550
2. АС СССР 471448т

Изобретение относится к производству промышленных ВВ и заряжанию ими скважин и может найти применение на открытых взрывных работах при добыче полезных ископаемых на земной поверхности. Сущность изобретения: на шасси автомобиля смесительно-зарядной или зарядной машины установлены бункеры компонентов взрывчатого вещества, устройство для подачи взрывчатого вещества в скважину, бак с водой, трубопроводы, выпускной коллектор отработанных газов двигателя, эжектор, состоящий из конфузора, горловины с коаксиально расположенными в ней форсункой и плаcтиной-распылителем воды и диффузора, при этом эжектор трубопроводами связан с баком с водой и через систему заслонок и каталитический нейтрализатор с выпускным коллектором отработанных газов двигателя, а связанный с диффузором эжектора трубопровод для парогазовой смеси через искроуловитель подведен к устройству подачи взрывчатого вещества в скважину. Конструкция смесительно-зарядной или зарядной машины проста, безопасна в эксплуатации, позволяет повысить эффективность ведения буровзрывных работ. 3 ил.

Смесительно-зарядная машина, включающая установленные на шасси автомобиля бункеры компонентов взрывчатого вещества, устройство для подачи взрывчатого вещества в скважину, бак с водой, трубопроводы, выпускной коллектор отработанных газов двигателя, отличающаяся тем, что для получения парогазовой смеси она снабжена эжектором, состоящим из конфузора, горловины, с коаксиально расположенными в ней форсункой и пластиной-распылителем воды и диффузора, при этом эжектор трубопроводами связан с баком с водой и через систему заслонок и каталитический нейтрализатор с выпускным коллектором отработанных газов двигателя, а связанный с диффузором эжектора трубопровод для парогазовой смеси через искроуловитель подведен к устройству подачи взрывчатого вещества в скважину.