СПОСОБ ВЗРЫВАНИЯ ВОСХОДЯЩИХ СКВАЖИН Российский патент 2004 года по МПК F42D1/24 F42D3/04 E21C41/16 

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к способам взрывания восходящих скважин при разработке крепких горных пород в подземных условиях.

Известно, что роль забойки многообразна. Она предотвращает потери энергии в процессе детонации заряда ВВ, обеспечивая как полноту детонации ВВ, так и высвобождение максимальной доли его потенциальной энергии, предотвращает возникновение ударной воздушной волны и т.д.

Механизм разрушения горных пород определяется величиной и формой взрывного импульса, который характеризуется не только давлением на фронте детонационной волны, но и продолжительностью действия продуктов детонации на разрушаемую среду. Чем больше длительность приложения нагрузки, тем значительнее длина развивающихся трещин и интенсивнее дробление пород. Забойка увеличивает длительность поршневого воздействия продуктов детонации на стенки зарядной полости и первичных радиальных трещин, образовавшихся на границе с зарядной полостью в процессе возникновения и прохождения ударной волны взрыва, что повышает продолжительность взрывного импульса и долю энергии взрыва на дробление. Согласно исследованиям [1] при одинаковой величине импульса взрыва объем общих форм работы взрыва (раскалывание, расчленение, дробление породы на значительном удалении от заряда) тем больше, чем больше длительность импульса, т.е. чем дольше воздействует давление газов взрыва на стенки зарядной полости. Без забойки происходит переизмельчение в ближней зоне и крупное дробление в дальней зоне взрыва, поскольку короткий импульс часть энергии взрыва передает на более высоких частотах, которые сильно поглощаются горными породами. В результате - локальное переизмельчение вблизи заряда и разрушения в отдельных зонах пониженной прочности вдали от заряда. Поэтому взрывание без забойки более чем вдвое увеличивает выход негабаритных фракций и диаметр среднего куска по сравнению со взрывами при полной забойке [2].

Показательны эксперименты на одиночных шпурах диаметром 36 мм, глубиной 2,4 м в породах с f=14-16 [3]. Без забойки получена полость диаметром 41 мм, объемом 720 см³, с песчано-глинистой забойкой - 43 мм и 1050 см³, а с быстротвердеющей бетонной забойкой на гипсо-глиноземистом расширяющемся цементе - 112 мм и 21200 см³, средний удельный расход ВВ составил соответственно 1,94 до 1,35 и 0,066 г/см³. При бетонной забойке размер разрушенной полости увеличился, а удельный расход ВВ соответственно снизился в 29,4 раза. Поэтому если найти очень упорную, не вылетающую забойку, можно во много раз увеличить долю энергии ВВ на разрушение пород, снижая тем самым расход ВВ и бурения. В то же время на подземных работах производится взрывание восстающих веерных скважин без забойки в связи со сложностью ее выполнения.

Известен способ взрывания восходящих скважин, согласно которому бурят восходящие скважины, заряжают их, производят забойку, в качестве которой используют, например, деревянные пробки [4]. Недостатком такого способа является то, что пробка не расклинена и легко выбивается при взрыве продуктами детонации.

Наиболее близким по существу решаемой задачи является способ взрывания восходящих скважин, включающий бурение веера восходящих скважин, их зарядку, после которой выполняют забойку скважин и взрывание /5/.

Цель изобретения - увеличение полезной работы взрыва за счет увеличения времени действия взрывного импульса полным исключением вылета забойки из скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в способе взрывания восходящих скважин, включающем бурение веера восходящих скважин, их зарядку, после которой выполняют забойку скважин и взрывание, согласно изобретению забойку выполняют в виде монолитных стержней из вязкого материала, диаметр которых меньше диаметра скважины, со вставленными в них с обоих концов в расщеп коническими пробками, при этом монолитные стержни располагают между зарядом ВВ в скважине и упором, который размещают в буровой выработке.

На фиг.1 схематично изображено расположение скважин веера, забойка для реализации способа и упор для ее удержания, на фиг.2 - забойка в исходном положении; на фиг.3 - положение забойки после детонации заряда ВВ.

Способ взрывания восходящих скважин осуществляют следующим образом. В рудном массиве 1 бурят веер восходящих скважин 2, в которых после зарядки размещают забойку 3 (см. фиг.1), из монолитных стержней из вязкого материала 4, выполненных, например, из сырого дерева, со вставленными в расщеп коническими пробками 5 между зарядом ВВ 6 и упором 7, выполненным, например, в виде шпальной клетки на почве буровой выработки. При этом монолитные стержни из вязкого материала 4 и конические пробки 5 выполнены диаметром, меньшим диаметра скважины, чтобы можно было разместить вдоль стенки скважины 2 проводник инициирующего импульса 8 (провода от электродетонатора или волновод от неэлектрических систем взрывания типа Нонель) к инициатору взрыва 9 (фиг.2).

После подачи начального инициирующего импульса через проводник инициирующего импульса 8 инициатором взрыва 9 в заряде ВВ 6 возбуждается низкоскоростная детонация, которая на длине двух диаметров заряда переходит в стационарную. Продукты детонации 10 под высоким давлением ударяют по верхней конической пробке 5, расплющивая ее верхнюю часть и вгоняя нижнюю, коническую часть конической пробки 5 в расщеп монолитного стержня из вязкого материала 4, расклинивая его верхнюю часть в стенки скважины 2. Поскольку давление продуктов детонации 10 будет резко возрастать по мере разгона детонации и достигнет очень быстро больших величин, расклиненная верхняя часть монолитного стержня из вязкого материала 4 начнет проскальзывать по стенке скважины 2 и взаимодействовать с нижней конической пробкой 5, которая расклинит нижнюю часть монолитного стержня из вязкого материала 4 и загерметизирует устье скважины 2, поскольку дальнейшему смещению монолитного стержня из вязкого материала 4 будет препятствовать упор 7 (фиг.3). Длительное, до момента разрушения породы, запирание продуктов детонации 10 в зарядной полости будет способствовать существенному увеличению полезного использования энергии взрыва, что подтверждают эксперименты работы /3/. Это позволит снизить расход ВВ, уменьшить объемы бурения, повысить качество дробления, снизить нагрузки на горные выработки от ударных воздушных волн и уменьшить количество ядовитых газов взрыва за счет более полного протекания реакций в продуктах детонации в замкнутом не вылетающей забойкой объеме.

Таким образом, заявляемый способ взрывания восходящих скважин обеспечивает полное запирание продуктов детонации и увеличение за счет этого времени действия взрывного импульса и полезной работы взрыва, позволяя тем самым достичь поставленной цели.

Источники информации

1. Беляев А.Ф., Садовский М.А. О природе фугасного и бризантного действия взрыва //“Физика горения и взрыва” № 1, 1952.

2. Демидюк Г.П., Росси Б.Д., Андрианов Н.Ф., Усачев В.А. Влияние забойки на степень дробления горных пород взрывом //Взрывное дело № 53/10. М.: Недра, 1963, с. 96-105.

3. Демидюк Г.П. О повышении степени полезного использования энергии взрыва // Взрывное дело № 60/17. М.: Недра, 1966, с. 237-254.

4. Миндели Э.О. Буровзрывные работы при подземной добыче полезных ископаемых. М.: Недра, 1966.

5. Авторское свидетельство СССР № 1610967 /прототип/.

Изобретение относится к области горного дела, в частности к разработке крепких горных пород в подземных условиях. Способ взрывания восходящих скважин включает бурение веера восходящих скважин, их зарядку, забойку и взрывание. Новым в способе является выполнение забойки скважин в виде монолитных стержней из вязкого материала с коническими пробками на концах, размещенных между зарядов ВВ в скважине и упором в буровой выработке. Изобретение обеспечивает повышение эффективности, увеличение полезной работы взрыва за счет увеличения времени действия взрывного импульса. 3 ил.

Способ взрывания восходящих скважин, включающий бурение веера восходящих скважин, их зарядку, после которой выполняют забойку скважин и взрывание, отличающийся тем, что забойку выполняют в виде монолитных стержней из вязкого материала, диаметр которых меньше диаметра скважины, со вставленными в них с обоих концов в расщеп коническими пробками, при этом монолитные стержни располагают между зарядом ВВ в скважине и упором, который размещают в буровой выработке.