СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ Российский патент 2006 года по МПК F42D3/00 F42D5/00 

Изобретение относится к производству взрывных работ и может быть использовано в гидротехническом строительстве при дноуглубительных работах, строительстве профильных выемок и других специальных взрывных работах, когда по техническим условиям необходимо вести взрывные работы под водой.

Известен способ производства буровзрывных работ (см. Галкин В.В., Гильшанов Р.А., Дроговейко И.З. - "Взрывные работы под водой". - М.: Недра, 1987, с.74-93), при котором перед инициированием зарядов взрывчатого вещества создают завесу из воздушных пузырьков путем барботажа воздуха через предварительно проложенные перфорированные трубы. При воздушном потоке 0,008 м³/с давление от взрыва 0,45 кг взрывчатого вещества на расстоянии 10 м от заряда уменьшается в 70 раз. При заряде массой более 10 кг такое же ослабление ударной волны достигается при увеличенном расходе воздуха.

Недостатком известного способа производства буровзрывных работ является его относительная сложность, так как необходимо размещение под водой системы перфорированных труб и применение компрессора с источником энергии. Для ослабления ударной волны при взрывах крупных зарядов взрывчатого вещества требуется устанавливать большое число параллельно расположенных перфорированных труб.

Известен способ производства взрывных работ под водой (см. авторское свидетельство СССР №1818523, МПК F 42 D 5/00, опубликовано 30.05.1993 г.), по которому размещают на скальном дне заряд взрывчатого вещества, к которому прикрепляют посредством гибкой тяги по всей ее длине оболочки с воздухом, после чего инициируют заряд. При взрыве заряда создается столб воздуха, через который происходит выброс в атмосферу вредных газов, образующихся при взрыве.

Недостатком известного способа производства буровзрывных работ является необходимость дополнительного использования большого числа оболочек с воздухом, размещаемых над каждой скважиной с зарядом взрывчатого вещества. Кроме того, такое размещение оболочек с воздухом не препятствует распространению ударной волны в радиальном направлении.

Известен способ производства взрывных работ под водой (см. патент РФ №2087847, МПК F 42 D 5/00, опубликован 20.08.1997 г.), заключающийся в том, что предварительно на пути прохождения взрывной волны в воде размещают экранирующую завесу из погруженных в воду сеток или оболочек из водопроницаемой ткани, заполненных пустотелыми сферами, и/или кусками пенопласта, и/или керамзитовым гравием. При положительной плавучести заграждение снабжается якорями, а при отрицательной плавучести - поплавками.

К недостаткам известного способа следует отнести необходимость применения дополнительных сложных в изготовлении устройств, что увеличивает стоимость проведения буровзрывных работ.

Наиболее близким по назначению и по совокупности существенных признаков к заявляемому техническому решению является способ производства буровзрывных работ под водой (см. авторское свидетельство СССР №861597, МПК F 42 B 1/02, 07.09.1981). В соответствии с известным способом с надводной платформы осуществляют бурение скважин по сетке 3×3, параллельно рядам скважин укладывают эластичные рукава с продольными кумулятивными выемками, ориентируя выемки в породе, заряжают их любым из известных способов посредством пневматического зарядника, например, имеющего несколько зарядных шлангов, и взрывают с миллисекундным опережением по отношению к взрывам основных зарядов скважин. Для предотвращения всплытия эластичных рукавов к ним могут быть прикреплены всевозможные грузы. Поверхностный взрыв с миллисекундным опережением создает увеличенную степень зажима на границе раздела двух сред, что положительно сказывается на повышении эффективности взрыва основных зарядов скважин.

Таким образом, известный способ-прототип включает бурение с надводной платформы сетки скважин, размещение в них основных зарядов, размещение дополнительного заряда, монтаж взрывной сети, одновременное инициирование дополнительного заряда и через интервал времени инициирование основных зарядов.

Применение известного способа-прототипа позволяет повысить эффективность взрыва, однако недостатком известного способа-прототипа является низкая эффективность дробления скального массива в районе устья скважины.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, являлась разработка такого способа производства взрывных работ, который бы обеспечивал повышение эффективности буровзрывных работ, интенсивности дробления и выброса разрушенной горной массы при существенном снижении вредного воздействия взрыва на окружающую среду.

Поставленная задача решается тем, что способ производства взрывных работ включает бурение с надводной платформы сетки скважин, размещение в них основных зарядов, размещение дополнительного заряда, монтаж взрывной сети, одновременное инициирование дополнительного заряда и через интервал времени инициирование основных зарядов, при этом дополнительный заряд размещают в устье каждой скважины и отделяют его от основного заряда промежутком, заполненным инертной средой, взрывную сеть монтируют с использованием неэлектрической системы инициирования, величину дополнительного заряда G определяют из соотношения:

G=a₁ ³·(1+γ·H/P_a)³/K₁, кг;

где a₁ - расстояние между соседними скважинами, м;

γ - плотность воды, кг/м³,

Н - высота столба воды над устьем скважины, м;

Р_а - атмосферное давление в зоне взрыва, кг/м²;

K₁ - коэффициент, равный 4,12, кг/м³;

а интервал времени Δt определяют из соотношения:

где Р_пр.=Р/Р_а - приведенная величина гидростатического давления воды на дополнительный заряд;

Р - величина гидростатического давления воды на дополнительный заряд, кг/м²;

К₂ - коэффициент, равный 0,15, с/кг^1/3.

Целесообразно взрывание дополнительных зарядов осуществлять с использованием обратного способа инициирования.

Длину каждого дополнительного заряда предпочтительно устанавливать равной 5-10 диаметров скважины.

Длина промежутка, заполненного инертной средой, между основным и дополнительным зарядами обычно равняется 5-10 диаметрам скважины.

Основной заряд в каждой скважине можно формировать от ее дна в виде отдельных участков, разделенных промежутками, заполненными инертной средой, и осуществлять послойное инициирование отдельных участков зарядов с замедлением от устья к забою скважины.

В качестве инертной среды можно использовать воду, водонасыщенный песок, водонасыщенный отсев гранитного щебня и другие известные инертные материалы.

Размещение дополнительного заряда в устье скважины приводит к тому, что основная доля энергии взрыва дополнительного заряда расходуется на дробление и диссипативные потери, а остаточная энергия продуктов взрыва в процессе истечения из устья скважины идет на формирование газового пузыря, в результате чего резко снижается интенсивность подводной ударной волны. Таким образом, энергия взрыва дополнительного заряда используется на полезные формы работы - разрушение и выброс породы и снижение доли энергии взрыва на формирование подводной ударной волны, оказывающей вредное воздействие на окружающую среду.

Дополнительные заряды выполняют обычно в виде патронов-боевиков цилиндрической формы длиной 5-10 диаметров скважины. Массу основного заряда рассчитывают по общепринятым методикам, используемым при дноуглубительных работах.

Заявляемое техническое решение базируется на концепции распределения потенциальной энергии взрывчатого вещества между ударной волной и продуктами взрыва, которое для эталонного заряда тротила, взрываемого в воде, находится в отношении 53%/47%. Истечение продуктов взрыва дополнительного заряда из устья скважины наиболее эффективно происходит при обратном способе инициирования прежде, чем разрушится устье скважины. Положение дополнительного заряда в устье скважины принципиально меняет характер распределения энергии взрыва. Основная часть энергии ударной волны расходуется на разрушение горной породы и излучение сейсмовзрывной волны, что приводит к резкому снижению амплитудно-временных параметров подводной ударной волны на порядок и больше. При этом энергия образующегося газового пузыря остается на прежнем уровне, а в связи с задержкой процесса разрушения истечение продуктов взрыва в призабойной зоне формирует цилиндрические газовые полости над устьями скважин. При дальнейшем развитии газовых полостей они формируют сплошную газовую полость, в которую и происходит отбойка породы. Максимальный радиус газового пузыря R_max принимается равным половине расстояния a₁ между смежными скважинами и с достаточной для практики степенью точности приведенное значение радиуса газового пузыря определяется зависимостью:

где

- радиус дополнительного заряда, м,

К₃ - коэффициент, равный 0,053, м/кг^1/3

Как уже указано выше, Р_пр.=Р/Р_а;

Р=Р_а+γ·Н.

После несложных преобразований при представлении дополнительного заряда как сосредоточенного, радиус газового пузыря R_max определяется зависимостью:

где К₄ - коэффициент, равный 2,06, м/кг^1/3.

После преобразований получаем:

При меньших значениях дополнительного заряда, чем определено формулой (1), не будет формироваться сплошная газовая полость, а при больших значениях G будут реализовываться высокие давления на фронте ударной волны с негативными последствиями, выражающимися, с одной стороны, во вредном действии взрыва на окружающую среду, а, с другой стороны, к возможному затуханию детонации в основном заряде.

При известной массе заряда G и диаметре скважины можно определить длину колонки I_зар дополнительного заряда:

I_зар=4G/π·d²Δ, дм;

где d - диаметр пополнительного заряда, принимаемый равным диаметру скважины, дм;

Δ - плотность заряжания, кг/дм³.

Для принятого в производственной практике дноуглубительных работ диаметра скважины и параметров взрывчатого вещества длина I_зар колонки дополнительного заряда будет в диапазоне 5-10 d.

Период Т первой пульсации газового пузыря оценивается в первом приближении зависимостью:

Т=0,307·/Р.

Полупериод первой пульсации отвечает моменту времени, при котором радиус газового пузыря достигает величины R_max и может быть использован для оценки интервала замедления Δt между взрывом дополнительного и основного зарядов, определяемого по приведенному выше выражению.

При интервале времени замедления, меньшем Δt, не образуется сплошная газовая полость, а при большем, чем Δt, замедлении инициирования основного заряда возможно разрушение магистральных линий взрывной сети.

Использование заявляемого способа позволяет также уменьшить величину перебура I_пер.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показана сетка пробуренных скважин.

на фиг.2 приведен разрез сетки скважин по А-А.

Взрывная сетки 1 состоит из скважин 2, в устье 3 которых размещены дополнительные заряды 4, основные заряды 5, разделенные, например, на отдельные участки 6, разделенные промежутками 7, заполненными инертной средой, например водонасыщенным песком. В скважинах 2 дополнительные заряды 4 отделяются от основных зарядов 5 промежутками 8, заполненным инертной средой, например водонасыщенным песком или отсевом гранитного щебня. Длина дополнительных зарядов 4 составляет обычно 5-10 d.

Заявляемый способ буровзрывных работ осуществляют следующим образом. Производят бурение с надводной платформы сетки 1 скважин 2, размещают в скважинах 2 основные заряды 5, размещают в устье 3 каждой скважины 2 дополнительные заряды 4, отделяя их при этом от основного заряда 5 промежутком 8, заполненным инертной средой, например водой. Монтируют известным способом взрывную сеть с использованием неэлектрической системы инициирования (не показана). Производят одновременное взрывание дополнительных зарядов 4 и через интервал времени Δt инициируют основные заряды 5. Величину дополнительного заряда G и интервал времени Δt определяют из приведенных выше соотношений.

Оценочный расчет параметров газовой полости и интервала замедления Δt при использовании скважин с d=115 мм при заряжании гранипором ВГ и шашками ГК-2 показал, что для дополнительного заряда массой 5 кг радиус полости равняется 2,6 м при интервале замедления Δt 0,37 с, в то время как для массы заряда 10 кг эти величины соответственно равны 3,4 м и 0,46 с. Масса дополнительного заряда хорошо согласуется с производственной практикой по вместимости заряда на единицу длины (1 м) скважины. Так, вместимость 1 м скважины при использовании гранипора ВГ составляет 12 кг/м, а заряда из шашек ГК-2 - 7,9 кг/м. Для принятого диаметра скважин длина этих зарядов не превышает 10 диаметров скважины.

Способ производства буровзрывных работ может быть использован в гидротехническом строительстве при дноуглубительных работах, строительстве профильных выемок и других специальных взрывных работах, когда по техническим условиям необходимо вести взрывные работы под водой. Способ включает бурение с надводной платформы сетки скважин, размещение в них основных зарядов, размещение в устье каждой скважины дополнительного заряда, отделенного от основного заряда промежутком, заполненным инертной средой, монтаж взрывной сети с использованием неэлектрической системы инициирования, одновременное взрывание дополнительных зарядов и через интервал времени Δt инициирование основных зарядов, при этом величину дополнительного заряда G определяют из соотношения: G=a₁ ³·(1+γ·H/P_a)³/K₁, кг; где a₁ - расстояние между соседними скважинами, м; γ - плотность воды, кг/м³; Н - высота столба воды над устьем скважины, м; Р_а - атмосферное давление в зоне взрыва, кг/м²; K₁ - коэффициент, равный 4,12, кг/м³; а интервал времени Δt определяют из соотношения: Δt=К₂·/Р_пр., с, где Р_пр.=Р/Р_а - приведенная величина гидростатического давления воды на дополнительный заряд; Р - величина гидростатического давления воды на дополнительный заряд, кг/м²; К₂ - коэффициент, равный 0,15, с/кг^1/3. Изобретение обеспечивает повышение эффективности буровзрывных работ, интенсивности дробления и выброса разрушенной горной массы при снижении вредного воздействия взрыва на окружающую среду. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ производства буровзрывных работ, включающий бурение с надводной платформы сетки скважин, размещение в них основных зарядов, размещение дополнительного заряда, монтаж взрывной сети, одновременное инициирование дополнительного заряда и через интервал времени Δt инициирование основных зарядов, отличающийся тем, что дополнительный заряд размещают в устье каждой скважины и отделяют его от основного заряда промежутком, заполненным инертной средой, взрывную сеть монтируют с использованием неэлектрической системы инициирования, при этом величину дополнительного заряда G определяют из соотношения

G=a₁ ³·(1+γ·H/P_a)³/K₁, кг;

где a₁ - расстояние между соседними скважинами, м;

γ - плотность воды, кг/м³;

Н - высота столба воды над устьем скважины, м;

Р_а - атмосферное давление в зоне взрыва, кг/м²;

K₁ - коэффициент, равный 4,12, кг/м³,

а интервал времени Δt определяют из соотношения

где Р_пр=Р/Р_а - приведенная величина гидростатического давления воды на дополнительный заряд;

Р - величина гидростатического давления воды на дополнительный заряд, кг/м²;

К₂ - коэффициент, равный 0,15, с/кг^1/3.