СПОСОБ ВЗРЫВАНИЯ СКВАЖИННЫХ ЗАРЯДОВ И МЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК F42D1/08 F42D5/00 

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород, в частности при открытой разработке полезных ископаемых.

Известны способы взрывания скважин с выполнением операций по зарядке большого количества скважинных зарядов взрывчатых веществ (ВВ) в течение нескольких суток [1]. Недостатком этих способов взрывания является сложная организация работ, требующая применения постоянной охраны заряжаемых блоков ввиду наличия на поверхности уступов элементов взрывной сети - выходящих из скважин частей детонирующих шнуров (ДШ) от боевиков, которые могут быть несанкционированно использованы, а также высокая опасность - возможны наезды на ДШ, что влечет опасность преждевременного взрыва заряда.

Известен целый ряд конструкций запирающих забоек в виде пластмассовых пробок, деревянных и бетонных клиньев [2]. Основным их недостатком является низкая эффективность.

Известно также запирающее газодинамическое устройство для длительного запирания продуктов детонации в скважине, представляющее собой цилиндр из пластического материала с осевым каналом, имеющим двухконический профиль [3]. Воздействие газов взрыва на конус осевого канала с большим углом в начале устройства прижимает его к стенкам скважины, а истечение продуктов детонации через второе коническое сужение осевого канала с малым углом конусности позволяет задержать часть продуктов детонации в скважине на более длительный срок и за счет этого увеличить зону разрушающего действия взрыва на 30-40%.

Недостатком этого устройства является длительное запирание в зарядной полости только части продуктов детонации, а также невозможность повторного использования.

Технической задачей, на решение которой направлены предлагаемые изобретения, является повышение безопасности взрывных работ за счет надежного укрытия элементов взрывной сети до начала монтажа и эффективности дробления горных пород за счет запирания продуктов детонации в зарядной полости механическим устройством до момента разрушения окружающей породы.

Поставленная задача достигается тем, что в способе взрывания скважинных зарядов, включающем зарядку скважин взрывчатыми веществами, забойку, монтаж взрывной сети и взрывание, согласно изобретению забойку каждой скважины выполняют установкой механического устройства для длительного запирания продуктов детонации с предварительным расклиниванием его в скважине.

Проводник инициирующего импульса помещают в выемку в механическом устройстве, а выемку закрывают съемной крышкой с замком.

Перед началом монтажа взрывной сети отпирают замок на механическом устройстве, снимают крышку для повторного использования и на ее место вставляют монтажную петлю с гибкой связью, затем вынимают из выемки в механическом устройстве проводник инициирующего импульса и приступают к монтажу поверхностной взрывной сети.

По окончании монтажа поверхностной взрывной сети соединяют каждое механическое устройство гибкой связью с соединительным элементом, размещенным между скважинами, при этом механические устройства скважин каждой ступени замедления соединяются со своим соединительным элементом.

Соединительные элементы выполнены из автомобильных шин, а гибкие связи - из металлических тросов или тонких цепей.

Соединительные элементы после взрыва убирают с поверхности взорванного блока и вместе с ними извлекают из горной массы механические устройства для длительного запирания продуктов детонации для повторного использования.

Поставленная задача достигается также тем, что в механическом устройстве для длительного запирания продуктов детонации, включающем цилиндр с осевой полостью и коническим расширением, согласно изобретению конические расширения выполнены с обоих концов цилиндра и в каждом выполнено не менее трех продольных прорезей, в нижнее коническое расширение вставлен распорный конус, соединенный с толстостенной трубой, снабженной на верхнем конце гайкой, при этом толстостенная труба свободно проходит через осевой канал конической пробки, вставленной в верхнее коническое расширение, в конической пробке выполнена выемка, закрывающаяся съемной крышкой с замком, и она снабжена съемной монтажной петлей с гибкой связью.

Съемная крышка выполнена с гладкой поверхностью по диаметру конической пробки.

Именно заявляемое выполнение устройства позволяет надежно хранить элементы скважинной взрывной сети до начала монтажа поверхностной взрывной сети, а также взрывать скважинные заряды с не вылетающей до разрушения массива в районе скважины забойкой и решить тем самым поставленную задачу. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемые изобретения связаны единым изобретательским замыслом.

Заявляемый способ взрывания скважинных зарядов осуществляется с помощью механического устройства для длительного запирания продуктов детонации, схематично представленного на чертежах.

На фиг.1 схематично изображено механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации в сборе; на фиг.2 - в рабочем положении в скважине после зарядки; на фиг.3 - после монтажа поверхностной взрывной сети; на фиг.4 - схема соединения механических устройств с соединительными элементами.

Механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации включает цилиндр 1 с осевой полостью 2, выполненный из металла или пластической массы диаметром на 4-8 мм меньше диаметра скважины и имеющий с обеих сторон конические расширения 3 с продольными прорезями 4. В конические расширения 3 снизу вставлен полый распорный конус 5, соединенный с толстостенной трубой 6, снабженной гайкой 7, выполненные из металла, а сверху - коническая пробка 8 с осевым каналом 9 и выемкой 10, выполненная из металла. На конической пробке 10 установлена съемная монтажная петля 11 с гибкой связью 12 или съемная крышка 13 с упорным штифтом 14 и механическим замком 15. В выемке 10 выполнены отверстия 16 под съемную монтажную петлю 11 или штифт 14 съемной крышки 13, а также выступ 17 под язычок 18 механического замка 15.

Способ взрывания скважинных зарядов осуществляют следующим образом. На поверхности блока механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации собирают в конструктивный элемент. Для этого вставляют полый распорный конус 5, соединенный с толстостенной трубой 6, в нижнее коническое расширение 3 цилиндра 1 и пропускают толстостенную трубу 6 через осевую полость 2 до выхода ее из цилиндра 1. Затем на толстостенную трубу 6 через осевой канал 9 надевают коническую пробку 8 с вставленной монтажной петлей 11 с гибкой связью 12 и накручивают гайку 7, подтягивая навстречу друг другу полый распорный конус 5 и коническую пробку 8 до соприкосновения их с коническими расширениями 3. После этого через толстостенную трубу 6 пропускают проводник инициирующего импульса 19 (волновод неэлектрической системы или детонирующий шнур). За монтажную петлю 11 с помощью гибкой связи 12, выполненной из отдельных прядей канатов подъемных машин или стреловых канатов экскаваторов (обладающих достаточной прочностью и мягкостью на сгиб) или из тонких цепей, механическое устройство опускают в скважину 20 на глубину вытянутой руки и гайкой 7 стягивают полый распорный конус 5 и коническую пробку 8 до распора ими цилиндра 1 в стенки скважины 20 с помощью конических расширений 3 и продольных прорезей 4. После этого снимают съемную монтажную петлю 11 с гибкой связью 12, освобождая отверстие 16, проводник инициирующего импульса 19 укладывают в выемку 10, вставляют штифт 14 съемной крышки 13 в отверстие 16 и закрывают крышку до защелкивания язычка 18 механического замка 15 за выступ 17. Проводник инициирующего импульса 19 надежно защищен: устройство установлено достаточно глубоко в узкой скважине - на глубину вытянутой руки человека, крышка заперта механическим замком, на ней отсутствуют какие-либо выступы, монтажная петля снята. Выполнение крышки по диаметру конической пробки без выступов защищает ее от возможных попыток вскрытия. Механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации готово к работе.

Перед началом монтажа взрывной сети взрывник опускает руку в скважину, отпирает замок на механическом устройстве, снимает крышку 13, используя ключ в замке в качестве ручки, убирает ее для повторного использования и устанавливает в механическое устройство данной скважины съемную монтажную петлю 11 с гибкой связью 12 (металлический трос или тонкая цепь). Затем он вынимает из выемки 10 в конической пробке 8 механического устройства проводник инициирующего импульса 19 и приступает к монтажу поверхностной взрывной сети. После монтажа взрывной сети с помощью гибкой связи 12 соединяют механическое устройство каждой скважины с соединительным элементом 21, например, автомобильной шиной, обладающей высокой прочностью и упругостью. При этом к одному соединительному элементу 21 подсоединяют гибкие связи только от скважин, взрываемых в одной ступени замедления, что позволяет снизить динамические нагрузки на гибкие связи 12 и соединительные элементы 21. После этого производят взрыв.

После детонации заряда ВВ в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер и происходит динамический удар газов по полому распорному конусу 5. Цилиндр 1 механического устройства в первый момент после детонации заряда остается неподвижным, поскольку продукты детонации воздействуют лишь на узкое кольцо нижней части конического расширения 3, а полый распорный конус за счет большой торцовой поверхности (на несколько порядков большей, чем площадь кольца конического расширения 3) воспринимает значительные усилия, что приводит к немедленному вдавливанию его в нижнее коническое расширение 3 и окончательному заклиниванию цилиндра 1 в скважине 20. Это положение было проверено экспериментальным взрывом с устройством для длительного запирания продуктов детонации на скважинах диаметром 115 мм. Диаметр цилиндра 1 составил 110 мм, толщина стенок цилиндра в нижней части конического расширения 3 составила 2 мм, площадь кольца, воспринимающего давление продуктов детонации, составила 3,42 см², в то время как площадь полого распорного конуса составила около 400 см², т.е. на два порядка больше. После взрыва следов скольжения по скважине на наружной поверхности цилиндра обнаружено не было, что подтверждает тезис о надежном распоре цилиндра устройства в стенки скважины до начала разрушения пород стенок скважины.

Толстостенная труба 6 при подвижке полого распорного конуса внутрь цилиндра 1 свободно смещается вверх в осевом канале 9, не нарушая положения конической пробки 8, расклинившей верхнюю часть цилиндра 1 в стенки скважины. Таким положение устройства остается вплоть до прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через образующиеся в разрушаемом массиве трещины и начала разрушения стенок скважин. Прорыв газов через трещины массива снимает давление в скважине, а разрушающиеся стенки скважин снимают распор с цилиндра 1 механического устройства, и оно может быть выброшено из скважины остаточным давлением продуктов взрыва.

Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости вплоть да разрушения стенок скважины, механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации способствует более полному протеканию вторичных реакций в продуктах детонации и соответственно повышает энергию взрыва; это особенно важно для современных крупнодисперсных ВВ типа гранулитов и граммонитов, у которых значительная доля энергии выделяется в процессе вторичных реакций.

После взрыва соединительные элементы 21, остающиеся на поверхности взорванной горной массы, как подтвердил экспериментальный взрыв с размещением автошин между первым и вторым и между вторым и третьим рядами скважин при порядном взрывании, стягивают, например, бульдозером, и они вытаскивают за собой с помощью гибких связей 12 механические устройства для длительного запирания продуктов детонации. Последние могут располагаться как на поверхности горной массы, если они выброшены из скважины, так и на некоторой глубине, если они остались в разрушенной скважине; учитывая слабую связность взорванной горной массы, она не будет оказывать особого сопротивления этой операции. После извлечения механических устройств и отсоединения их от соединительных элементов, раскручивают гайку 7 и последовательно выбивают из цилиндра 1 коническую пробку 8 и распорный конус 5. После этого цилиндр 1 в районе продольных прорезей 4 калибруют по размеру на 4-8 мм менее диаметра скважины и вновь собирают устройство для повторного использования.

Таким образом, заявляемые способ взрывания скважинных зарядов и механическое устройство для его осуществления позволяют надежно защищать скважинную взрывную сеть от несанкционированного использования до начала монтажа поверхностной взрывной сети, повышая безопасность взрывных работ. Кроме того, появляется возможность запирать продукты взрыва в зарядной полости до начала разрушения массива и тем самым повысить эффективность использования энергии взрыва на дробление горных пород. Этим достигается выполнение поставленной технической задачи.

Источники информации

1. Бабаянц Г.М., Евсин В.Г., Николаев К.П. Совершенствование взрывных работ на горнорудных предприятиях // Горный журнал. 1995. - № 12. С.40-42 (прототип).

2. Миндели Э.О., Демчук П.А., Александров В.Е. Забойка шпуров. - М.: Недра, 1967. - 152 с.

3. Парамонов Г.П. и др. Исследование эффективности применения газодинамических запирающих устройств в качестве забойки скважинных зарядов // Сб. «Взрывное дело» № 91/48. Развитие теории и практики взрывного дела. М., 1998. С. 214-221 (прототип).

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород. Забойку скважин выполняют установкой механического устройства для длительного запирания продуктов детонации с предварительным расклиниванием его в скважине. Проводник инициирующего импульса помещают в выемку в механическом устройстве, а выемку закрывают вставной крышкой с замком. Перед началом монтажа взрывной сети в выемку вставляют монтажную петлю с гибкой связью, вынимают проводник инициирующего импульса и приступают к монтажу поверхностной взрывной сети. По окончании монтажа соединяют каждое механическое устройство гибкой связью с соединительным элементом, размещенным между скважинами, при этом механические устройства скважин каждой ступени замедления соединяют со своим соединительным элементом. После взрыва соединительные элементы убирают с поверхности взорванного блока и вместе с ними извлекают из горной массы механические устройства для длительного запирания продуктов детонации для повторного использования. Механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации включает цилиндр с осевой полостью и коническим расширением. Конические расширения выполнены с обоих концов цилиндра и в каждом выполнено не менее трех продольных прорезей. В нижнее коническое расширение вставлен полый распорный конус, соединенный с толстостенной трубой, снабженной на верхнем конце гайкой. Толстостенная труба свободно проходит через осевой канал конической пробки, вставленной в верхнее коническое расширение. В конической пробке выполнена выемка, закрывающаяся съемной крышкой с замком, и она снабжена съемной монтажной петлей с гибкой связью. Съемная крышка выполнена с гладкой поверхностью по диаметру конической пробки. Изобретение позволяет надежно защищать скважинную взрывную сеть от несанкционированного использования до начала монтажа поверхностной взрывной сети, повышает безопасность взрывных работ. Кроме того, появляется возможность запирать продукты взрыва в зарядной плоскости до полного разрушения массива, т.е. повышается эффективность использования энергии взрыва на дробление горных пород. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Механическое устройство для длительного запирания продуктов детонации, включающее цилиндр с осевой полостью и коническим расширением, отличающееся тем, что конические расширения выполнены с обоих концов цилиндра и в каждом выполнено не менее трех продольных прорезей, в нижнее коническое расширение вставлен полый распорный конус, соединенный с толстостенной трубой, снабженной на верхнем конце гайкой, при этом толстостенная труба свободно проходит через осевой канал конической пробки, вставленной в верхнее коническое расширение, в конической пробке выполнена выемка, закрывающаяся съемной крышкой с замком, и она снабжена съемной монтажной петлей с гибкой связью.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что съемная крышка выполнена с гладкой поверхностью по диаметру конической пробки.3. Способ взрывания скважинных зарядов, включающий зарядку скважин взрывчатыми веществами, забойку, монтаж взрывной сети и взрывание, отличающийся тем, что забойку каждой скважины выполняют установкой механического устройства для длительного запирания продуктов детонации по п.1 с предварительным расклиниванием его в скважине.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что проводник инициирующего импульса помещают в выемку в механическом устройстве, а выемку закрывают вставной крышкой с замком.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что перед началом монтажа взрывной сети отпирают замок на механическом устройстве, снимают крышку для повторного использования и на ее место вставляют монтажную петлю с гибкой связью, затем вынимают из выемки в механическом устройстве проводник инициирующего импульса и приступают к монтажу поверхностной взрывной сети.6. Способ по п.5, отличающийся тем, что по окончании монтажа поверхностной взрывной сети соединяют каждое механическое устройство гибкой связью с соединительным элементом, размещенным между скважинами, при этом механические устройства скважин каждой ступени замедления соединяются со своим соединительным элементом.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что соединительные элементы выполнены из автомобильных шин, а гибкие связи - из металлических тросов или тонких цепей.8. Способ по п.7, отличающийся тем, что соединительные элементы после взрыва убирают с поверхности взорванной горной массы и вместе с ними извлекают из горной массы механические устройства для длительного запирания продуктов детонации для повторного использования.