ЗАБОЙКА КОМБИНИРОВАННАЯ Российский патент 2007 года по МПК F42D1/08 

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.

Известно, что наилучшее дробление горных пород взрывом обеспечивается при применении укороченной забойки и воздушного промежутка над зарядом /1/. При этом конструкция забойки, расположенной вблизи устья скважины, над воздушным промежутком, должна обеспечивать полное противодействие ее выбросу действием взрыва до момента разрушения массива /2/.

Наиболее близким по существу решаемой задачи устройством для запирания продуктов взрыва в зарядной полости шпура или скважины является монолитная распорная забойка из бетона на расширяющемся цементе длиной в 19-20 диаметров заряда, увеличивающая почти в 30 раз объем разрушения горных пород за счет задержки продуктов детонации в зарядной камере до начала разрушения массива и сдвижения пород /3/.

Однако, как показали исследования по качеству дробления /4/, при монолитной твердеющей забойке ухудшается качество дробления за счет отсутствия воздействия взрывных газов на участок скважины, занятый монолитной забойкой. Для скважин диаметром 100-200 мм эта длина по прототипу может достигать 1,9-4 м, поскольку увеличение выталкивающей забойку силы пропорционально квадрату диаметра скважины, а рост сил сцепления забойки на боковой поверхности скважины пропорционален диаметру в первой степени. Только уменьшение длины участка, занятого монолитной забойкой, при сохранении ее сопротивляемости, позволит повысить качество дробления массива в районе забойки. Кроме того, из-за высокой стоимости бетона длина монолитной забойки также желательна минимальной.

Технической задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет полного запирания продуктов детонации в зарядной полости до разрушения окружающей породы укороченной забойкой комбинированной с воздушным промежутком.

Поставленная задача достигается тем, что забойка комбинированная, включающая монолитную пробку из твердеющих материалов, согласно изобретению выполнена из верхней и нижней частей, разделенных буферным промежутком из вспененного полистирола, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из твердеющих материалов, а нижняя - засыпку из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком из вспененного полистирола.

Длина буферного промежутка принимается равной 2-3 диаметрам скважины.

На чертеже схематично изображена комбинированная засыпная забойка в рабочем положении в скважине.

Верхняя часть забойки комбинированной выполнена в виде монолитной пробки 1 из твердеющих вяжущих материалов, например бетона, смеси алебастра с влажным песком и т.п. Наружная поверхность верхней части забойки сцепляется при твердении со стенками устья скважины 2, имеющими, как правило, неровную поверхность с вывалами и трещинами. Нижняя часть комбинированной засыпной забойки состоит из засыпного участка 3, заполненного песком, песчано-глинистой смесью, буровым шламом и т.п., и размещена над воздушным промежутком 4, выполненным из вспененного полистирола. Между монолитной пробкой 1 и засыпным участком 3 помещен буферный промежуток 5 из вспененного полистирола.

Забойку комбинированную выполняют следующим образом. Вначале над зарядом ВВ 6 выполняют воздушный промежуток 4 из вспененного полистирола, засыпая его из мерной емкости, например ведра. Затем формируют засыпной участок 3 размещением сыпучего инертного материала на заданную высоту. После этого формируют буферный промежуток 5 из вспененного полистирола аналогично воздушному промежутку 4, а на него заливают монолитную пробку 1 из твердеющих материалов, например бетона, алебастра с влажным песком и т.п. В случае применения расширяющихся быстротвердеющих цементов, что предпочтительнее /3/, для защиты от повреждения при увеличении объема расширяющегося бетона проводник инициирующего импульса 7 помещают в защитный короб или трубку 8.

Длину участков скважины, занятых монолитной пробкой 1, буферным промежутком 5, засыпным участком 3 и воздушным промежутком 4 подбирают опытным путем или по аналогии.

Исследования ряда авторов показали, что воздушный промежуток между зарядом ВВ и забойкой длиной 5-7 диаметров заряда позволяет укоротить забойку при сохранении ее запирающих свойств /5/.

Толщина монолитной пробки 1 принимается исходя из размера негабарита, который наиболее часто на предприятиях составляет 0,6-0,8 м, и чаще всего именно на такую глубину наблюдаются сильные нарушения верхней части уступа взрывами на вышележащем горизонте. Образование монолитной пробки 1, сцепленной с поверхностью разрушенной устьевой части 2 шпура или скважины, повышает плотность этой части на утечку продуктов взрыва.

Длина засыпного участка 3 принимается как разность общей длины забойки комбинированной и длин монолитной пробки 1, буферного промежутка 5 и воздушного промежутка 4.

После детонации заряда ВВ в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер и происходит динамический удар газов засыпному участку забойки, несколько смягченный наличием воздушного промежутка, снижающего пиковое давление продуктов детонации. Экспериментально установлено /4/, что в засыпной забойке из зернистых материалов в первый момент времени после детонации заряда забоечный материал уплотняется в виде пробки и плотно расклинивается в шпуре или скважине. После уплотнения, независимо от используемого материала, забойка выбрасывается с возрастающей скоростью, зарядная полость разгерметизируется и часть продуктов детонации выбрасывается, не совершив полезной работы. Для исключения этого явления в забойке комбинированной предусмотрено наличие буферного промежутка 5 и монолитной пробки 1.

Начавшая движение засыпная часть забойки 3 сжимает буферный промежуток 5, теряя некоторую часть энергии движения и смягчая удар по монолитной пробке 1. При этом начинает формироваться вторая пробка уплотнения сыпучего материала забойки, повышающая удерживающую способность засыпной части забойки 3. Это позволит сделать монолитную пробку 1 короче, снизив тем самым расход материалов на нее. Монолитная пробка над засыпной частью забойки позволит исключить выброс забойки комбинированной до полного разрушения массива горных пород в районе устья скважины и прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через трещины в разрушенном массиве.

Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, такая забойка 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.

Таким образом, заявляемая забойка комбинированная позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива, причем зона нерегулируемого дробления зарядом ВВ снижается до величины 0,6-0,8 м, занятой пробкой из твердеющих материалов. В результате применения такой забойки эффективность использования энергии взрыва на дробление пород существенно повышается, что позволяет решить поставленную техническую задачу.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки.

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

2. Яковенко А.И. Расчет скважинных зарядов в карьерах // Сб. Взрывное дело № 51/8. М.: Недра, 1963. - С.108-120.

3. Легастаев Е.Г. Исследование влияния расширяющейся забойки шпуров на результаты взрыва // Сб. Взрывное дело № 59/16. М.: Недра, 1966. - С.262-266 (прототип).

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

5. Алексеенко А.Ф. Совершенствование параметров буровзрывных работ на известняковом карьере Камышбурунского железорудного комбината // Сб. Взрывное дело № 59/16. М.: Недра, 1966. - C.125-134.

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. Технической задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет полного запирания продуктов детонации в зарядной полости до разрушения окружающей породы укороченной забойкой комбинированной с воздушным промежутком. Поставленная задача достигается тем, что забойка комбинированная, включающая монолитную пробку из твердеющих материалов, согласно изобретению выполнена из верхней и нижней частей, разделенных буферным промежутком из вспененного полистирола, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из твердеющих материалов, а нижняя - засыпку из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком из вспененного полистирола. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Забойка комбинированная, включающая монолитную пробку из твердеющих материалов, отличающаяся тем, что выполнена из верхней и нижней частей, разделенных буферным промежутком из вспененного полистирола, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из твердеющих материалов, а нижняя - засыпку из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком из вспененного полистирола.2. Забойка комбинированная по п.1, отличающаяся тем, что длина буферного промежутка из вспененного полистирола принимается равной 2-3 диаметрам скважины.