СПОСОБ ЗАРЯДКИ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН ЭМУЛЬСИОННЫМИ ВЗРЫВЧАТЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ Российский патент 2012 года по МПК F42D1/08 

Изобретение относится к области горной промышленности, а более конкретно к взрывным работам, и может быть использовано в разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом добычи при зарядке глубоких скважин.

Среди различных типов промышленных взрывчатых веществ (ВВ) эмульсионные взрывчатые вещества (ЭмВВ) имеют неоспоримые преимущества: водоустойчивость, безопасность в обращении, низкотоксичное газовыделение при взрыве, а также доступную и дешевую сырьевую базу. Эти взрывчатые вещества основаны на эмульсиях типа "вода в масле" и состоят, в основном, из водного раствора окислителя, который в виде мелких капелек образует дисперсную фазу, и жидкого горючего, являющегося непрерывной фазой. Для придания эмульсионной матрице взрывчатых свойств чаще всего используется введение в нее раствора газогенерирующей добавки, концентрацией которой регулируют плотность эмульсионного ВВ.

Известен, например, способ зарядки скважин при карьерной разработке месторождений полезных ископаемых эмульсионным ВВ, сенсибилизированным методом газогенерации, включающий приготовление эмульсионного ВВ в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсионную матрицу газогенерирующей добавки, заряжание скважины эмульсионным ВВ сенсибилизированным методом газогенерации с применением водяной забойки (патент РФ №2088893, F42D 1/00, 1997).

Известен также способ зарядки сухих и слабообводненных скважин, согласно которому в скважину раздельно без перемешивания подают составляющие комбинированного заряда, включающего эмульсионное и гранулированное взрывчатые вещества одновременно посредством зарядного шланга и лотка зарядных машин для образования в процессе зарядки скважинного заряда в виде наружного стакана из гранулированного ВВ и размещенного внутри указанного стакана эмульсионного ВВ (патент РФ №2156431, F42D 1/08, 2000). Недостатком данных способов является то, что они не учитывают изменения плотности газогенерированного ЭмВВ в зависимости от высоты столба эмульсии и водной забойки.

Наиболее близким к предлагаемому способу зарядки скважин является способ, описанный в патенте РФ №2232371 (патент РФ №2232371, F42D 1/08, 2004). К недостаткам этого способа следует отнести то, что при определении плотности ЭмВВ на глубине скважины не учитывается влияние изменения температуры на объем газа и растворимость газа в жидкой фазе эмульсии.

Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение надежности и безопасности проведения взрывных работ с применением зарядов ЭмВВ, размещенных в глубоких скважинах.

Технический результат, который может быть получен от использования данного изобретения, состоит в:

- получении возможности добычи пластов полезных ископаемых, залегающих на больших глубинах,

- увеличении производительности работ,

- повышении безопасности выполняемых работ за счет повышения полноты взрыва и отсутствия отказов, что достигается за счет зарядки скважин газогенерированным эмульсионным ВВ с плотностью по всей высоте столба заряда меньше критической.

Предлагаемая техническая задача решается тем, что в способе зарядки эмульсионных взрывчатых веществ глубоких скважин, сенсибилизированных методом газогенерации, включающем приготовление эмульсии в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсию газогенерирующей добавки, зарядку скважины эмульсионным взрывчатым веществом, согласно изобретению при зарядке скважины эмульсионное взрывчатое вещество сенсибилизируют до такой плотности, чтобы в донной части заряда она не превышала критическую, при этом в расчет принимают высоту столба заряда, высоту водной забойки, изменение температуры эмульсии и растворимость выделившегося газа в жидкой фазе эмульсии, причем начальную плотность газогенерированного ЭмВВ (ρ₀ при температуре t₀ и атмосферном давлении), кг/м³, рассчитывают в соответствии с формулой:

где h - текущая глубина, отсчитываемая от поверхности эмульсии (границы матрицы и воды над матрицей), м;

h_w - высота столба воды над эмульсией (h_w≥0; если воды нет, то h_w=0), м;

g - величина ускорения свободного падения (g=9,81 м/с²);

t - температура эмульсии в скважине, °С;

t₀ - начальная температура эмульсии, °С;

ρ_w - плотность воды, кг/м;

ρ_m, - плотность эмульсии до газогенерации, кг/м³;

ρ_ср - средняя плотность эмульсии в скважине, кг/м³;

ρ_кр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м³;

98066,5 - коэффициент для пересчета давления из Па в кгс/см²;

0,011 и 0,019 - коэффициенты, полученные опытным путем и учитывающие растворимость выделившегося газа в жидкой фазе ЭмВВ при температуре плюс 5°С.

Коэффициенты растворимости выделившегося газа в жидкой фазе ЭмВВ, по реакции:

NH₄NO₃+Na₂NO₂→NH₄NO₂+NaNO₃

NH₄NO₂→N₂↑+2Н₂О

при сенсибилизации ЭмВВ вывели опытным путем. При проведении опытов приняли, что на дне скважины температура в любое время года находится в районе плюс 5°С.

Предлагаемый способ зарядки глубоких скважин позволяет учитывать не только изменение объема выделившегося газа от давления по закону Бойля-Мариотта, но и изменение объема выделившегося газа за счет растворимости, его в жидкой фазе эмульсии, а также за счет изменения температуры по закону Гей-Люссака и, таким образом, более точно определять критическую плотность.

Известно, что развиваемая зарядом мощность воздействия на породу прямо пропорциональна скорости детонации, которая в свою очередь достигается увеличением плотности ВВ. Но увеличение плотности имеет максимум и считается, что плотность газогенерированной эмульсии для диаметра заряда более 200 мм должна лежать в пределах от 1250 кг/м³ до 1050 кг/м³. Выше и ниже указанной плотности скорость детонации падает (Л.В.Дубнов и др. "Промышленные взрывчатые вещества", М., "Недра", 1988 г., с.358).

Суть изобретения состоит в том, что изменяя начальную плотность газогенерированного ЭмВВ при атмосферном давлении можно получить на дне скважины заданной глубины плотность матрицы не выше критической 1250 кг/м³. В расчет принимается не только изменение давления, но и изменение температуры, и растворимость выделившегося газа в жидкой фазе ЭмВВ. Рассчитанная исходная плотность позволит получить максимальную скорость детонации на дне скважины.

Необходимо отметить, что чрезмерное снижение плотности ЭмВВ заведомо ниже критической на дне скважины приведет к падению плотности в верхних слоях столба заряда ниже 1050 кг/м³, что также негативно скажется на скорости детонации.

Зарядка скважин на карьере происходит с помощью смесительно-зарядной машины. Раствор окислителя смешивается со смесью жидкого углеводородорода и эмульгатора. Далее, непосредственно перед зарядкой в скважину, в полученную обратную эмульсию добавляют газогенерирующую добавку. Рукав, по которому происходит подача эмульсии, опускают на дно скважины и включают подачу газогенерированного эмульсионного ВВ. Процесс газогенерации эмульсии начинается в смесительно-зарядной машине, а заканчивается в скважине. Эмульсионное ВВ сенсибилизируют методом газогенерации до плотности, при которой в донной части заряжаемой скважины сохраняется плотность ВВ меньше критической. Начальная плотность определяется расчетом.

Пример 1

h - текущая глубина, 10 м;

h_w - высота столба воды над эмульсией, 1,5 м;

g - величина ускорения свободного падения g=9,81 м/с²;

t - температура эмульсии в скважине, принимаем плюс 5°С;

t₀ - начальная температура эмульсии, 40°С;

ρ_w - плотность воды, 1000 кг/м³;

ρ_m - плотность эмульсии до газогенерации, 1330 кг/м;

ρ_ср - средняя плотность эмульсии в скважине, (1330+1250)/2=1290 кг/м³;

ρ_кр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м³, 1250.

Подставляя значения в формулу получим, что для максимальной скорости детонации на дне скважины при заданных условиях плотность газогенерированной ЭмВВ при атмосферном давлении и температуре 40°С должна составлять максимально возможную 1104 кг/м³.

Пример 2

h - текущая глубина, 8 м;

h_w - высота столба воды над эмульсией, 0 м;

g - величина ускорения свободного падения g == 9,81 м/с²;

t - температура эмульсии в скважине, принимаем плюс 5°С;

t₀ - начальная температура эмульсии, 35°С;

ρ_w - плотность воды, 1000 кг/м³;

ρ_m - плотность эмульсии до газогенерации, 1330 кг/м³;

ρ_ср - средняя плотность эмульсии в скважине, (1330+1250)/2=1290 кг/м³;

ρ_кр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м³, 1250.

Подставляя значения в формулу получим, что для максимальной скорости детонации на дне скважины при заданных условиях плотность газогенерированной ЭмВВ при атмосферном давлении и температуре 35°С должна составлять максимально возможную 1138 кг/м³.

Пример 3

h - текущая глубина, 15 м;

h_w - высота столба воды над эмульсией, 1,7 м;

g - величина ускорения свободного падения g=9,81 м/с²;

t - температура эмульсии в скважине, принимаем плюс 5°С;

t₀ - начальная температура эмульсии, 45°С;

ρ_w - плотность воды, 1000 кг/м³;

ρ_m - плотность эмульсии до газогенерации, 1330 кг/м³;

ρ_ср - средняя плотность эмульсии в скважине, (1330+1250)/2=1290 кг/м³;

ρ_кр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м³, 1250.

Подставляя значения в формулу получим, что для максимальной скорости детонации на дне скважины при заданных условиях плотность газогенерированной ЭмВВ при атмосферном давлении и температуре 45°С должна составлять максимально возможную 1052 кг/м³.

Таким образом, использование заявленного способа позволит повысить надежность и безопасность проведения взрывных работ с применением зарядов эмульсионных взрывчатых веществ, размещенных в глубоких скважинах.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к взрывным работам, и может быть использовано при зарядке глубоких скважин для добычи полезных ископаемых. Способ включает приготовление эмульсии в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсию газогенерирующей добавки, зарядку скважины эмульсионным взрывчатым веществом. Эмульсионное вещество сенсибилизируют до плотности так, чтобы в донной части заряда она не превышала критическую. При этом в расчет принимают высоту столба заряда, высоту водной забойки, изменение температуры эмульсии и растворимость выделившегося газа в эмульсии. Максимально возможную плотность зарядки газогенерированного эмульсионного вещества рассчитывают в соответствии с формулой. Увеличивается производительность работ, повышается безопасность, расширяются технологические возможности.

Способ зарядки глубоких скважин эмульсионными взрывчатыми веществами (ЭмВВ), сенсибилизированных методом газогенерации, включающий приготовление эмульсии в смесительно-зарядной машине, введение в эмульсию газогенерирующей добавки, зарядку скважины эмульсионным взрывчатым веществом, отличающийся тем, что при зарядке скважины эмульсионное взрывчатое вещество сенсибилизируют до плотности так, чтобы в донной части заряда она не превышала критическую, при этом в расчет принимают высоту столба заряда, высоту водной забойки, изменение температуры эмульсии и растворимость выделившегося газа в жидкой фазе эмульсии, причем максимально возможную плотность газогенерированного ЭмВВ (ρ₀ при температуре t₀ и атмосферном давлении), кг/м³, рассчитывают в соответствии с формулой:

где h - текущая глубина, отсчитываемая от поверхности эмульсии (границы матрицы и воды над матрицей), м;
h_w - высота столба воды над эмульсией (h_w≥0; если воды нет, то h_w=0), м;
g - величина ускорения свободного падения (g=9,81 м/с²);
t - температура эмульсии в скважине, °С;
t₀ - начальная температура эмульсии, °С;
ρ_w - плотность воды, кг/м³;
ρ_m - плотность эмульсии до газогенерации, кг/м³;
ρ_ср - средняя плотность эмульсии в скважине, кг/м³;
ρ_кр - критическая плотность эмульсии после газогенерации, кг/м³;
98066,5 - коэффициент для пересчета давления из Па в кгс/см²;
0,011 и 0,019 - коэффициенты полученные опытным путем и учитывающие растворимость выделившегося газа в жидкой фазе ЭмВВ при температуре плюс 5°С.