ГАЗОГЕНЕРАТОР ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ИЛИ РАСКАЛЫВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ И СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ИЛИ РАСКАЛЫВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ИСКУССТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2013 года по МПК E21C37/12 F42D3/04 F42B3/04 

СВЯЗАННЫЕ С ДАННЫМ ИЗОБРЕТЕНИЕМ ЗАЯВКИ

Данный документ заявляет приоритет и эффект из шведских патентных заявок под номерами 080178-6, поданной 11 августа 2008 года, 090002-5, поданной в январе 2009, и 0900044-9, поданной в январе 2009 года, полное содержание которых излагается ниже.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к газогенератору для использования в пробуренных шпурах для раскалывания скал или блочного камня и в особенности для разрушения объектов в щадящем режиме, например для использования в области туннелестроения, а также в горнорудной промышленности и разработке карьеров. Изобретение также связано с воспламенительным устройством для воспламенения зарядов с медленно горящими составами. Далее, изобретение связано с композицией на основе хлоратов и перхлоратов щелочных металлов и органических соединений, предназначенной для использования в газогенераторах вышеупомянутого рода.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ

Для разрушения или раскалывания жестких объектов типа блочного камня или скальных блоков в щадящем режиме с целью избежать недостатков, связанных с использованием обычных взрывчатых веществ, может быть использована реакция дефлаграции, то есть быстрого сгорания специальным образом подобранного топлива. Скорость горения в реакции дефлаграции ниже, чем у взрывчатого вещества, причем взрывчатое вещество участвует в реакции детонации со скоростью горения больше скорости звука. Одним из способов использования дефлаграции для разрушения объекта является пробуривание шпуров вдоль линии планируемого отрыва, со вставлением в пробуренные шпуры зарядов жидких и твердых реагентов, подобранных так, чтобы они участвовали в задуманной недетонационной реакции горения, затем забойка шпуров и, наконец, воспламенение зарядов для запуска недетонационной реакции. Заряды могут состоять из твердого горючего в виде трубок или пленок с продольными направлениями параллельными направлению распространения огня и шпурам. Внутри и между трубок или между пленок размещается мелкий порошок или же зернистая смесь окислителя типа NaClO₃ и других топлив, жидких и, возможно, некоторых подходящих металлических.

В российском патенте №2211923 описывается газогенератор (ГГ) с корпусом из горючего вещества и каналами, содержащими окислитель. Каналы могут быть сформированы как параллельные каналы, например, внутри множества параллельных трубок. Газогенератор приспособлен для функционирования в щадящем, недетонационном режиме и производства достаточного объема газов для разрушения камня и подобных материалов.

Подобный вышеописанному газогенератор описан в шведском патенте 020192-7 с номером публикации 523163 и он дополнительно содержит некоторое количество жидкого горючего, именно углеводородного, которым заполняются внутренности трубок или корпуса, изготовленного из твердого углеводородного полимерного материала после того как они заполнены окислителем.

Эти ранее известные газогенераторы имеют следующие преимущества:

1. Стабильность и однородность состава окислителя вдоль и поперек каждого канала и в газогенераторе.

2. Минимальная варьируемость состава между различными газогенераторами и различными составляющими газогенератор трубками.

3. Сечение составляющей газогенератор трубки может иметь форму круглого или шестиугольного кольца или любую другую форму, которая обеспечивает наиболее плотную упаковку каналов, ориентированных вдоль оси газогенератора.

Однако эти ранее известные газогенераторы имеют ряд недостатков, в особенности для работы с горизонтальными шпурами. При использовании такого газогенератора для работы с длинными шпурами, может использоваться такое средство передачи давления, как песок. Песок загружается в концевую часть шпуров, например, с использованием бумажных трубок, набитых песком, длиной, например 0,25 м. Количество используемых трубок определяется длиной шпура. Для шпура длиной 1,5 м необходимо примерно восемь таких трубок. Процесс загрузки таких трубок, таким образом с трудом поддается автоматизации, в особенности в случае длинных горизонтальных шпуров.

В газогенераторе должен использоваться воспламенитель для поджига соответствующего заряда. Такой воспламенитель для поджига зарядов, содержащих медленно горящие составы должен быть устойчив к механическим воздействиям, чтобы не было риска повредить содержащийся в нем зажигательный состав. Также зажигательная "таблетка"-запал и зажигательный состав должны легко и безопасно загружаться в воспламенители.

В газогенераторах вышеописанного типа и подобных им используется смесь, которая будучи воспламенена, горит более или менее быстро, производя большие объемы газов. Такие смеси используются обычно при полевом раскалывании или разрушении материалов. Так широко используются взрывчатые вещества, основанные на нитратах аммония, см. Дубнов Л.В., Бахаревич Х.С., Романов А.И., "Промышленные взрывчатые вещества", Недра, 1973, с.320. Большинство их имеют подходящие свойства. Взрывчатые вещества, основанные на хлорате и/или перхлорате калия вместе с взрывчатыми веществами, основанными на перхлорате аммония использовались во время первой мировой войны во Франции, Великобритании и Германии в качестве зарядов для снарядов и бомб, см. Лигоцкий Д.Н. Потери гранита при добыче и обработке. - Проблемы теории проектирования карьеров. Межвуз. сб. науч. тр., 1995, С.-Петербург. С.75, 76 и Котов Л.Р., Куценко Г.П., Кулакевич Я.С. Шланговые заряды для раскалывания гранитных блоков. Москва, 7-11.09.1999. Однако при использовании вышеупомянутых составов для разбиения блочного камня на меньшие части, предназначенные для использования в карьерной промышленности для производства, например, строительного камня, выход продукции может не превосходить 20%, см. цитированную работу Лигоцкого, в связи с большой силой взрыва. С тем, чтобы снизить риски, связанные со взрывами, произведенными обычными взрывчатыми веществами, может быть использован более щадящий режим процесса взрыва. Изобретены различные методы и способы проведения щадящих взрывов, например, использование зарядов с пониженным содержанием взрывчатого вещества, или использование мягких зарядов, содержащих помимо взрывчатого вещества, инертный заполнитель типа воды или воздуха, подходящим образом загерметизированный, как это описано в цитированной работе Котова и других. В последнее время при добыче блочного камня проводились попытки использовать материалы, производящие давление в шпурах в дефлаграционном режиме, а не в обычно используемом режиме детонации обыкновенных взрывчатых веществ, или в режиме низкоскоростной детонации. Однако использование взрывчатых смесей, имеющих пониженную скорость детонации, например Гранилена-1,2,3, Форсита, Гурита, лишь частично решает проблему, поскольку стоимость их производства выше, могут возникнуть проблемы с окружающей средой и т.п.

На некоторых рудниках до сих пор используется черный порох, но его опасность общеизвестна. Однако использование черного пороха, как и вышеупомянутых композиций для получения блочного камня из скальной породы, может быть до некоторой степени понятным, если принять во внимание динамические параметры упомянутых составов, в частности короткое время реакции, которое может варьироваться от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд.

В настоящее время особый интерес вследствие их низкой стоимости и возможности автоматизации, как доставки, так и снаряжения зарядов, вызывают составы, основанные на хлорате натрия (NaClO₃) и углеводородах (С_хН_у), в твердой или жидкой форме, например, полимеры типа полиэтилена, полиропилена, минеральные масла типа дизельного топлива. Также, такие составы могут окончательно производиться прямо в полевых условиях, непосредственно на месте их использования, что повышает безопасность труда. В соответствии с предварительными термодинамическими расчетами, работоспособность (RT, произведение газовой постоянной на температуру) продуктов взрыва для главного компонента в композиции основанной на стехиометрической смеси NaClO₃ и С_хН_у (в смеси такого рода количество атомов кислорода в точности равно количеству атомов углерода и водорода в реакциях 2О+С→CO₂ и О+2Н→H₂O) составляет примерно 720 кДж/кг. Еще больших RT можно добиться с использованием композиций, включающих в себя также алюминий и основанных на перхлоратах вместо хлоратов, предпочтительнее на перхлорате аммония. Однако дальнейшее использование такого рода композиций не получило широкого распространения, в основном в связи с высокой стоимостью, в особенности композиций с использованием аммония, см. цитированную работу Дубнова и других. В настоящее время такого рода составы имеют некоторое применение только в Японии (карлиты) и частично во Франции (севрониты). Составы на основе хлоратов имеют меньшую стоимость и более безопасны в использовании.

Другим преимуществом составов на основе перхлоратов и хлоратов является их большая начальная плотность по сравнению с составами на основе нитрата аммония. Так, плотность нитрата аммония составляет 1730 кг на кубометр, тогда как плотность хлората натрия составляет 2490 кг на кубометр, см. Шрайбер С.С. "Производство бертолетовой соли и других хлоратов", ГОНТИ НКТП, 1938, с.367.

Взрывчатые составы для использования в шпурах, описанные в патенте Российской Федерации №2152376 и в вышепроцитированном шведском патенте 0201972-7, содержат 7-11% жидких углеводородов и 17,3-20,9% твердого углеводородного полимерного материала, остаток составляет хлорат натрия. Такой состав позволяет получать взрывчатые вещества, имеющие как детонационный, так и дефлаграционный, недетонационный тип горения. Дефлаграционный тип горения состава может быть получен если твердый материал, то есть твердый углеводородный полимер будет иметь подходящую форму, в которую будут заключены или которая будет поддерживать остальные компоненты состава, например множество трубок, сотовая структура, гофрокартон или пластины. Недостатком состава, описанного в патенте Российской Федерации №2152376 и в вышепроцитированном шведском патенте при использовании его в щадящем режиме, то есть в дефлаграционном режиме горения, и в особенности при использовании его без жидкого компонента в шпурах, пробуренных в материалах высокой прочности, а также в растрескавшейся горной породе, является то, что он может иметь низкую скорость горения в связи с слишком низкой энергетикой процесса, приводящей к недостаточной скорости роста давления, создающегося образовавшимися в шпуре газами. Это может быть в некоторых случаях компенсировано использованием композиции большей массы, что, однако, вызывает удорожание состава, используемого на один шпур. Также давление может быть настолько низко, что оно не расколет скалу, в которой пробурен шпур.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является предоставить газогенератор для раскола или разрушения материалов, в которых вышеупомянутые недостатки предыдущих версий газогенератора устранены, а достоинства сохранены.

Целью изобретения является предоставить газогенератор с составом, имеющим достаточную скорость горения и достаточную энергетику и который может быть непосредственно использован без добавления дополнительных компонентов в полевых условиях для раскалывания или разрушения материалов, с сохранением основных преимуществ состава, описанного в вышепроцитированном шведском патенте 0201972-7.

Обобщая, представляется газогенератор для раскалывания в щадящем режиме скальных пород, блочного камня и подобных объектов и вообще для разрушения естественных и искусственных объектов.

В общем виде газогенератор состоит из двух главных, отделенных друг от друга полостей или пространств, или двух частей. Первая часть может быть оформлена в соответствии с процитированным российским патентом 2211923 и/или первая полость может быть заполнена материалом как описано в российском патенте 2153069 или в российском патенте 2152376 или как будет описано ниже. Первая часть также может быть произведена в соответствии описанием в шведском патенте 0201972-7. Вторая полость, находящаяся во второй части заполняется существенно несжимаемой жидкостью, например водой. Жидкость отделяется от корпуса первой полости по крайней мере днищем первой части и первой полости.

Газогенератор может иметь преимущества, такие как, уменьшение времени, используемого для загрузки горизонтального шпура, поскольку большая часть шпура занята той частью газогенератора, которая заполнена жидкостью. Также может использоваться меньший объем взрывчатого или горючего материала вследствие эффекта распределения давления в части, заполненной жидкостью. Например, для шпуров длиннее 2,5 м ранее предлагалось использовать два газогенератора весом 120 и 90 грамм, тогда как для описываемого здесь газогенератора достаточно 150 грамм состава, размещенного в топливной части. Очевидно, использование процесса более медленного горения по сравнению с обычными взрывчатыми веществами может иметь такие преимущества, как более "мягкое" действие, то есть, более низкий уровень шума, более низкое отклонение получившейся трещины от планируемой и т.д.

Другим аспектом газогенератора является воспламенительное устройство, которое вообще предназначено или приспособлено для воспламенения зарядов медленно горящих субстанций, в частности для воспламенения зарядов в газогенераторе, и приспособленное для раскалывания в щадящем режиме скальной породы, блочного камня и подобных объектов, то есть вообще для разрушения природных и искусственных объектов. Воспламенитель состоит из запала, который включает в себя полость, содержащую воспламенительный состав. Запал окружен с боков свободным буферным пространством, расположенным внутри внешней защитной гильзы. Буферное пространство защищает запал и содержащийся в нем воспламенительный состав при хранении и работе с воспламенительным устройством, такой как установка его в заряд или в газогенератор.

Воспламенительное устройство может включать корпус, имеющий форму чашки, в корпус затем включается крышка, из которой выходит внешняя защитная гильза. Корпус затем может включать в себя поддерживающую структуру внутри внешней гильзой, такую как внутреннюю гильзу для крепежа запала. Затем между внешней гильзой и каркасом внутренней гильзы образуется свободное буферное пространство. Во внутренней гильзе тогда может находиться внутреннее пространство, в которое вставляется запал. Формы внутреннего пространства и запала могут быть приспособлены друг к другу так что запал будет надежно держаться во внутреннем пространстве Также и формы внутреннего пространства и запала могут быть приспособлены друг к другу так, что запал может быть с легкостью вставлен во внутренне пространство. Запал, таким образом, может быть отдельным от корпуса устройством, но легко к нему присоединяемым. Он также может быть отделен от корпуса для, например, проверки воспламенительного состава. Это позволяет хранить запалы отдельно и присоединять их к воспламенительному устройству непосредственно перед употреблением, как например когда газогенератор должен быть загружен в пробуренное отверстие, обеспечивая легкий и надежный способ работы с частью, содержащей воспламенительный состав.

Далее, запал может иметь днище, ограничивающее полость и направленное к заряду, когда воспламенительное устройство подготовлено к воспламенению заряда, а также боковые стенки, ограничивающие полость и соединенные с днищем и выходящие за поверхность заряда. Боковые стенки могут быть значительно толще днища, так что когда воспламенительное устройство активизировано и воспламенительный состав подожжен, появляется факел горящего материала, направленный из полости, содержащей воспламенительный состав, пробивающий днище полости и направленный к поверхности заряда. Этот факел образуется в свободном пространстве у внутреннего конца запала и относительно хорошо локализован и узок. Таким образом, факел воздействует лишь на сравнительно небольшой участок поверхности воспламеняемого заряда. Нагревательная сила воспламенительного состава, таким образом, очень сконцентрирована и высокоэнергетична, что позволяет также поджигать заряды, которые относительно безопасны или "медленны", т.е. не легко поджигаемы.

Такая конструкция воспламенительного устройства может предоставить высокую степень безопасности при работе с ним. Устройство может очень легко снаряжаться, работа с ним не требует, в частности, сварочных операций.

Другим аспектом газогенератора является состав, используемый для раскалывания в щадящем режиме скальной породы, блочного камня и подобных объектов, то есть вообще для разрушения природных и искусственных объектов, состоящий из твердого окислителя, например, на основе хлората или перхлората, как, например, один или несколько из следующих веществ: хлорат натрия, хлорат калия, перхлорат натрия и перхлорат калия, - и материала твердых стенок, главным образом, из углеводородного полимерного материала, причем твердые стенки представлены в подходящей форме, в частности в форме трубок, структуры "сот", гофрокартона или пластин или множества контейнеров, содержащих в себе другие компоненты композиции. Композиция размещается подходящим образом в газогенераторе.

Во втором варианте объекта «газогенератор» твердый материал включает в себя материал, увеличивающий скорость горения, в частности алюминий или похожий металл. Материал, увеличивающий скорость горения может иметь концентрацию 1,0-15% масс. от общей массы композиции, концентрация твердого углеводородного материала вместе с материалом, увеличивающим скорость горения, может составлять 5-21% масс. от общей массы композиции, а остаток массы может составлять в основном хлорат натрия.

Твердый углеводородный полимер может быть, например, одним или несколькими из списка: полиэтилен, полипропилен, полистирол и подобные полимеры.

Такого рода композиция может использоваться в вышеописанных газогенераторах, но этим ее использование не ограничивается. Композиция может использоваться везде, где требуется быстро или медленно горящий материал, как например для раскалывающих или разрушающих материалов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь изобретение будет описано при помощи примерных (не ограничивающих другие возможные реализации) реализаций со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

- Фиг.1 содержит сечение газогенератора,

- На фиг.2 изображен альтернативный вариант реализации газогенератора,

- Фиг.3 и 4 подобны фиг.1, но на них изображены газогенераторы, состоящие из двух разделяемых частей,

- Фиг.5 изображает схематически шпур, пробуренный в раскалываемом объекте, в шпуре находится газогенераторы из двух отдельных частей,

- Фиг.6 схематически изображает раскалываемый объект,

- Фиг.7. схематически изображает сечение воспламенительного устройства,

- Фиг.8 подобна фиг.7, воспламенительное устройство слегка изменено,

- Фиг.9 содержит сечение простого газогенератора.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

При раскалывании скальных пород, например при постройке туннелей, шпуры 1 могут пробиваться как указано на фиг.6. В шпуры на некоторую глубину вставляется газогенератор 3. Давление газов, образующихся, когда газогенератор воспламенен, распределяется на стенки пробуренного шпура 1 при помощи жидкости 5, расположенной в шпуре между газогенератором и днищем шпура, причем наружный конец шпура заблокирован забойкой 7. В качестве жидкости можно использовать существенно несжимаемую жидкость типа воды. Если остаток шпура, предназначенный для забойки, имеет достаточную длину, например, около 1,5 м для шпура диаметром 32 мм (один с четвертью дюйма), забойка может быть изготовлена, например, из обыкновенного песка с диаметром зерна 0,5-2 мм, плотно забитого у наружного края шпура. Если длина шпура недостаточна, может быть дополнительно использована не показанная на рисунке деревянная затычка.

При загрузке жидкости 5 в пробуренные шпуры 1 могут возникать проблемы, в частности, когда шпуры существенно горизонтальны или направлены вверх от соответствующих наружных отверстий. К тому же в некоторых случаях такие существенно горизонтальные или направленные вверх шпуры могут иметь значительную длину, например 3-5 м, что делает загрузку жидкости еще более затруднительной.

Одним из путей решения этой проблемы является включение жидкости 5 в состав газогенератора 3. Тогда газогенератор «увеличивается» и включает в себя две части: первую часть 11, содержащую первую главную камеру или полость 12 и вторую часть 13, содержащую вторую главную камеру или полость 14, см. фиг.1 и 2.

В первой части 11 или в первой главной полости 12, размещен материал для горения, например в щадящем режиме. Первая часть может быть сконфигурирована существенным образом как описано в выше процитированном российском патенте 2211923 или в выше процитированном шведском патенте 0201972-7 и/или первая полость может быть сконструирована и/или заполнена материалом в соответствии с описанием в российских патентах 2153069 или 2152376 или она может быть построена как описано ниже. Как видно из рисунков, первая часть может содержать множество параллельных каналов 15, которые совместно образуют первую полость 12 и которые заполнены подходящим составом. Заполнитель может, например, включать в себя подходящий окислитель типа одного или нескольких хлоратов и/или перхлоратов щелочных и/или щелочноземельных металлов, например хлорат натрия NaClO₃, и какой-либо горючий материал типа углеводородного соединения и/или подходящего полимера, например, углеводородный полимер такой как полиэтилен, полипропилен и/или полистирол. Также стенки 17, 19 каналов 15 могут при необходимости быть изготовлены из горючего материала. Каналы закрыты днищем 21 - у нижнего конца первой главной полости 12, и крышкой 23 - у верхнего конца первой главной полости. У верхней крышки, например в пространстве 25, закрытом верхней заглушкой 27, может находиться воспламенитель 29.

Каналы 15 могут быть образованы множеством трубок, расположенных рядом друг с другом, например, имеющих круговое сечение. Каналы могут также иметь многоугольную форму, квадратное прямоугольное сечение, образованное прямыми разделительными стенками, перпендикулярно ориентированными друг к другу, или форму сот, или форму гармошки или гофрированной фольги, вставленной внутрь внешней стенки 17, как это описано в вышепроцитированном шведском патенте 0201972-7.

Вторая полость 14 во второй части 13 заполнена жидкостью 5, то есть жидкостью, которая как и выше указано может быть существенно несжимаемой жидкостью, например, водой. Таким образом, вторая часть является контейнером для жидкости 5 и может быть названа контейнерной частью, тогда как первая часть 11 является собственно газогенераторной частью. Стенки 30 второй части могут быть изготовлены из любого подходящего материала, который непроницаем для используемой жидкости и обладает достаточной механической прочностью, чтобы позволить работу со второй частью, в частности, загрузку его в шпур. Во второй части могут, например, использоваться, по крайней мере, частично пропитанная бумага, полимерный материал, такой как полиэтилен или резина, или металл типа алюминия. Вторая полость отделяется от первой полости 13 днищем 21 первой полости 12.

Как показано на фиг.1, внешние стенки первой и второй полостей 12,14 могут быть образованы общей трубкой 17, которая, таким образом, может быть изготовлена из одного куска и/или из одного только материала. Эта трубка имеет днище 18, которое также образует днище или нижний конец второй полости. В другом варианте внешние стенки могут быть образованы трубчатой конструкцией, образованной первой трубчатой частью 17', перекрывающей первую полость 12 и второй трубчатой частью 17", которая является существенной частью внешней стенки второй полости 14. Эти две трубчатые части могут быть изготовлены из различающихся материалов, таким, например, образом, что стенки второй трубчатой части тоньше стенок первой трубчатой части. Таким образом, вторая трубчатая часть 17" может сворачиваться или скручиваться так, что может храниться без жидкости в сложенном или скрученном виде.

Размеры полостей 12, 14 определяются глубиной шпура 1 и прочностью разрушаемого материала. Например, размер полости 12 для гранита может быть установлен таким, чтобы в ней содержалось 90 г топлива на 1,5 м длины шпура 1 за забойкой 7 при диаметре шпура 32 мм.

Материал днища 21 должен обеспечивать длительный контакт с используемым окислителем, можно, например, использовать полиэтилен, полипропилен, полистирол и т.п.

Соответствующим образом, такие полимеры могут быть использованы в пенообразном виде, то есть пенополиэтилен, пенопропилен или пенополистирол, чтобы, в частности, снизить вес газогенератора 3. Днище должно герметично разделять первую и вторую полости, в частности не должно быть риска попадания жидкости из второй полости 14 в первую полость 12.

Первая часть 11 газогенератора 3 может быть оснащена следующим образом:

1. Днище 21 располагается на высоте, требуемой объемом состава, которым заполняется первая полость 12.

2. Загружаются трубки, соты или гофры необходимой длины, стенки из которых показаны как 19.

3. В каналы 15 загружается требуемый в соответствии с вычислениями объем окислителя, а также, если требуется, горючая смесь.

4. Верхней крышкой 23 закрываются трубки, соты и т.п.

5. Устанавливается простая заглушка 27.

Когда конечный потребитель готовится использовать газогенератор 3, он может снять простую заглушку 27, и установить вместо нее другую заглушку, содержащую воспламенитель 29 или возможно отдельное воспламенительное устройство и затем опять установить простую заглушку. Затем, полная сборка, содержащая две части 11 и 13, при этом полость 14 заполнена жидкостью, вставляется, с использованием, например, деревянного шеста, не показанного на рисунках, в пробуренный шпур 1, до соприкосновения днища или внутренней части второй части с дном шпура, держа при этом электрические провода натянутыми. Если забойка использует в качестве заполнителя песок, то полная длина газогенератора, включая часть, заполненную жидкостью, должна определяться таким образом, что до поверхности скалы от верхней части газогенератора 3 должно оставаться по крайней мере 1,5 м свободного пространства. Наконец, в свободное пространство в соответствии с испытанной технологией забивается песок для забойки шпура 1. Могут, например, использоваться не показанные на рисунках бумажные трубки, заполненные песком длиной 0,25 м. Первая бумажная трубка вставляется так чтобы она вошла в контакт с уже установленным газогенератором 3, но без использования силы. Последующие бумажные трубки вставляются с силой, с использованием, например, деревянный шест, плотно прессуя песок до разрывания бумажных упаковок с целью образовать плотный контакт со стенками шпура 1. Если свободное пространство до открытого конца шпура 1 короче, песок также может использоваться, но шпур должен быть затем надежно закрыт, например, деревянной затычкой.

Также возможно, что газогенератор поставляется конечному пользователю без жидкости 5, заполняющей вторую часть 13. Тогда конечный пользователь перед активацией газогенератора (установкой воспламенителя 29) заполняет подходящим способом вторую полость 14 жидкостью, например водой.

Две части 11 и 13 газогенератора могут быть жестко соединены друг с другом, как это показано на фиг.1 и 2, или же они могут представлять собой раздельные части, которые в одной реализации газогенератора можно состыковывать и расстыковывать, как это видно на фиг.3 и 4, а в другой реализации представляют собой совершенно отдельные части. Как видно на фиг.3 и 4, вторая часть 13 может, в частности, иметь выступающую часть 33, которая может быть разъемно присоединена к днищу первой части 11, Выступающая часть может быть вставлена в принимающее углубление, которое может образоваться благодаря тому, что днище 21 первой части отстоит от нижнего края внешних стенок 17 первой части, см. фиг.3. В другом варианте вторая часть 13 может иметь свою собственную верхнюю заглушку 31, включающую выступающую часть 33, см. фиг.4. Принимающее углубление может также быть образовано благодаря тому факту, что вместо днища 21 используется нижняя крышка 21' в форме перевернутой чаши, см. также фиг.4. Выступающая часть 33 может, если требуется или при необходимости, быть прикреплена к принимающему углублению каким-либо подходящим способом, например путем использования сопряженных выступов и углублений соединяющих две части защелкиванием, или на резьбе; крепеж схематически обозначен жирными линиями 35.

Толщина верхней тарелкообразной части 37 выступающей части, которая, когда две части 11 и 13 соединены друг с другом, находится в контакте с днищем 21 или тарелкообразной частью 39 нижней крышки 21' может быть выбрана так, чтобы она не была слишком прочной или толстой, так что она может быть легко разбита давлением, образующимся, когда топливо в первой части воспламенено. Например, она может иметь толщину между 0,2 и 1,0 мм, в частности от 0,2 до 0,5 мм.

Газогенератор 3 может также включать в себя две отдельные части без каких либо специальных средств для их соединения между собой. Таким образом, как проиллюстрировано на фиг.5, где большой диаметр шпура 1, в шпур можно вставить один или несколько газогенераторов. Тогда сначала вставляется вторая часть 13 газогенератора, имеющая конструкцию закрытого куска шланга, заполненного, например, водой. Стенки шланга 17'” изготовлены из подходящего материала, имеющего достаточную механическую прочность, так что вторая часть может быть вставлена без повреждений. Материал стенок должен также быть, конечно, способен герметически содержать жидкость 5. Подходящими материалами являются, как и выше упомянуто, твердые углеводороды, например полимеры типа полиэтилена и резина. Толщина стенок может быть, например, от 150 до 200 мкм. Диаметр шланга выбирается с учетом диаметра шпура, например немного меньшим, чем диаметр шпура, для которого он предназначен. Как и выше, вторая часть 13 может быть «складной», так что она может храниться, без жидкости, в свернутом или скрученном виде.

После того, как вторая часть 13 первого газогенератора 3 вставлена в шпур 1, так что она относительно плотно уперта в дно шпура, вставляется первая часть 11 того же самого газогенератора, так, что она в свою очередь относительно плотно упирается в наружный конец второй части. Этот конец и днище первой части, таким образом, упираются друг в друга. В случае, когда шпур относительно длинный или глубокий, может оказаться полезным использовать один или несколько дополнительных газогенераторов. В этом случае вторая часть 13 второго газогенератора вставляется в шпур так, что ее днище упирается или же находится в относительно надежном контакте с верхним концом первой части первого генератора. После этого вставляется вторая часть того же самого второго газогенератора. При необходимости в шпур таким же образом могут быть вставлены один или несколько газогенераторов 3. Наконец, верхний конец шпура 1 забивается песком. Песчаная забойка 7 может быть забита деревянной затычкой 41.

Длина песчаной забойки 7 должна быть, по меньшей мере, около 1,5 м, если не используется деревянная затычка, как это уже упоминалось выше. Длина каждой из вторых частей 13 может соответственно быть больше, чем песчаной забойки.

Для воспламенения газогенераторных устройств 3 могут использоваться, например, не показанные на рисунке электрические провода, идущие от воспламенителей, находящихся в первых частях газогенератора к какому-либо внешнему управляющему устройству, не показанному на рисунке.

Возможно также исключить отдельную внутреннюю часть с жидкостью, этот вариант отсутствует на иллюстрациях. В этом случае в шпур вставляется первая часть 11 газогенератора, затем вторая часть 13 второго газогенератора, первая часть второго газогенератора и т.д. Таким образом, между двумя первыми частями 11 всегда находится заполненная жидкостью часть 13.

На фиг.7 схематически изображен разрез воспламенительного устройства 51, показанного как верхняя заглушка 27 фиг.1-4, и могущего быть использован как таковое. Воспламенительное устройство состоит из корпуса 53, включающего в себя крышку 55, которая может быть существенно плоской и также образовывать наружную поверхность газогенераторного устройства 3, показанного на фиг.1-4. От нижней поверхности крышки 55 выступают две цилиндрические гильзы, внешняя гильза 57 и внутренняя гильза 59. Эти две гильзы могут быть, например, расположены концентрически по отношению друг к другу. Внешняя поверхность внешней гильзы может быть цилиндрической, в частности иметь форму правильного цилиндра. Внутренняя поверхность ее может также быть цилиндрической, она может быть, как на иллюстрации, немного скошена, например, иметь форму усеченного конуса, так что внешняя гильза может иметь ширину около своего внутреннего открытого конца несколько меньше, чем ширина в том месте, где внешняя гильза соединяется с крышкой 55, то есть внешняя гильза может иметь форму, сужающуюся к своему открытому концу. Внутренняя гильза, которая вообще говоря может считаться удерживающим устройством или несущей конструкцией, ограничивает своей внутренней поверхностью пространство, в которое вставляется втулка или запал 61, соответствующий детонатору для активации обыкновенного взрывчатого вещества. Это пространство может быть цилиндрическим, например, иметь форму правильного цилиндра, относительно плотно сопрягающегося с запалом, внешняя поверхность которого сконфигурирована соответствующим образом так, что запал 61 может быть вставлен во внутреннее пространство и надежно там быть закреплен. В качестве другого варианта или совместно с вышеописанным, внутренне пространство внутренней гильзы 59 может быть сконфигурировано для удерживания за счет своей формы запала воспламенителя, путем защелкивания, с использованием подходящим образом сконструированного ободка или отбортовки, не показанных на рисунках, взаимодействующими с кольцевым углублением на поверхности запала. Внутренняя гильза 59 может также сужаться по направлению к своему открытому концу, при этом внешняя поверхность внутренней гильзы будет, например, иметь форму усеченного конуса, так что внутренняя гильза будет уже у своего открытого внутреннего конца, чем в области соединения с крышкой 55.

Воспламенительное устройство 51 может быть сконструировано так, что внешняя гильза 57 выступает на некоторое расстояние от крышки 55, большее чем расстояние от крышки 51, на котором расположена оконечная или нижняя поверхность запала 61. Таким образом, расположенный внутри конец или внешняя поверхность внешней гильзы расположена в плоскости, перпендикулярной к оси воспламенительного устройства, которое находится на расстоянии 1 от параллельной плоскости, проходящей через свободную, внутреннюю оконечную поверхность запала 61. Когда воспламенительное устройство 51 располагается около воспламеняемого заряда 63, как например у ограничивающей заряд пластины 65, между поверхностью между поверхностью стенки или верхней крышки 65 и поверхностью нижнего конца запала 61 образуется расстояние 1. Поэтому у внутреннего свободного конца запала 61 имеется свободное пространство, а также свободное пространство имеется между внешней гильза 57 и запалом и в частности между внешней и внутренней гильзами 57 и 59. Эти свободные пространства образуют буферные пространства, защищающие запал 61.

В запале 61 в свою очередь имеется внутреннее пространство или полость, заполненная воспламенительным составом 69. Запал, как показано на иллюстрации, может иметь относительно толстые стенки 71, окружающие воспламенительный состав, и относительно тонкое днище 73 у открытого внутреннего конца запала. Полость 67 может иметь относительно вытянутую форму и имеет таким образом продольное направление. Отношение длины полости к ее ширине или диаметру может быть, по меньшей мере, 1,5:1. Значение отношения длины к ширине или диаметру запала 61 не является (столь) критическим, но может быть, например, по меньшей мере 1:1.

Когда воспламенительное устройство активировано и воспламенительный состав 69 начинает гореть, очень быстро образуется факел (струя) 75 горящегоматериала, при этом горящий материал выбрасывается из внутреннего, свободного конца запала путем разрушения тонкого днища запала 61. Это позволяет использовать в воспламеняемом заряде 63 безопасные взрывчатые вещества или другой горючий материал в связи с высокой концентрацией физико-химической энергии в выброшенном факеле. Это может, в частности, предоставлять преимущества в горной и строительной промышленности, поскольку диаметры частей, где должны поджигаться заряды, не превышают 75 мм. То, что фактически образуется струя горящего материала, вызывается тем фактом, что воспламенительный состав 69 расположен в камере, толщина стенок которой значительно больше толщины днища. Промежуток между внешней гильзой 57 и внутренней гильзой 69 защищает внутреннюю оболочку и запала 61 от механических воздействий при работе с воспламенительным устройством 61.

В реализации (газогенератора), изображенной на фиг.7, воспламенительное устройство, может, как показано, быть смонтировано на газогенераторе со стенками 77, заходящими внутрь внешней гильзы 57 с тугим прилеганием для закрепления воспламенительного устройства. Концы стенок газогенератора могут находиться в контакте с внутренней поверхностью крышки 55. Как вариант, стенки газогенератора могут быть расположены у внешней стороны внешней гильзы 57, как это показано на фиг.8 и фиг.1-4. Внутренний конец или пространство у конца внешней гильзы 57 может тогда находиться в контакте со стенкой или пластинкой 65, ограничивающей заряд. Пластинка 65, ограничивающая заряд 63, соответствует тогда пластинке 23 фиг.1-4.

Верхняя поверхность запала 61, то есть предназначенная к контакту с крышкой 55, может как показано, быть сформирована так, чтобы позволить легко вставлять запал во внутреннее пространство несущей конструкции, то есть внутренней гильзы 59.

В одном из примеров днище 73 запала 61 может иметь толщину от 0,3 до 0,7 мм, а толщина стенок может быть, по меньшей мере, 3, например от 3 до 5 мм. Диаметр и высота или длина запала могут быть примерно 15 мм. Расстояние l может быть по меньшей мере, например от 1 до 2 мм. Материал запала 61 должен выбираться так, чтобы он выдерживал длительный контакт с воспламенительным составом 69, и может, например, включать в себя полимер типа полиэтилена, полипропилена и полистирол, в частности полимер высокой плотности типа полиэтилена высокого давления (HP-DE).

Через отверстие 79 в крышке 53 могут проходить не показанный на рисунке электрический провод, а также запальный шнур NONEL®, или любая другая система запуска, обладающая требуемыми характеристиками для активации нагреванием воспламенительного состава 69.

Полости 67 множества запалов 61 могут быть заполнены одновременно воспламенительной смесью 69 путем помещения пустых запалов в отверстия на вибростенде (не показан) и нанесения определенного количества воспламенительной смеси на поверхность стенда при помощи, например, специальной лопаточки с использованием вибрации. Это обеспечивает равномерное и равное наполнение полостей запалов.

Горючий материал или заряд в первой части 11, то есть в газогенераторной части газогенераторного устройства 3, изображенного на фиг.1-4 может включать в себя специальную композицию, как будет описано ниже. Эта композиция может также быть использована в газогенераторах других типов и вообще использоваться для раскалывания и/или разрушения материалов и объектов.

Таким образом, состав для раскалывания и/или разрушения материалов и объектов, например, в щадящем режиме использован в газогенераторе 81, см. фиг.9. Состав состоит из, как описано выше, окислителя, обычно твердого, на основе одного или нескольких хлоратов и/или перхлоратов щелочных и/или щелочноземельных металлов, например, хлората натрия, и твердого углеводородного полимерного материала. Этот твердый материал, по меньшей мере, частично включен в материал стенок 83, 85 имеющих приемлемую форму для размещения в полостях 87 других компонентов композиции, такой формой может быть, например, множество трубок, «сотовая» структура с многоугольными ячейками, гофрированные ленты или листы или другие подобные формы. Кроме того, материал твердых стенок содержит, помимо углеводородного полимерного материала, энергетический компонент типа алюминия или металла с похожими характеристиками горения, например, магний. Твердый окислитель может быть представлен в более или менее зернистом виде и может, в частности, быть порошком, например с размером зерна от 10 до 100 мкм как описано в вышецитированном шведском патенте 0201972-7 и размешаться в полостях 87, образованных материалом твердых стенок 83 и 85. Эти полости имеют соответствующие размеры. Толщина стенок 83 и 85 выбирается в соответствии с плотностью окислителя. Диаметр гильз 57 может, например, быть выбран равным от 10 до 20-кратной толщины стенок. Внутренний диаметр полостей, если твердый материал стенок основан на полиэтилене может находиться, например, в промежутке от 2,5 до 7 мм, если толщина стенок находится в промежутке от 0,05 до 0,7 мм.

Оказывается, что, напротив, добавление порошка алюминия с состав композиции, например, смешанного с зернистым окислителем типа хлората натрия, может, тем же самым образом увеличить энергетику композиции, как это описано в выше процитированном шведском патенте, но это может также увеличить вероятность превращения дефлаграционного режима композиции в детонационный, связанный с присущими ему недостатками, см., например, обсуждение в цитированной шведском патенте 0201972-7. Такие недостатки могут включать в себя снижения объема годного блочного камня из-за повышения содержания трещин и расколов в полученных блоках, увеличения объема мелких осколков и увеличения дистанции разлета таких осколков при взрыве, что приводит к снижению безопасности работ, и к увеличению сейсмической нагрузки на окружающую среду, что является неизбежным результатом детонационного режима. Напротив, алюминий или подобный материал, вводится в состав твердого материала, например, в состав материала твердых стенок, например, в твердый углеводородный полимер или полимеры, что может быть произведено на стадии производства твердого материала стенок. Алюминий может быть, таким образом, включен в состав стенового материала 83, 85 трубок, «сот», гофра или пластинок или аналогичных емкостных структур или быть нанесен на них в один или несколько слоев внутри и/или на поверхности стенок. Добавленный материал будет все равно увеличивать скорость горения и, соответственно, скорость образования давления и энергетичность композиции пропорционально свой доле в ней.

Эксперимент, использующий бомбу постоянного объема показал, что линейная скорость горения при нормальных условиях состава, содержащего 1,5% вес. алюминия, включенного в материал стенок из твердого углеводородного материала в структурах, поддерживающих другие компоненты композиции, возросло в 3,5-5 раз по сравнению с составом, описанным в вышецитированном патенте Российской Федерации №2152376 без жидкого компонента. Рост энергетики был примерно 10-15%. Это привело к сокращению полного времени горения композиции с 0,3 с до 0,1 с. Другие эксперименты показали, что алюминий должен включаться в концентрации, по меньшей мере 1,0% вес. от общей массы состава.

Далее, более высокая энергетика приводит к тому, что масса композиции для выполнения заданной работы, может быть снижена. Выбор определенной композиции, то есть процента добавленного в композицию материала, ускоряющего горение, типа алюминия, может быть произведен, если принимать во внимание данные, полученные при измерениях скоростей горения в нормальных условиях, а также в манометрической бомбе, имитирующей естественные условия, так как это описано в вышецитированном патенте Российской Федерации №2152376.

Эксперименты показали, что для получения заметного эффекта, материал, ускоряющий горение, должен быть использован в концентрации по меньшей мере 1,0% вес. от общей массы композиции. Кроме того, повышение концентрации материала, ускоряющего горение, до более чем 15% вес. от общей массы композиции не производит эффекта, поскольку, несмотря на возрастание температуры продуктов реакции, давление, создаваемое при сгорании состава может затем снижаться, поскольку объем конденсированной фазы, получающейся в результате реакции горения, увеличивается, а объем газообразной фазы, соответственно, уменьшается.

Эксперименты также показали, что концентрация твердого углеводородного полимерного материала, включая материал, ускоряющий горение, находится в пределах от 4 до 21% вес. и даже лучше в пределах от 7 до 14% вес. от общей массы композиции, в случае использования хлората натрия, когда твердый окислитель составлял основной остаток массы композиции.

Поскольку все компоненты композиции широкодоступны, ее изготовление весьма нетрудоемко. Все представленные композиции были протестированы в естественных условиях.

Газогенератор (3) используется для разбивания или раскалывания естественных и искусственных сооружений, будучи вставленным в пробуренные шпуры и воспламенен с целью начала реакции горения в дефлаграционном или недетонационном режиме. Газогенератор состоит из первой части (11) с первой главной полостью (12) и второй части (13) со второй главной полостью (14). В первой части содержатся окислитель и горючий состав. Во второй части содержится жидкость, например вода, служащая для распределения давления, вырабатываемого газами, образующимися в реакции горения. Первая и вторая главные полости отделены друг от друга днищем первой части (21), которое, например, может быть установлено в соответствии с размером первой полости и объемом окислителя в нем. Настоящее газогенераторное устройство, в частности, хорошо приспособлено для использования в горизонтально пробуренных отверстиях. Первая часть может состоять из композиции, использующей как часть горючего состава несущую структуру полимерного материала и добавленный к нему алюминий или подобный материал, снижающий время горения и повышающий энергетичность композиции. Может использоваться особое воспламенительное устройство (27). Газогенератор удобен в пользовании, безопасен в работе, имеет более низкий уровень шума, позволяет осуществить более точное разделение объектов. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Газогенератор для разрушения или раскалывания естественных и искусственных объектов, который, будучи размещен в шпуре и воспламенен с целью начала в нем реакции горения в дефлаграционном или недетонационном режиме, производит газ и создает соответствующее давление и заключает в себе окислитель и горючий состав или материал, характеризуется тем, что
- газогенератор состоит из первой части, содержащей первую главную полость и второй части, содержащей вторую главную полость,
- окислитель и горючий состав или материал содержатся в первой части и, по меньшей мере, частично в первой главной полости,
- жидкость, например вода, содержится во второй главной полости, и
- первая и вторая главные полости отделены друг от друга днищем первой части, являющимся днищем первой главной полости.

2. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что первая главная полость содержит множество параллельных каналов, образованных, в частности, множеством параллельных трубок, или имеющих в сечении форму правильных многоугольников, и образующих в частности квадратную или прямоугольную или сотовую структуру, или образованных гофрированной фольгой, вставленной в первую главную полость.

3. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что окислитель представляет собой один или несколько хлоратов и/или перхлоратов щелочных и щелочноземельных металлов, в частности хлорат натрия NaClO₃.

4. Газогенератор по п.1, отличающийся тем, что горючий состав или материал представляют собой углеводородное соединение и/или полимеры, типа углеводородного полимера, в частности полиэтилен, полипропилен и/или полистирол.

5. Газогенератор по п.2, отличающийся тем, что внешние стенки первой и второй главных полостей образованы стенками одной и той же трубки, закрывающей первую и вторую части целиком.

6. Газогенератор по п.2, отличающийся тем, что днище имеет форму перевернутой чаши, по меньшей мере, частично вставленной в корпус первой части, при этом внутренняя часть чаши приспособлена для того, чтобы в нее вошла верхняя часть второй части.

7. Газогенератор по п.2, отличающийся тем, что первая и вторая части разъемно соединены друг с другом.

8. Газогенератор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что горючий состав или материал, по крайней мере, частично содержится в первой главной полости.

9. Газогенератор по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что горючий состав или материал, по крайней мере, частично включен в материал стенок первой главной полости.

10. Способ разрушения или раскалывания естественных и искусственных объектов, содержащий следующие этапы:
- размещение, по крайней мере, одной части газогенератора в шпуре и
- воспламенение, по крайней мере, одной вышеупомянутой части газогенератора, заключающего в себе окислитель и горючий состав или материал с целью инициировать в газогенераторе реакцию горения в дефлаграционном или недетонационном режиме, сопровождающуюся выделением газов и созданием соответствующего давления,
отличающийся наличием дополнительного этапа, на котором в шпур вставляют, по крайней мере, один контейнер с несжимаемой жидкостью, например водой, так что шпур полностью заполнен, за исключением устья шпура, по крайней мере, одной из вышеупомянутых частей газогенератора и, по крайней мере, одним вышеупомянутым контейнером.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что, по меньшей мере, вводятся два газогенератора и между газогенераторами размещается контейнер.

12. Способ по п.10, отличающийся тем, что при введении вышеупомянутых, по меньшей мере, одного газогенератора и, по меньшей мере, одного контейнера, один контейнер и один газогенератор вводятся в шпур как единое целое.