ПОРОДОРАЗРУШАЮЩЕЕ ИЗДЕЛИЕ Российский патент 2014 года по МПК F42D1/22 F42D3/04 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к изделию для разрушения горной породы с использованием взрывчатого вещества (ВВ).

Во время горной разработки и других процессов выемки обычно используют взрывчатые вещества для разрушения горной породы. Глыбы породы, высвобождающиеся во время взрывной отбойки, имеют различные размеры и формы. Некоторые глыбы породы бывают слишком крупными для перемещения имеющимся оборудованием. В других случаях глыбы породы, выпущенные через рудоспуск, могут соединяться между собой так, что канал рудоспуска блокируется.

Существуют различные методики для разрушения глыб породы в различных местах, например на поверхности земли или в рудоспуске или над ним. В данное описание включены путем ссылки патенты США №№ 5233926 и 2247169, классифицирующие некоторые ситуации и предлагающие способы для решения существующих проблем.

При использовании взрывчатых веществ для дробления проблемной горной породы, высвобождающаяся энергия во время взрыва может быть такой высокой, что окружающие конструкции крепи повреждаются. Такое является неприемлемым. С другой стороны может являться опасным верхнее расположение заряда взрывчатого вещества в горной породе кровли.

В некоторых ситуациях множество скважин необходимо пробурить в одной или нескольких породах, которые должны быть раздроблены или смещены. По соображениям безопасности, в общем, не рекомендуется бурить скважину, заряжать скважину и затем бурить следующую скважину. Весьма вероятно в этих условиях попадание буром, осуществляющим проходку, во взрывчатое вещество, заложенное ранее. Бур может вызывать подрыв взрывчатого вещества. Последствия нежелательной детонации могут быть серьезными.

Патент США № 4036100 описывает использование трубы в стволе скважины, в которую заряжают текучее взрывчатое вещество, труба несет заряд мощного взрывчатого вещества и колпачок взрывной отбойки, погруженные в воду. Данное устройство предназначено в первую очередь для размещения взрывчатого вещества в восходящий ствол скважины в ситуации, когда нужно учитывать силу тяжести. Проблема, решаемая указанным патентом, отличается от конкретной проблемы, к которой относится настоящее изобретение, а именно дроблению проблемной горной породы.

Целью настоящего изобретения является создание породоразрушающего изделия, осуществляющего процесс вторичного дробления породы и обеспечивающего высокий уровень безопасности.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению создано породоразрушающее изделие, содержащее герметизированную удлиненную гибкую трубу, патрон с энергетическим материалом, расположенный внутри трубы, клапанное устройство для обеспечения заполнения трубы жидкостью и расширения и устройство детонирования энергетического материала при погружении в воду, при этом клапанное устройство содержит впускное соединение для ввода жидкости в канал для создания давления в канале и расширения трубы в, по меньшей мере, радиальном направлении, и выпускное соединение для выхода воздуха из канала.

Труба может иметь внутренний канал и противоположные герметизированные первый и второй концы. Патрон предпочтительно установлен внутри канала.

Впускное соединение может включать в себя клапан заполнения одностороннего действия для обеспечения прохода жидкости, например воды, в канал и исключения ее выхода из канала.

Выпускное соединение может включать в себя клапан перепуска воздуха.

По меньшей мере, один придающий жесткость компонент может быть установлен внутри канала для придания жесткости трубе до, по меньшей мере, некоторой степени, в аксиальном направлении.

Впускное соединение может находиться вблизи или на первом конце трубы, и выпускное соединение может находиться вблизи или на втором конце трубы.

Труба может иметь стенку, которая поступательно ослабляется от второго конца к первому концу. Таким образом, когда внутри трубы создается давление, труба стремится расширяться радиально на первом конце до возникновения радиального расширения трубы в любом другом месте.

Изделие может включать в себя удерживающее устройство для удержания трубы в стволе скважины, выполненной в горной породе, подлежащей разрушению.

Энергетический материал может являться взрывчатым веществом любого подходящего типа. Для повышения безопасности изделия разрушения горной породы патрон, предпочтительно, имеет тип, описанный в патентной заявке

№ РСТ/ZA2010/000004, содержание которой включено в данное описание. Данный тип патрона включает в себя первую, весьма большую камеру, содержащую взрывчатое вещество, и вторую, существенно меньшую камеру, которая содержит малый заряд. Конструкция патрона является такой, что нежелательное инициирование заряда не приводит к детонации взрывчатого вещества. Такая детонация может происходить только, если патрон погружен в несжимаемую жидкость, например воду, буровой раствор и т.д.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение дополнительно описано с помощью примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.

На Фиг.1 показана ситуация, в данном варианте под землей, в которой одна или несколько относительно больших глыб горной породы подлежат разрушению в процессе вторичного взрывного дробления.

На Фиг.2 показана ситуация, аналогичная Фиг.1, но горная порода, подлежащая разрушению, расположена сверху.

На Фиг.3 схематично показан ствол скважины в горной породе, в котором расположено породоразрушающее изделие согласно изобретению.

На Фиг.4 показан вид в перспективе породоразрушающего изделия в нерабочем состоянии.

На Фиг.5 показано продольное сечение породоразрушающего изделия.

На Фиг.6 показана методика, которую можно использовать при сборке породоразрушающего изделия согласно модифицированной форме изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На Фиг.1 и 2 показана подземная выемка 10, в которой перемещается горная машина 12. Машина несет буровой станок 14 любого подходящего типа, которым можно бурить скважину в горной породе и с помощью которого можно затем устанавливать породоразрушающее изделие, согласно изобретению, в скважину.

На Фиг.2 показано конкретное применение изделия, когда горная порода, подлежащая разрушению, находится сверху. Использование изделия не ограничено данным способом, поскольку, как показано на Фиг. 1, горная порода, подлежащая разрушению, может находиться, в большей или меньшей степени, на уровне земли. Например, если горная порода (на уровне земли) имеет одну или несколько трещин, и вода вытекает из ствола скважины в горной породе с расходом выше расхода, с которым вода может подаваться в ствол скважины, то в нормальных условиях невозможно использовать способ разрушения породы, в котором применяют патрон, передающий ударную волну в воду в скважине. В данном типе ситуации породоразрушающее изделие изобретения может быть использовано со значительной эффективностью.

Рудоспуск 16 сконструирован так, что горная порода 18 может проходить под действием силы тяжести с верхнего уровня (не показано) через спуск в очистную выработку. Глыбы горной породы на верхнем уровне могут существенно отличаться по размерам.

Как показано на Фиг.1 и 2, буровой станок 14 используют для бурения ствола 20 скважины в глыбе 22 горной породы, настолько крупной, что глыба не может перемещаться машинами или с помощью других методик, известных в горной разработке. Ствол 20 скважины проходит в глыбу 22 горной породы от поверхности 26. Ствол скважины имеет устье 28 и глухой конец или дно 30 (Фиг.3).

Породоразрушающее изделие 32 согласно изобретению установлено внутри скважины. На Фиг.3 показано изделие 32 в рабочем состоянии, а на Фиг.4 и 5 показано изделие в нерабочем состоянии в перспективе и в сечении, соответственно.

Изделие 32 включает в себя удлиненную гибкую трубу 40, выполненную из подходящего материала, такого как натуральный каучук. Труба имеет канал 42, загерметизированный первый конец 44, окруженный наружной муфтой 46, и противоположный второй конец 48.

Клапан 50 перепуска воздуха установлен в канал 42 вблизи первого конца 44. Клапан имеет кожух с полостью 52, в которой размещен клапанный элемент 54. Канал 56 проходит в кожух поперечно от полости. Если в канале 42 создается давление, то клапанный элемент смещается в аксиальном направлении 60, и воздух может стравливаться из канала 42 через канал 56. Вместе с тем, после заполнения канала 42 водой, если труба 40 погружена в воду, то клапанный элемент перемещается, закрывая и герметизируя канал 56. Вода не может, при этом, уходить из канала 42.

Пробку 62 используют для герметизации второго конца 48 трубы. Соединительное устройство 64 проходит от пробки и соединено с гибкой трубой 66, проходящей через пробку к клапану 68 заполнения одностороннего действия, выполненному с возможностью обеспечения подачи жидкости в канал 42. Фиксирующая пружина 70, прикрепленная к соединительному устройству, имеет несколько радиальных рычагов 72. Каждый рычаг имеет длину в радиальном направлении, немного превышающую радиус ствола 20 скважины.

Патрон 74 установлен в канале 42 вблизи первого конца 44. Патрон может иметь любой подходящий вид, но предпочтительно, вид, описанный в патентной заявке РСТ/ZA2010/000004, содержание которой включено в данное описание путем ссылки. Конструкция и характеристики патрона не полностью описаны в данном документе но для понимания настоящего изобретения отмечается, что патрон включает в себя первую, относительно большую камеру, содержащую энергетический материал в виде взрывчатого вещества, и вторую, существенно меньшую камеру, содержащую малый заряд. Патрон имеет гильзу 76, и стенка гильзы выполнена с одним или несколькими канавками 78. Если патрон погружен в несжимаемую жидкость, детонация заряда в малой камере вызывает детонацию взрывчатого вещества в большой камере. С другой стороны, если заряд детонирует, когда патрон находится в воздухе, невозможна передача достаточного усилия зарядом для инициирования взрывчатого вещества. Взрывчатое вещество, по своей природе, требует заключения в ограниченном пространстве для усиления его скорости горения и выделения газов высокой энергии. Без заключения в ограниченное пространство взрывчатое вещество должно гореть, создавая высокотемпературный газ, который должен плавить гильзу патрона и гибкую трубу 40. Патрон, таким образом, демонстрирует изначально присущие ему характеристики безопасности, заключающиеся в том, что патрон можно использовать эффективно, только если он заключен в несжимаемой жидкости, такой как вода, буровой раствор или т.п.

Труба 40 имеет стенку 80, ослабляющуюся поступательно от второго конца 48 к первому концу 44. Например, толщина стенки может уменьшаться от максимальной толщины на втором конце до минимальной толщины на первом конце, линейно. Данный вариант ослабления стенки трубы является только примером и не ограничивает изобретение.

Труба 40 выполнена из гибкого материала, такого как резина. Это означает, кроме прочего, что в аксиальном направлении труба не имеет значительной жесткости, т.е. труба легко изгибается по продольной оси. Для решения проблемы данного признака несколько вставок 82 установлены в канале 42. Каждая вставка, которая может иметь трубчатое сечение, действует как продольный придающий жесткость компонент, препятствующий изгибу трубы в значительной степени около зоны установки вставки. Кроме того, если несколько вставок установлены конец к концу, упирающимися друг в друга, возможна передача силы, приложенной ко второму концу 48 аксиально на первый конец 44.

После бурения ствола 20 скважины изделие 32 вводится в ствол скважины. Это можно выполнять вручную или с использованием буровой машины 12, соответствующим образом приспособленной для данной цели. Трубу 40 вводят в скважину на заданное расстояние к дну пробуренной скважины и так, что пружина 70 входит в ствол скважины. Рычаги 72 пружины отклоняются назад. Отклоненные рычаги не мешают вставлению изделия в ствол 20 скважины. Вместе с тем, поскольку рычаги, естественно, стремятся расшириться радиально, они соединяются фрикционно и физически со стенкой 84 ствола скважины и, тем самым, помогают удержанию изделия внутри ствола скважины.

Предпочтительно, изделие 32 устанавливают в ствол скважины сразу после завершения бурения ствола скважины. Ствол 20 скважины может являться одним из множества аналогичных стволов скважин, пробуренных последовательно в глыбе 22 горной породы или в любой другой горной породе или глыбах. Непрерывный процесс бурения и установки породоразрушающих изделий можно продолжать относительно безопасно, поскольку если буровой станок нежелательно пробьет патрон 74 и вызовет детонацию инициирующего заряда, детонация основного взрывчатого вещества заряда остается невозможной по причинам, описанным выше. Бурение выполняют с непрерывной промывкой распыленной в воздухе водой, и воздух выдувает всю воду из скважины. Если заряд взрывчатого вещества нежелательно инициируется в процессе бурения, выделяющиеся газы от горения взрывчатого вещества могут уйти в атмосферу. Патрон на данной стадии не стеснен жидкостью или другим забоечным материалом и, поскольку труба 40 имеет диаметр меньше диаметра ствола 20 скважины, выделяющиеся газы могут уйти в атмосферу через зазор между наружной поверхностью трубы и поверхностью стенки 84.

Трубка 66 проходит от изделия 32 после его установки в стволе скважины.

После завершения процесса бурения и установки изделия различные трубки 66 соединяют вместе, и воду под давлением подают в каждую трубу через соответствующую трубку. В каждом случае вода проходит через клапан 68 заполнения одностороннего действия и канал 42 постепенно заполняется водой. Воздух внутри канала 42 вытесняется через клапан 50 перепуска воздуха и выпускается в атмосферу. После заполнения трубы водой клапан 50 закрывается для предотвращения ухода воды из трубы, внутрь которой затем нагнетается вода под давлением. Более слабый участок трубы вблизи первого конца 44 расширяется в радиальном направлении и входит в контакт с противоположной поверхностью стенки 84. После этого труба поступательно расширяется от первого конца ко второму концу, и весь воздух в стволе скважины вытесняется в атмосферу.

Каждый патрон имеет соответствующий запальный провод 86 (Фиг.4 и 5), выходящий наружу из ствола скважины. После полного расширения труб различных изделий заряды в патронах подрывают в нужный момент, применяя подходящий электрический сигнал к проводам 86. Это вызывает инициирование взрывчатого вещества в каждом патроне, и разрушение горной породы 22 происходит, в общем, способом, описанным в патентной заявке № РСТ/ZA2010/000004.

Каждый запальный провод 86 может устанавливаться внутри и выходить из соответствующей гибкой трубки 66, обеспечивая более компактное конструктивное исполнение.

Выше описано использование воды для создания избыточного давления. Это является только примером и не ограничивает использование более плотных жидкостей, например, буровой раствор или бентонит можно использовать для нагнетания давления внутри трубы. При этом повышается эффективность забойки.

В альтернативном подходе, показанном на Фиг.6, используют не трубу фабричного изготовления, но трубу изготовленную индивидуально.

Вертикально проходящая опора 100 поддерживает трубу 102, выполненную из весьма жесткого пластика, в вертикальном положении. Труба имеет прорезь 104, проходящую продольно от верхнего конца 106 трубы до нижнего конца 108. Это обеспечивает раскрытие трубы в некоторой степени, которому противодействует присущая трубе упругость.

Используют компоненты, аналогичные вышеописанным. Верхний конец твердого стержня 110 из пластика или аналогичного материала прикреплен к упорному концу патрона 112 с использованием клейкой ленты. Патрон имеет одинаковую форму и размер с патроном 74, который является полностью функциональным. Клапан 50 перепуска воздуха описанного выше типа устанавливают на верхнем конце патрона 112. Выпускные отверстия 114 клапана 50 загерметизированы отрезком длины прорываемой клейкой ленты 116. Клапан 68 заполнения одностороннего действия описанного выше типа соединяется с нижним концом стержня 110 и выпуск 118 из клапана заполнения герметизируется отрезком длины клейкой ленты 116.

Компоненты затем покрывают снаружи подходящим разделительным средством, и внутреннюю поверхность трубы 102 также покрывают разделительным средством. Компоненты 110, 112, 50 и 68, которые соединены вместе описанным способом, затем устанавливают в трубу 102 так, что эти компоненты проходят в аксиальном направлении трубы. Прорезь 104 в трубе обматывают лентой так, что эффективно изолируют внутреннее пространство трубы. Текучая смесь затвердевающего силиконового материала 120, известного в технике типа, затем перекачивают через трубу 122 в нижний конец пластиковой трубы, при этом компоненты в трубе 102 инкапсулируются. Силиконовый материал поднимается от нижнего конца 108 к верхнему концу 106 трубы и, в процессе этого, весь воздух вытесняется из трубы. Силикон в текучей форме не находится под существенным давлением и не нарушает герметизации лентой 116 на клапане стравливания воздуха, клапане заполнения одностороннего действия и прорези, когда входит в пластиковую трубу. Силикону затем обеспечивают затвердевание.

Затем трубу 102 и ее содержимое отсоединяют от опоры 100. Ленту на продольной прорези 104 снимают и трубу расширяют по диаметру так, что ее содержимое можно вынуть. Этим содержимым являются компоненты 110, 112, 50 и 68, заключенные в наружную оболочку в форме трубы из затвердевшего силикона.

Силиконовый материал является гибким и может деформироваться, обеспечивая удаление патрона 112 с получением соответствующей полости. Патрон не приклеивается к силикону вследствие использования разделительного средства. Патрон 74 затем вставляют в полость в силиконовой оболочке с упиранием в стержень 110. Верхний и нижний концы силиконовой оболочки герметизируют, окружая эти концы кольцевыми фиксаторами, которые крепят на наружных поверхностях клапана 68 заполнения и патрона 74 соответственно.

Когда патрон устанавливают в полость, образованную удаленным патроном, небольшую проволоку размещают на наружной стороне патрона так, что воздушный канал образуется между противоположными поверхностями патрона и силиконовой оболочки. Воздух может, таким образом, уходить из полости, внутри патрона, как описано в патентной заявке № РСТ/ZA2010/000004.

Использование отливки из силиконового состава, таким образом, обеспечивает образование гибкой трубы вокруг компонентов изделия разрушения горной породы. Компоновку с отливкой можно использовать, по существу, способом, описанным выше. Вода, подаваемая через клапан заполнения, может проходить между внутренней поверхностью силиконовой оболочки и противоположными наружными поверхностями компонентов внутри оболочки. Как отмечено, силикон не приклеивается к этим компонентам вследствие использования разделительного средства. Вода расширяет силикон, создавая его плотный контакт со стенкой ствола скважины, в которой компоновка установлена. Давление воды увеличивают для разрыва герметизации, выполненной клейкой лентой 116. С увеличением объема воды в силиконовой оболочке воздух уходит из силиконовой оболочки благодаря действию клапана травления воздуха. Вода может также входить в воздушную полость внутри настоящего патрона так что, как описано выше в данном документе, эффективный подрыв может происходить, когда необходимо.

Использование литьевой композиции обеспечивает выполнение изделия взрывной отбойки индивидуального изготовления для конкретного варианта применения, что является аспектом, облегчающим перемещение и установку.

Изделие согласно изобретению имеет несколько важных преимуществ. Оно обеспечивает безопасность и эффективность способа вторичного дробления породы. Несколько стволов скважин можно пробурить, один за другим, в одной или нескольких глыбах породы, и в каждый пробуренный ствол скважины сразу после бурения можно установить соответствующее породоразрушающее изделие. Это исключает ситуацию, в которой патроны устанавливают в стволы скважины только после бурения множества стволов скважин. Патрон 74 является изначально более безопасным, поскольку выполняет породоразрушающую функцию, только когда погружен в несжимаемую жидкость, такую как вода, буровой раствор, бентонит или т.п.

Изобретение относится к изделию для разрушения горной породы с использованием взрывчатого вещества. Породоразрушающее изделие (32) содержит герметизированную удлиненную гибкую трубу (40), патрон (74) с энергетическим материалом, расположенный внутри трубы (40), клапанное устройство (50, 54, 56, 64, 66, 68) для обеспечения заполнения трубы жидкостью и расширения и приспособление (86) для детонирования энергетического материала при погружении патрона в жидкость. Труба (40) имеет внутренний канал (42) и противоположные герметизированные первый конец (44) и второй конец (48). Патрон (74) установлен внутри канала (42), и клапанное устройство (50, 54, 56, 64, 66, 68) содержит впускное соединение (64, 66, 68) для ввода жидкости в канал для создания давления в канале и расширения трубы в, по меньшей мере, радиальном направлении и выпускное соединение (50, 54, 56) для выхода воздуха из канала (42). Впускное соединение (64, 66, 68) содержит клапан (68) заполнения одностороннего действия, обеспечивающий проход жидкости в канал и исключающий ее выход из канала. Выпускное соединение (50, 54, 56) содержит клапан перепуска воздуха. Изобретение позволяет обеспечить безопасность и эффективность способа вторичного дробления породы. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Породоразрушающее изделие (32), содержащее герметизированную удлиненную гибкую трубу (40), патрон (74) с энергетическим материалом, расположенный внутри трубы (40), клапанное устройство (50, 54, 56, 64, 66, 68) для обеспечения заполнения трубы жидкостью и расширения и приспособление (86) для детонирования энергетического материала при погружении патрона в жидкость, отличающееся тем, что труба (40) имеет внутренний канал (42) и противоположные герметизированные первый конец (44) и второй конец (48), при этом патрон (74) установлен внутри канала (42), и клапанное устройство (50, 54, 56, 64, 66, 68) содержит впускное соединение (64, 66, 68) для ввода жидкости в канал для создания давления в канале и расширения трубы в, по меньшей мере, радиальном направлении и выпускное соединение (50, 54, 56) для выхода воздуха из канала (42).

2. Изделие по п.1, отличающееся тем, что впускное соединение (64, 66, 68) содержит клапан (68) заполнения одностороннего действия, обеспечивающий проход жидкости в канал и исключающий ее выход из канала.

3. Изделие по п.1 или 2, отличающееся тем, что выпускное соединение (50, 54, 56) содержит клапан перепуска воздуха.

4. Изделие по п.1, отличающееся тем, что впускное соединение (64, 66, 68) расположено на первом конце (44) трубы (40), и выпускное соединение (50, 54, 56) расположено на втором конце (48) трубы.

5. Изделие п.1, отличающееся тем, что содержит удерживающее приспособление (70, 72) для удержания трубы (40) в стволе (20) скважины, образованном в разрушаемой горной породе.

6. Изделие по п.1, отличающееся тем, что труба (40) имеет стенку (80), способную радиально расширяться на первом конце (44) при создании давления в канале до радиального расширения трубы в любом другом месте.

7. Изделие по п.1, отличающееся тем, что трубу (40) выполняют способом литья для инкапсулирования патрона (74) и клапанного устройства (50, 54, 56, 64, 66, 68).

8. Изделие по п.1, отличающееся тем, что содержит придающий жесткость компонент, расположенный внутри канала для придания жесткости трубе в, по меньшей мере, некоторой степени, в аксиальном направлении.