СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАРЯДА ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА Российский патент 2016 года по МПК F42D1/08 E21C41/16 C06B47/00 

Изобретение относится к области производства взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано для заряжания взрывных скважин, шпуров, независимо от степени их обводненности, на открытых горных работах и на специальных взрывных работах. Также может быть полезно для строительства.

Известен способ заряжания и конструкция заряда, включающая комбинированный заряд из двух типов ВВ, которые располагаются в непосредственном контакте концентрично друг другу, причем центральная часть заряда с осевым сквозным цилиндрическим каналом представлена ВВ, скорость детонации которого больше скорости детонации ВВ, расположенного в периферийной части, при этом кислородный баланс ВВ центральной части ниже кислородного баланса ВВ, расположенного в периферийной части заряда, в которой может быть чистый окислитель (аммиачная селитра) без горючего [1].

Недостатком данного способа является использование в конструкции заряда несбалансированных и/или не перемешанных между собой ВВ или ВВ и аммиачной селитры, что в результате взрыва приведет к низкому выходу энергии и к большому выходу токсичных продуктов взрыва, что подтверждается данными, полученными в работе [2] - "Опытные взрывы показали, что при некачественном смешении теряется до 40% энергии взрыва". При этом воздушный канал, расположенный в центральной части заряда, не заполненный энергетическим материалом, снижает общую энергию заряда, по сравнению с заполнением зарядной полости (скважины) ВВ полностью.

Известен способ заряжания сухих и слабообводненных скважин, согласно которому в скважину раздельно, без перемешивания подают составляющие комбинированного заряда, включающего эмульсионное и гранулированное ВВ, для образования в процессе заряжания скважинного заряда в виде наружного стакана из гранулированного ВВ и размещенного внутри указанного стакана эмульсионного ВВ [3].

Недостатком данного способа является ограниченная область его применения, а именно только сухие и слабообводненные скважины. Кроме того, диаметр скважин должен быть достаточно большим, т.к. гранулированные и эмульсионные ВВ имеют большой критический диаметр детонации, что создает определенные трудности в применении данного способа в скважинах небольшого диаметра и шпурах. В дополнение к этому, вода, высвобождающаяся в процессе постепенного разрушения эмульсии, что обычно наблюдается на практике, начнет разрушать гранулированное ВВ. Это связано, в основном, с растворением аммиачной селитры и осаждением твердого горючего в нижней части колонки заряда, а легкого, в основном жидкого, горючего в верхней.

Известен способ формирования в скважине колонкового взрывного устройства, включающего промежуточный детонатор, размещенный в оболочке в виде трубы [4]. Здесь же в качестве примера дано описание реализации данного способа на практике, где заряжали скважины диаметром 250 мм на уступе высотой 15 м. В качестве промежуточного детонатора использовали серийные шланговые заряды ШЗ-4 диаметром 80 мм, длиной 10 м с массой заряда 3,9 кг на 1 м длины. Кольцевую полость в обводненных скважинах заполняли загущенным горячим раствором аммиачной селитры, а в сухих скважинах гранулированной селитрой с введением 6% дизельного топлива в первом и во втором случаях. При этом следует заметить, что приведенные в примере шланговые заряды ШЗ-4 имеют гибкую эластичную оболочку (капрон) [5], поэтому не совсем понятно, причем здесь упомянутая оболочка в виде трубы, т.е. пример, на наш взгляд, не соответствует предложенной формуле изобретения.

Недостатком данного способа является необходимость в предварительном размещении в скважине довольно чувствительного ВВ, которые обычно используются в конструкциях промежуточных детонаторов, и шланговые заряды тому не исключение [5]. При этом не исключена возможность каких-либо внешних негативных воздействий на промежуточный детонатор при дальнейшем заряжании скважины, которые могут привести как к разрушению оболочки заряда, так и ВВ, что связано не только со снижением эффективности действия заряда, но и с безопасностью выполнения подготовительных работ. Кроме того, обращение с готовыми зарядами связано с большим количеством опасных операций, которые выполняются, в основном, вручную: погрузка-разгрузка, переноска, спуск и закрепление (расположение) на весу тяжелых зарядов в нужном, центрально симметричном положении внутри скважины. При этом большая массовая доля промежуточного детонатора в конструкции заряда, ВВ которого имеет большой отрицательный кислородный баланс, приведет к образованию избыточного количества токсичных продуктов взрыва.

Задачей изобретения в отношении способа заряжания скважин, шпуров является упрощение и повышение безопасности операции заряжания при создании концентричной конструкции заряда, позволяющей повысить эффективность взрыва, а также снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.

1. Технический результат достигается тем, что в способе формирования заряда ВВ, включающем комбинированный заряд из двух типов ВВ, которые располагаются концентрично друг другу, причем центральная часть заряда представлена ВВ, скорость детонации которого больше скорости детонации ВВ, расположенного в периферийной части, вначале в заряжаемую выработку устанавливается труба, затем пространство вокруг нее заполняется ВВ, делается забойка или нет, после чего в трубе размещается жидкое взрывчатое вещество (ЖВВ), например, на основе диазота тетраоксида.

Используемое ЖВВ на основе диазота тетраоксида должно иметь нулевой кислородный баланс или близкий к нему (отклонение не более 10% от нулевого). В качестве ВВ, располагаемых снаружи трубы, могут быть использованы любые другие промышленные ВВ (сыпучие и льющиеся). Скорость их детонации обычно значительно уступает скорости детонации ЖВВ и, в частности, ЖВВ на основе диазота тетраоксида. ВВ выбираются в зависимости от поставленной задачи, в первую очередь имеется ввиду их мощность и водоустойчивость.

Опыт показал, что средством повышения эффективности взрыва скважинного заряда ВВ, сформированного на основе смесевых ВВ, является линейное (осевое) инициирование, реализуемое путем предварительного размещения по оси скважины линейного заряда из ВВ, имеющего более высокую скорость детонации. «Линейный инициатор исключает затухание или срыв детонации ВВ по длине заряда из-за каких-либо дефектов в конструкции заряда» и при его использовании «наблюдается увеличение размеров зоны дробления пород» [2].

2. Используемая труба должна быть изготовлена из материала химически стойкого и совместимого с используемыми ВВ и ЖВВ, при этом желательно (рекомендуется) использовать такой материал, который, принимая участие во взрывчатом превращении, повышает эффективность (энергетику) взрывного процесса. Для этого могут быть использованы трубы из алюминия или из его сплавов с магнием, магнием и кремнием, марганцем. Также могут использоваться трубы из металлопластика или наполненного пластика, включающего алюминий, магний или другие энергетические материалы, которые могут принять участие в реакции взрывчатого превращения.

Трубы должны быть тонкостенные (из экономии), но прочные. Толщина стенки определяется конкретными условиями применения и зависит от глубины (длины) заряжаемой выработки. В случае необходимости трубы могут собираться, свинчиваться из отдельных звеньев (отрезков небольшой длины), однако при этом должна обеспечиваться герметичность донной части (заглушка) и мест соединений отрезков трубы, для чего могут, например, применяться приспособления типа муфтовых.

3. Если целиком изготовить трубу из нужного материала технологически сложно или дорого, то можно сделать только внешнее и/или внутреннее покрытие трубы материалами, которые могут принять участие во взрывчатом превращении с положительным эффектом. Для покрытий можно использовать составы на основе алюминия или его сплавов, а также его смесей с другими веществами. Современная техника позволяет наносить такие покрытия как снаружи, так и внутри трубы. В случае необходимости, в полевых условиях можно вручную обклеить наружную поверхность трубы алюминиевой фольгой.

Однако в любом случае необходимо помнить о том, что все применяемые материалы должны быть химически совместимы между собой, поэтому покрытие трубы может быть необходимо для случая создания защитного слоя между материалом трубы и ВВ или ЖВВ.

4. ЖВВ может быть изготовлено из невзрывчатых компонентов непосредственно в трубе, донная, торцевая часть которой должна быть заварена или заклеена и т.п.Это условие относится ко всем упомянутым в описании случаям использования трубы под ЖВВ. Технология изготовления ЖВВ из невзрывчатых компонентов, которую можно принять за основу, описана в патенте РФ №2416781 [6].

5. С экологической точки зрения, а также исходя из условий выполнения требований безопасности, желательно (рекомендуется), чтобы используемая труба в верхней части имела специальные приспособления, например, в виде трубок, как для заливки ЖВВ, на основе тетраоксида диазота, или отдельных его компонентов, так и для отвода газообразных оксидов азота, которые, являясь токсичными, должны проходить нейтрализацию любыми известными способами, например пропуском газа через раствор щелочи.

6. Для инициирования ЖВВ рекомендуется использовать безопасное средство инициирования, не содержащее в своем составе взрывчатые, пиротехнические и другие опасные вещества и материалы, например «Безопасное устройство для электрического инициирования жидких взрывчатых веществ» по патенту РФ №2471144, включающее резистивный элемент, металлическую трубку и взрывной провод, вставляемое непосредственно в трубу с ЖВВ. В этом случае предоставляется возможность изготавливать все взрывчатые материалы непосредственно на месте производства взрывных работ или вблизи него из невзрывчатых компонентов. Например, в трубе использовать ЖВВ на основе диазота тетраоксида, а снаружи трубы ВВ типа АСДТ (ANFO) или другие виды динамонов [7]. В случае обводненных скважин снаружи трубы можно размещать эмульсионные ВВ. В этом случае труба под ЖВВ должна иметь длину более длины (глубины) заряжаемой скважины для того, чтобы она не была залита водой, которая выталкивается (выдавливается) из скважины эмульсионным ВВ в процессе заряжания.

7. ВВ весьма активные химические вещества. Они постоянно вступают во взаимодействие с окружающей средой (влага воздуха, горные породы и минералы, вода, в т.ч. в горных выработках) [7]. Для исключения контакта ВВ с окружающей средой при формировании зарядов в заряжаемых горных выработках приходится использовать защитные пластиковые оболочки, например полиэтиленовые рукава. Размещать рукав в скважине или шпуре не просто. Однако с помощью жесткой трубы выполнять эту операцию гораздо удобнее, особенно, когда труба остается в выработке, упираясь в ее дно, удерживая рукав. Перед опусканием в скважину полиэтиленовый рукав заранее надевается на трубу, при этом его нижний конец герметизируется любым удобным способом: завязывается, зажимается металлической скрепкой, заваривается, заклеивается или др. Для центрирования трубы в скважине могут использоваться какие-либо известные, предназначенные для этого, центрирующие приспособления, например гибкие лепестковые или дугообразные из пластика, при условии, что их конструкция не препятствует процессу заряжания.

После расположения рукава в скважине или шпуре подачу ВВ в рукав можно производить как вручную, так и с помощью специального зарядного оборудования, т.е. принудительно, под давлением, например, по зарядному шлангу, не опасаясь каких-либо электростатических, механических или других воздействий на трубу, т.к. в ней в этот момент не находится ВВ, что является безусловным преимуществом по сравнению с предложениями, представленными в патентах РФ №2060446 [1] и РФ №2060449 [4].

8. В принципе, труба может быть заряжена сыпучим или патронированным ВВ вручную или с помощью зарядной техники.

В этом варианте предлагаемого способа могут быть использованы следующие ВВ (первое из указанных ВВ размещается в трубе; второе - снаружи):

- гранулотол, в т.ч. искусственно обводненный, и граммонит или динамон;

- граммонит, заряженный пневмозарядчиком, т.е. уплотненный, и граммонит или динамон насыпные;

- аммонит №6 ЖВ и граммонит или динамон;

- патронированное эмульсионное ВВ, заряженное с уплотнением ВВ в скважине пневматическим зарядчиком, например, модели CB32R, CB42R или CB32RM фирмы «Can - Blast Ink.» (Канада) и граммонит или динамон.

Разумеется, возможны и другие варианты при условии, что ВВ, расположенное внутри трубы имеет скорость детонации выше, чем скорость детонации ВВ, расположенного снаружи ее.

Инициирование ВВ, расположенного внутри трубы, производится любым известным способом, например, с помощью дополнительного промежуточного детонатора (патрона-боевика) в случае такой необходимости.

Литература

1. Патент РФ №2060446, Скважинный заряд.

2. Тимошин В.И. Совершенствование взрывных работ на разрезах юга Кузбасса. Материалы международной конференции «Взрывное дело - 99». М.: МГГУ, 1999, с. 251-254.

3. Патент РФ №2156431, Способ заряжания скважины и конструкция скважинного заряда.

4. Патент РФ №2060449, Колонковое взрывное устройство.

5. Щукин Ю.Г., Добрынин А.А., Галкин В.В. Применение снятых с вооружения боеприпасов при взрывных работах в промышленности// Безопасность труда в промышленности. - 1993. - №9. - С. 23-26.

6. Патент РФ №2416781, Способ формирования заряда ВВ.

7. Добрынин А.А. Взрывчатые вещества. Химия. Составы. Безопасность. - М.: ИД Академии им. Н.Е. Жуковского, 2014. - 528 с.

Изобретение относится к производству взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано для заряжания взрывных скважин, шпуров, независимо от степени их обводненности, на открытых горных работах и на специальных взрывных работах, а также при строительстве. Способ формирования заряда ВВ заключается в получении комбинированного заряда из двух типов ВВ, которые располагаются концентрично друг другу. Для этого в заряжаемую выработку устанавливают трубу, затем пространство вокруг нее заполняют ВВ, делают забойку или нет, после чего заполняют трубу. При этом ВВ, располагаемое в центральной части заряда, имеет скорость детонации больше скорости детонации ВВ, расположенного в периферийной части (снаружи трубы). Концентричная конструкция заряда позволяет повысить эффективность взрыва, снизить экологическую нагрузку на окружающую среду, упростить и повысить безопасность операции заряжания. 7 з.п. ф-лы.

1. Способ формирования заряда взрывчатого вещества (ВВ), включающий комбинированный заряд из двух типов ВВ, которые располагаются концентрично друг другу, причем центральная часть заряда представлена ВВ, скорость детонации которого больше скорости детонации ВВ, расположенного в периферийной части, отличающийся тем, что вначале в заряжаемую выработку устанавливается труба, затем пространство вокруг нее заполняется ВВ, делается забойка или нет, после чего в трубу заливается жидкое взрывчатое вещество, например, на основе диазота тетраоксида.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что труба состоит из материала, который принимает участие в процессе взрывчатого превращения, повышая эффективность взрыва.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поверхность трубы покрывается составом или материалом, например, на основе алюминия, который принимает участие в процессе взрывчатого превращения, повышая эффективность взрыва, и/или защищает материал трубы от воздействия взрывчатых веществ.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкое взрывчатое вещество (ЖВВ) изготавливается непосредственно в трубе из невзрывчатых компонентов.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используемая труба в верхней части имеет приспособление для заливки ЖВВ и отвода газов в виде трубок, диаметр которых меньше трубы под ЖВВ, выходящих из заряжаемой выработки.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве инициатора используется безопасное средство для электрического инициирования, состоящее, например, из резистивного элемента, трубки и взрывного провода, вставляемое непосредственно в трубу с ЖВВ.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ВВ снаружи трубы располагается в пластиковом рукаве, который заранее надевается на трубу под ЖВВ и вместе с нею опускается в зарядную выработку.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в трубе размещается сыпучее или патронированное ВВ вручную или механизированным способом.