Способ и устройство повышения эффективности взрывания скважинных зарядов взрывчатого вещества Российский патент 2023 года по МПК F42D1/08 F42D1/20 

Заявляемое изобретение относится к способам и устройствам для проведения взрывных работ и может быть использовано в горнорудной промышленности, а также и в других отраслях промышленности, для проведения взрывных работ.

Известны способы и устройства повышения эффективности взрывания скважин основанные на изменении механизма передачи энергии взрыва окружающей среде твердой пород. Существенное влияние на эффективность действия взрыва оказывает конструкция заряда ВВ и рассматривается как способ повышения эффективности взрывных работ.

Известен способ повышения эффективности взрывания скважинных зарядов ВВ, заключающийся в применении специально изогнутой металлической пластины скрученной спиралеобразно полным оборотом на 360 градусов (Динамический завихритель) в заряде ВВ [1].

Дело в том, что конструкция гидродинамического завихрителя обеспечивает значительное увеличение турбулентности движения взрывных газов. При этом недостатком известного способа является то, что используют именно металлическую пластину, способную существенно увеличить безопасную зону при взрыве.

Активное перемешивание газообразных продуктов взрыва приводит к возрастанию фугасного действия и увеличению полезной работы на дробление. Отсюда следует, что снижение давления на фронте ударной воздушной волны и уменьшение сейсмического эффекта может быть реализовано за счёт дополнительной турболизации продуктов взрыва.

Наибольшая эффективность турбовзрыва достигается у гранулированных, в том числе углесодержащих и алюмосодержащих BB, а наименьшая у эмульсионных ВВ.

Это обусловлено тем, что эмульсионные ВВ является неньютоновскими жидкостями, поэтому стальной динамический завихритель не погружается в них под действием гравитации, как это имеет место при заряжании гранулированными ВВ, а поднимается вместе с уровнем эмульсионных ВВ по мере заряжания скважины ими, принимая нерабочее горизонтальное положение, таким образом не достигается эффект взрывных работ. Недостатком также является необходимость в применение ручного труда при заряжании скважин ВВ, т.к. в начале монтируется конструкция из промежуточного детонатора и турболизатора, а затем она опускается в скважину [2].

Широко известны способы повышения эффективности взрывания скважинных зарядов ВВ, заключающиеся в том, что при формировании заряда, в процессе заряжания скважин ВВ, применяются полиэтиленовые затворы для создания в заряде воздушных, водно- воздушных и водяных промежутков. Наличие воздушных или водяных полостей в скважинном заряде меняет характер воздействия продуктов взрывания и создает условия повышения полезного использования энергии ВВ. Начальное давление снижается, время их воздействия на разрушаемый массив увеличивается. Это позволяет перераспределить энергию взрыва в направлении сокращения ее доли, идущей на переизмельчение породы вблизи заряда и увеличения доли, идущей на дробление горного массива [3].

Устройство для создания промежутков во взрывных скважинах, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит скважинный затвор (коническая эластичная боковая оболочка с радиальными разрезами), опору в виде трубы длиной 20-90 см и гибкую подвеску для установки устройства в скважине на требуемой глубине с креплением на устье [4].

Известно также устройство для создания воздушных промежутков и перекрытия перебура во взрывных скважинах, которое содержит затвор (эластичная чаша из тонкого полиэтилена), стойку (полая труба), опору[5].

Недостаток известного способа и вышеуказанных устройств заключается в том, что они не обеспечивают полноты детонации вторичных продуктов взрыва (газодисперсная смесь в скважине, содержащая как продукты полного сгорания ВВ, так и пылевидные частицы непрореагировавшего ВВ, а также и полиэтилена разрушенного устройства) в промежутках между зарядами при взрыве скважинного заряда ВВ. Это объясняется тем, что вышеуказанные продукты взрыва распределены в детонационной волне неравномерно и поэтому их химические реакции между собой затруднены или невозможны.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности детонации скважинного заряда за счет обеспечения более высокой полноты детонации вторичных продуктов взрыва ВВ.

Поставленная цель достигается также тем, что в способе повышения эффективности взрывания скважинных зарядов ВВ включающим применение вышеуказанных скважинных затворов для создания в заряде воздушных, водно-воздушных и водяных промежутков, согласно изобретению, применяют затворы с динамическим завихрителем, причем в скважину оба устройства вводятся одновременно при формировании заряда, в процессе заряжания скважин ВВ.

Предлагается способ повышения эффективности взрывания скважинных зарядов ВВ, включающий установку в скважину устройства для создания промежутков в скважинном заряде ВВ. При этом используют динамическую силу завихрения потоков, создаваемых в момент взрыва с помощью использования динамического завихрителя.

Для осуществления способа предлагаются устройство для создания промежутков во взрывных скважинах и устройство для перекрытия перебура во взрывных скважинах.

Устройство для создания промежутков во взрывных скважинах содержащее скважинный затвор, опору, стойку в виде трубы, гибкую подвеску. Внутри трубы расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины из легкоплавкого материала, например алюминий, полиэтилен 0,15-1 мм, который закреплен в трубе и его спиралевидный конец выходит из трубы. Динамический завихритель установлен с возможностью вращения в момент взрыва. Общий вид устройства показан на фиг.1

Предлагается еще и устройство для перекрытия перебура во взрывных скважинах содержащее скважинный затвор, стойку в виде трубы и опору. Внутри трубчатой опоры расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины из легкоплавкого материала 0,15-1 мм. Общий вид устройства показан на фиг.2.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для создания промежутков во взрывных скважинах содержащем скважинный затвор, опору в виде трубы и гибкую подвеску, согласно изобретению, внутри трубы расположен динамический завихритель, а в устройстве ликвидации перебура во взрывных скважинах содержащем затвор, стойку и опору, динамический завихритель установлен внутри стойки. При этом стойка в виде трубы скреплена с опорой, концы опоры и стойки закрыты. Затвор может быть выполнен в виде чаши с лепестками. Причем динамический завихритель (из полиэтилена или листового алюминия толщиной 0,15-1 мм или другого подходящего материала) выполнен в виде спиралеобразной пластины шириной на 1-4 мм меньше, чем внутренней диаметр опоры или стойки и длиной равной длине труб (рис.3). Возможность уменьшения длины аэродинамического завихрителя устанавливается экспериментальным путем в зависимости от условий взрывания и зависит от величины создаваемых промежутков.

Сущность изобретения показана на фиг.1, фиг.2, фиг.3а и б, фиг.4 а, б, в, г где на фиг.1 показан общий вид устройства для создания воздушных промежутков установленное в скважине, на фиг.2 показан общий вид устройства для перекрытия перебуров во взрывных скважинах, на фиг. 3 показаны устройства для создания воздушных промежутков (а) и устройство для перекрытия перебуров (б), на фиг.4 показаны схемы испытания зарядов: а - сплошного заряда, б - заряда с динамическим завихрителем, в - заряда с воздушной полостью, г - заряда с воздушной полостью и динамическим завихрителем. На фиг.4 показан способ осуществления изобретения.

Устройство для создания промежутков во взрывных скважинах:

а) Устройство для создания промежутков во взрывных скважинах (фиг.1) в заряде в скважине. Обозначения: детонирующий шнур - 1, забойка - 2, промежуточный детонатор - 3, динамический завихритель - 4, взрывчатое вещество - 5, труба - 6, состоит: скотч и гибкая подвеска (не показаны), затвор в виде чаши - 7, воздушный или водяной промежуток - 8. Скотч показан на фиг.4 б и г и обозначен - 10.

б) Устройство для перекрытия перебуров (фиг.2): скотч (не показан), детонирующий шнур - 1, забойка - 2, промежуточный детонатор - 3, динамический завихритель - 4, взрывчатое вещество - 5, труба - 6, состоит: скотч (не показан), затвор в виде чаши - 7, воздушный или водяной промежуток - 8, опора - 9.

Устройство и способ работают следующим образом. При взрыве скважинного заряда ВВ ударная волна опережает детонационную волну. При этом она через зазор между внутренней частью трубы и динамическим завихрителем обтекает его. Создается ускоряющийся поток воздуха с частицами среды, включая элементы ВВ. Однако следующая за ней детонационная волна, проходя вдоль спиралеобразной пластины динамического завихрителя сообщает ему импульс вращательно-поступательного движения. Вращающийся динамический завихритель создает в скважине, позади детонационной волны, мощные турбулентные вихри, тем самым вызывая и обеспечивая полноту детонации вторичных продуктов взрыва в промежутках между зарядами, при их перемешивании между собой, благодаря чему повышается эффективность взрыва скважинного заряда ВВ. Таким образом, достигается полнота использования вторичных продуктов детонации и за счет этого обеспечивается более высокая полнота детонации вторичных продуктов взрыва ВВ.

Именно размещение заявленных устройств и их совместное использование обеспечивают, согласно способу, возможность устанавливать в скважине оба устройства одновременно при формировании заряда, в процессе заряжания скважин ВВ. Это позволяет сделать вывод, что заявленные изобретения связанны между собой единым изобретательским замыслом.

Сравнение заявленных технических решений с прототипом позволило установить соответствие их критерию «новизна». При изучении других известных технических решений в данной области технические признаки, отличающие заявляемые изобретения от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «существенные отличия». Использование динамического завихрителя позволяет обеспечить более высокую полноту детонации вторичных продуктов взрыва ВВ, что соответствует требованиям изобретательского уровня.

Осуществление способа производилось следующим образом.

Изготавливают спиралеобразные пластины из полиэтилена или алюминия (динамические завихрители) длиной 30 мм, шириной 25-26 мм и толщиной 0,3 мм, которые помещались в полиэтиленовые трубы (с внешним диаметром 32 мм и внутреннем 28 мм), при этом торце труб заделывались скотчем. Также были изготовлены диски из полиэтилена диаметром 120 мм и толщиной 1 мм двух типов (с гибкой подвеской (леска) для создания воздушных промежутков в модельных составах ВВ (высотой 20мм): одни цельные, а другие с отверстием (32 мм) в центре с возможностью установки в них трубок с динамическим завихрителем. Динамический завихритель закрепляют в трубе при помощи скотча, лески с возможностью вращения. Также изготавливают гильзы из картона (дно тоже из картона), в которых размещались составы ВВ (Гранулит УП-1, Порэмит- 1А) в количестве 0,8-1 кг. Динамический завихритель длинной 50 мм из алюминия или полиэтилена. После чего данные конструкции зарядов сравнивались между собой путем их подрыва от патрона аммонита 6ЖВ. Испытания проводились на стенде оценки эффективности взрыва обжатием свинцового цилиндра.

Сравнительный анализ сплошного заряда и заряда взрывчатых веществ с использованием динамического завихрителя показаны на фиг.4 а и б. Где на фиг.4 а показан сплошной заряд в его обычном размещении, а на фиг.4 б заряд ВВ с динамическим завихрителем.

На фиг.4 в показан заряд ВВ с воздушной полостью, а на фиг.4 г - заряд ВВ с воздушной полостью и динамическим завихрителем. По указанным схемам проводились испытания с оценкой эффективности и с целью подтверждения заявленного технического результата.

Метод определения эффективности действия ВВ по обжатию свинцовых цилиндров предназначен для оценки эффективности действия (относительной работоспособности) нового ВВ на соответствие требованиям технического задания заказчика и нормам технических условий по взрывным показателям. Сущность метода заключается в том, что под воздействием взрыва заряда ВВ заданного объема (1000 см³) или массой 1 кг, размещенного в массивной песчаной оболочке, определенная часть энергии через воздушный промежуток и массивную наковальню воздействует на свинцовый цилиндр, размер обжатия которого характеризует суммарное (главным образом, фугасное) действие ВВ. Метод позволяет определить эффективность действия гранулированных, водосодержащих, литых и других видов ВВ, предназначенных для заряжания скважин и имеющих критический диаметр детонации до 120 мм при взрывании в оболочке из песка. Критерием оценки пригодности взрывчатых показателей ВВ считается среднее обжатие свинцового цилиндра, удовлетворяющее нормам технического задания или технических условий на испытуемое ВВ [6].

Результаты испытаний модельных составов ВВ приведены в таблице.

Вид
заряда Наименования ВВ Гранулит УП-1 Эмульсионное ВВ
Порэмит- 1А ВВ Динамический завихритель Горизонтальная
полость Горизон-
тальная
полость
и динамичес-кий завихритель ВВ Динамичес-кий завихритель Горизон-тальная
полость Горизон-
тальная
полость
и динамический завихритель Эффек-тивность
взрыва,
мм 30 31 31-32 35 37 38 37-38 41-42 Остатки после
взрыва нет нет нет нет нет нет нет нет

Как видно из данных таблицы, лучшие показатели по эффективности взрывания гранулированные и водоэмульсионные ВВ имеют в том случае, когда они содержат устройства в зарядах ВВ с динамическим завихрителем, который успевает полностью принять участие во взрывных процессах.

По сравнению с известными способами и устройствами предлагаемые способ и устройства имеют следующие технико-экономические преимущество:

- обеспечивает стабильность и повышает эффект взрыва как простейших ВВ, так и эмульсионных ВВ за счет сокращения применяемых ВВ и обеспечения полноты их детонации.

- обеспечивают возможность увеличения длины воздушного промежутка в зарядах ВВ и улучшает проработку подошвы уступа при перекрытии перебура.

Источники информации:

1. Мучник С.В. «Разработка и научное обоснование технических и технологических решений по управлению фугасным действием взрыва в горнодобывающей промышленности» Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Новосибирск, 2000.

2. «Определение параметров буровзрывных работ на кимберлитовых карьерах криолитозоны»: учебное пособие / И.В. Зырянов, И.Ф. Бондаренко, С.Н. Жариков. - Якутск: Издательский дом СВФУ, 2019. - с.9-10.

3. Жариков И.Ф. «Рациональные конструкции зарядов при дроблении горных пород взрывом». В кн. Взрывное дело, № 89/46. М., Недра, 1986, с.134-135.

4. Патент РФ № 70308. ОТ 20.01.2008.

5. Патент РФ № 2732373 от 16.09.2020.

6. Кушнеров П.И., Панчишин В.Я., Панчишин О.В. «Способы оценки эффективности действия промышленных ВВ». В кн. Взрывное дело, № 107/64. М., Недра, с.248-254.

Изобретение относится к способам и устройствам для проведения взрывных работ и может быть использовано в горнорудной промышленности, а также и в других отраслях промышленности для проведения взрывных работ. Устройство для создания промежутков во взрывных скважинах содержит скважинный затвор, опору, стойку в виде трубы, гибкую подвеску. Устройство для создания промежутка, перекрывающего перебур во взрывных скважинах, содержит скважинный затвор и стойку в виде трубы с опорой. Внутри трубы в устройствах расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины из легкоплавкого материала толщиной 0,15–1 мм, установленный с возможностью его вращения. Способ повышения эффективности взрывания скважинных зарядов взрывчатого вещества (ВВ) включает установку в скважину устройства для создания промежутков в скважинном заряде ВВ и загрузку ВВ. Затем создают аэродинамическую силу завихрения потоков, создаваемых в момент взрыва с помощью динамического завихрителя устройства для создания промежутков во взрывных скважинах или устройства для создания промежутка, перекрывающего перебур во взрывных скважинах. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности детонации скважинного заряда за счет обеспечения более высокой полноты детонации вторичных продуктов взрыва ВВ. 3 н.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Устройство для создания промежутков во взрывных скважинах, содержащее скважинный затвор, опору, стойку в виде трубы, гибкую подвеску, отличающееся тем, что внутри трубы расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины из легкоплавкого материала толщиной 0,15–1 мм, установленный с возможностью его вращения.

2. Устройство для создания промежутка, перекрывающего перебур во взрывных скважинах, содержащее скважинный затвор и стойку в виде трубы с опорой, отличающееся тем, что внутри трубы расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины из легкоплавкого материала толщиной 0,15–1 мм, установленный с возможностью его вращения.

3. Способ повышения эффективности взрывания скважинных зарядов взрывчатого вещества (ВВ), включающий установку в скважину устройства для создания промежутков в скважинном заряде ВВ, загрузку взрывчатых веществ, отличающийся тем, что создают аэродинамическую силу завихрения потоков, создаваемых в момент взрыва с помощью динамического завихрителя устройства для создания промежутков во взрывных скважинах по п.1 или устройства для создания промежутка, перекрывающего перебур во взрывных скважинах, по п.2, установленного с возможностью вращения в момент взрыва.