Устройство для создания воздушных промежутков во взрывных скважинах (варианты) Российский патент 2024 года по МПК F42D1/08 F42D3/04 

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 из твердых 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. При прямом инициировании заряда ВВ с использованием шашек применяют турболизатор с отверстием, через которое с помощью проволоки его соединяют с детонирующем шнуром [1,2].

Дело в том, что конструкция гидродинамического завихрителя обеспечивает значительное увеличение турбулентности движения взрывных газов. 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 турбулизации 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 [1,2].

Известен способ повышения эффективности взрывания скважинных зарядов ВВ, заключающейся в совместном использовании полиэтиленового затвора для создания в заряде ВВ воздушных, водно- воздушных и водяных промежутков с динамическим завихрителем в виде спиралеобразной пластины. При этом промежутки между отдельными зарядами ВВ образуются в процессе заряжания скважин ВВ с помощью затворов, а полнота детонации вторичных продуктов взрыва этих ВВ в этих промежутках обеспечивается динамическим завихрителем в процессе взрыва скважинных зарядов ВВ [3].

Устройство для создания промежутков во взрывных скважинах, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит скважинный затвор опору, стойку в виде трубы, внутри которой расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины и гибкую подвеску для установки устройства в скважине на требуемой глубине с креплением на устье [3].

Известны также способ и устройство повышения эффективности взрывания скважинных зарядов взрывчатого вещества, которое содержит затвор (эластичная чаша из тонкого полиэтилена), стойку (полая труба, внутри которой расположен динамический завихритель), опору [3].

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности детонации скважинного заряда за счет обеспечения более высокой полноты детонации зарядов ВВ разделенных воздушным, водно-воздушным и водяным промежутком скважинного заряда 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, а также динамического завихрителя, обеспечивающий полноту детонации вторичных продуктов взрыва в промежутках между зарядами, согласно изобретению, применяют затвор с дополнительным динамическим завихрителем , причем в скважину все 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 дополнительную динамическую силу завихрения потоков, создаваемых в момент взрыва с помощью использования дополнительного 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, внутри которой

расположен динамический завихритель, гибкую подвеску. На гибкой подвеске между двумя ограничителями движения из резиновых колец расположен дополнительный динамический завихритель из легкоплавкого материала, например алюминия. Динамический завихритель установлен с возможностью его перемещения вдоль гибкой подвеске. Общий вид устройства показан на фиг.1.

Предлагается еще и устройство для перекрытия перебура во взрывных скважинах содержащее скважинный затвор, стойку в виде трубы с опорой, внутри которой расположен динамический завихритель. Дополнительно оно содержит гибкую подвеску с динамическим завихрителем установленного на ней между двумя ограничителями движения из резиновых колец. Общий вид устройства показан на фиг.2.

Кроме того, предлагается способ повышения эффективности взрывания скважинных зарядов взрывчатого вещества (ВВ), включающий установку в скважину устройства для создания промежутков в скважинном заряде ВВ с динамическим завихрителем, загрузку взрывчатых веществ. Создают дополнительную аэродинамическую силу завихрения потоков, создаваемых в момент взрыва, с помощью дополнительного динамического завихрителя устройства для создания промежутков во взрывных скважинах с динамического завихрителем по п.1 или устройства для перекрывающего перебур во взрывных скважинах с динамическим завихрителем, по п.2, установленного с возможностью исключения влияния ВВ на его положение в заряде ВВ в скважине в процессе формирования скважинного заряда ВВ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для создания промежутков во взрывных скважинах содержащем скважинный затвор, опору в виде трубы, динамический завихритель и гибкую подвеску, согласно изобретению, на гибкой подвеске расположен динамический завихритель, установленный на ней между двумя ограничителями движения из резиновых колец, а устройство ликвидации перебура во взрывных скважинах содержащее затвор, стойку, опору и динамический завихритель дополнительно содержит гибкую подвеску с динамический завихрителем установленного на ней между двумя ограничителями движения из резиновых колец. Количество динамических завихрителей, расположенных на гибкой оси, может составлять 1 - 2 или 3 - 4 штуки для устройства перекрывающего перебур во взрывных скважинах, так как конструкция заряда при прямом одноточечном инициировании (при длине колонки заряда свыше 15 м) в средней её части рекомендуется располагать второй турбулизатор. Причем динамический завихритель выполнен в виде спиралеобразной пластины из алюминия и аналогичен (конструкция, размеры) динамическому завихрителю, расположенному в трубе или стойки затвора.

Учитывая возможность, что динамический завихритель может подниматься вместе с уровнем эмульсионных ВВ по мере заряжания скважины ими, принимая нерабочее горизонтальное положение, поставленная цель достигается также тем, что в устройствах для повышения эффективности взрывов, содержащих затвор, динамический завихритель и гибкую подвеску, согласно изобретению, на гибкой подвеске ( связанной с затвором и закрепленной на устье скважины) между двумя ограничителями движения из резиновых колец (способных разжиматься и сжиматься, что является существенным признаком позволяющим преждевременно не деформировать завихритель) расположен дополнительный динамический завихритель. Динамический завихритель и ограничители установлены с возможностью их перемещения вдоль гибкой подвеске и фиксацией на установленном на ней месте.

Именно заявленное расположение динамического завихрителя и ограничителей с возможностью их перемещения вдоль гибкой оси обеспечивают, согласно способу, исключить влияния ВВ на положение динамического завихрителя в процессе зарядки скважин ВВ, а также устанавливать его в том месте заряда ВВ где наиболее эффективно проявляются его свойства в процессе взрыва ВВ и тем самым достижения цели изобретения. Это позволяет сделать вывод, что заявленные изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Сущность изобретения показана на фиг.1, фиг.2, фиг.3 а, б и в, фиг.4 а, б, в, г. На фиг.1 показан общий вид устройства для создания воздушных промежутков установленное в скважине по п.1 формулы изобретения, на фиг.2 показан общий вид устройства для перекрытия перебуров во взрывных скважинах по п.2 формулы изобретения, на фиг. 3 показаны устройства для создания воздушных промежутков (а), устройство для перекрытия перебуров (б) и динамического завихрителя (в), на фиг.4 показаны схемы испытания зарядов: а - сплошного заряда с динамическим завихрителем, б - заряда с воздушной полостью, в - заряда с воздушной полостью и динамическим завихрителем, г - заряда с воздушной полостью и с двумя динамическими завихрителями. На фиг.4 показан способ осуществления изобретения по п.3 формулы 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, гибкая подвеска - 5, взрывчатое вещество - 6, затвор в виде чаши с динамическим завихрителем - 7, воздушный или водяной воздушный или водяной промежуток - 8, 9- ограничители.

б) Устройство для перекрытия перебуров (фиг.2): детонирующий

шнур - 1, забойка - 2, промежуточный детонатор - 3, динамический завихритель - 4, гибкая подвеска - 5, взрывчатое вещество - 6, затвор с динамическим завихрителем - 7, воздушный или водяной промежуток - 8, 9 - ограничители.

Устройство и способ работают следующим образом.

Перед заряжанием скважин, учитывая условия взрывания, величину заряда, тип ВВ, на гибкой подвески с помощью ограничителей ( разжимая и сжимая их) перемещают дополнительный динамический завихритель и устанавливают в том месте подвески, которое ( при опускание затвора в скважину) позволяет разместить его в заряде ВВ в том месте, где наиболее эффективно будут проявляться его свойства в момент взрыва заряда ВВ.

При пропускании гибкой подвески через верхнее и нижнее отверстия относительно (расположенных по оси динамического завихрителя) его устанавливают вертикально, а при пропускании через отверстия смещенных относительно оси его устанавливают под углом 0-10 градусов в отношении стенки скважины.

Таким образом, выбором места расположения динамического завихрителя удаётся осуществлять управляемое по длине скважины повышение фугасного действия взрыва.

При размещении затвора в скважине гибкая подвеска натягивается под его тяжестью и совместно с ограничителями исключает влияние ВВ на положение динамического завихрителя в процессе заряжания скважин ВВ, обуславливающее стабильность его работы при взрыве заряда ВВ.

В процессе взрыва заряда ВВ детонационная волна, проходя вдоль винтообразной пластины турболизатора сообщает ему импульс вращательно- поступательного движения. Перемещаясь по инерции, он работает как миниатюрная турбина, нагнетая газы взрыва, вслед за детонационной волной, в промежуток между отдельными зарядами ВВ.

Второй вращающийся динамический завихритель также создает в скважине 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 первичных и вторичных продуктов детонации и за счет этого обеспечивается более высокая полнота детонации взрыва ВВ.

Именно размещение заявленных устройств и их совместное использование обеспечивают, согласно способу, возможность устанавливать в скважине все 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 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 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 28мм), 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. 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 заряда ВВ с воздушным промежутком (на фиг.4 б) и зарядов взрывчатых веществ с использованием динамических завихрителей показаны на фиг.4 а, в и г. 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 [4].

Вид
заряда Наименования ВВ Гранулит МК-1 Эмульсионное ВВ
РПГМ-100 Динами-
ческий
завихри-тель Динами-
ческий
завихри-тель
горизон-тальный
Горизон-
тальная
полость
и динами-ческий завих-
ритель Горизон-
тальная
полость
и два динами-ческих завих-
рителя Динами-
ческий
завихри-тель Динами-
ческий
завихри-тель
горизон-тальный Горизонтальная
полость
и динамический
завихритель Горизон-
тальная
полость
и два динамиче-ских завих-
рителя Эффекти-вность
взрыва,
мм 30 29 35 36-37 37 35-36 41-42 43-44 Остатки после
взрыва нет нет нет нет нет нет нет нет

Установлено, что при вертикальном расположении динамического завихрителя в ВВ показатели лучше, чем при горизонтальном.

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 дополнительным 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.

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

- обеспечивают возможность повышения стабильности взрывов скважинных зарядов ВВ за счет исключения влияния ВВ на положение динамического завихрителя в процессе их заряжания обеспечивают в скважину.

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. Патент РФ № 2795464 опубликован 03.05.2023.

4. 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 устройствам для проведения взрывных работ и может быть использовано в горнорудной промышленности, а также и в других отраслях промышленности, для проведения взрывных работ. Предлагается два варианта устройства для создания воздушных промежутков во взрывных скважинах. Первое устройство выполнено в виде скважинного затвора, закрепленного на стойке в виде трубы с опорой. Внутри трубы расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины. Скважинный затвор дополнительно соединен с гибкой подвеской, выполненной с возможностью крепления на устье скважины и установки устройства на дне скважины в перебуре. Второе устройство выполнено в виде скважинного затвора в форме чаши, закрепленной на одном конце трубы, внутри которой расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины. К другому концу трубы присоединена гибкая подвеска, выполненная с возможностью крепления на устье скважины и регулирования глубины установки устройства в скважине. На гибкой подвеске каждого из устройств между двумя ограничителями движения из резиновых колец установлен дополнительный динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины, выполненный с возможностью его перемещения вдоль гибкой подвески и фиксации на установленном месте. Техническим результатом является повышение эффективности детонации скважинного заряда за счет обеспечения более высокой полноты детонации зарядов ВВ разделенных воздушным, водно-воздушным и водяным промежутком скважинного заряда ВВ. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для создания воздушных промежутков во взрывных скважинах, выполненное в виде скважинного затвора, закрепленного на стойке в виде трубы с опорой, внутри трубы расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины, при этом скважинный затвор дополнительно соединен с гибкой подвеской, выполненной с возможностью крепления на устье скважины и установки устройства на дне скважины в перебуре, а на гибкой подвеске между двумя ограничителями движения из резиновых колец установлен дополнительный динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины, выполненный с возможностью его перемещения вдоль гибкой подвески и фиксации на установленном месте.

2. Устройство для создания воздушных промежутков во взрывных скважинах, выполненное в виде скважинного затвора в форме чаши, закрепленной на одном конце трубы, внутри которой расположен динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины, к другому концу трубы присоединена гибкая подвеска, выполненная с возможностью крепления на устье скважины и регулирования глубины установки устройства в скважине, а на гибкой подвеске между двумя ограничителями движения из резиновых колец расположен дополнительный динамический завихритель в виде спиралеобразной пластины, выполненный с возможностью перемещения вдоль гибкой подвески и фиксации на установленном на ней месте.