Заряд для обводненных скважин Советский патент 1996 года по МПК F42D3/00 

1

(22) 08.06.88

(21) 4436809/03 (46) 10.08.96 Бюл. № 22 (72) Прокопенко B.C.

(71) Государственный научно-исследовательский, проектно-конструкторский и проектный институт угольной промышленности

(56)Авторское свидетельство СССР N 1419218, кл. Е 21 С 37/00, 1986. Авторское свидетельство СССР N 1345707, кл. Е 21 С 37/00, 1985.

(54) ЗАРЯД ДЛЯ ОБВОДНЕННЫХ СКВАЖИН

(57)Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано на открытых буровзрывных работах в обводненных горных породах. Цель изобретения - расширение области использования и повышение эффективности взрывных работ за счет обеспечения приспособления заряда к условиям обводненности

скважины. Заряд для обводненных скважин содержит взрывчатое вещество (ВВ) 1 из растворимых или не растворимых в воде компонентов. Размещено ВВ 1 в эластичной оболочке 2, на заглушенном торце 3 которой выполнены основные 4 и дополнительные 5 впускные отверстия. При подачи оболочки 2 с ВВ 1 в скважину и заполнении ее водой через отверстия 4 и 5 заряд опускается на дно скважины. Для компенсации растворяемого ВВ 1 масса заряда увеличивается и равна Мвв 1,05-2,0 Мс, где Мвв - масса заряда в обводненной скважине, кг; Мс - масса заряда в сухой скважине, кг. Для предотвращения вымывания окислителя из заряда в состав В В включают поверхностно- активные или клеящие вещества. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

сд

d

о

W

о

4 4

О

О TJ- тГ

о

ГО

ю

р

ИЗ

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на открытых буровзрывных работах в обводненных горных породах.

Целью изобретения является расширение области использования и повышения эффективности взрывных работ за счет обеспечения приспособления заряда к условиям обводненности скважин.

На фиг.1 представлена принципиальная схема заряда в скважине; на фиг.2 - схема расчета уровня воды.

Заряд для обводненных скважин включает взрывчатое вещество (ВВ) 1 из растворимых или не растворимых в воде компонентов. ВВ 1 размещено в эластичной оболочке 2, на заглушенном торце 3 которой выполнены основные 4 и дополнительные 5 впускные отверстия.

При подаче эластичной оболочки с ВВ 1 в скважину и заполнении ее водой через основные 4 и дополнительные 5 отверстия на заглушенном торце 3 эластичной оболочки 2 заряд опускается на дно скважины. Столб воды 6 в скважине возрастает от первоначального уровня Ню до уровня Нв. В процессе растворения окислителя нерастворившаяся часть ВВ 1 достигает уровня Н,. раствор окислителя 7 в эластичной оболочке 2 достигает уровня Нр.

Из условия равновесия выталкивающей силы и веса взрывчатого вещества 1 следует fXS Ah(S -S ); (1)

3скв э

Jx+Ah h ; (2)

в IH p S , (3)

3 вв о в

где S3, SCKB - площадь сечения соответственно заряда и скважины, м2;

ha - высота столба воды 6 относительно

нижнего торца эластичной оболочки 2 ,

м;

Н3 - высота столба ВВ, м;

рт, рв - плотность соответственно заряда

и воды;

g - ускорение свободного падения, м.с.

Учитывая, что в процессе взрыва породы в забойной части скважины могут разрушаться за счет гидроудара, а также что в процессе отстоя ВВ 1 в эластичной оболочке 2 может осесть за счет снижения уровня воды (Нв), обусловленного ее вытеканием в трещины, можно записать условие, при котором целесообразно осуществлять впуск воды в эластичную оболочку 2 по следующей математической зависимости

X + h Нм (4)

где h - допустимая высота недохода заряда до дна скважины, м,

Тогда из уравнения (4) с

уравнений (1), (2) и (3) получают

Р Н - H (1-K )+h,

Вр35

(5) S

К - 3

Л-

s S

гдеокв - отношение пло

сечения заряда и скважины.

Значение h 1-3 устанавли экспериментально.

Величину насыщенности раствора лителя определяют из математич

возражения

м к °

р Vр V

0000

о М +М р V р V +р V вор рввоо

, (6)

где М0, Мв - масса соответственно окислителя

и воды в растворе, кг; ра, рр - плотность соответственно окислителя и раствора, кг/мэ;

V V V

V0 V3 VD

объем соответственно

окислителя, воды в растворе м3. Из уравнения (6) следует

РР

V К - V ; 7) о о р р

V (1-К ) - V . (8)

во р р

в

По закону сообщающихся сосудов Рв Рр, где Р„, Рр - давление воды в растворе у основного 4 и дополнительного 5 отверстий Н/м2;

Р Н р g; (9)

в в в

Р Н р g. (10) р р р

Поэтому высота столба раствора 7 в эластичной оболочке 2 равна

Н - Н . (11)

р р в

Учитывая, что первоначальный объем воды в скважине после погружения заряда распределяется на образование раствора 7 и заполнение пространства между эластичной оболочкой и стенками скважины, можно записать

SJH.,- (. + VB (12) В случае, когда раствор 7 располагается выше столба заряда (Нр Н3), можно записать

Vp HpPS3 + (Hp - H3)-S3, (13) где Р - отношение объема пустот в заряде к объему заряда.

В случае когда раствор располагается ниже верхнего уровня заряда Щр Н ,), можно записать

Vp HpPS3 (14)

Из выражений (12), (13) и (14) с учетом выражений (7) и (11) после преобразований

получают

Н -К1-КП1-Р)- Н К.

1-К

Н Н

Р 3

(15)

Н

(1-К)

S

Н ЈН

Р 3

(16)

где К - насыщенность раствора окислителя в долях, единицы.

Если уровень воды Нв больше глубины скважины (Н) следует принимать Нв Н (17)

Учитывая, что часть массы ВВ переходит в раствор, можно записать

М

вв

Мвв„ + М„, (18)

где Мвв - заряжаемая масса ВВ,

МВВо - масса ВВ, оставшаяся в виде твердой фазы, кг;

М0 - масса окисления, перешедшего в раствор, кг.

Повышение качества дробления пород достигается за счет сохранения выполнения заряда эквивалентным по результатам работоспособности заряда в сухой скважине. Это означает прежде всего гарантию детонации заряда при соответствующем инициировании и близкого к расчетному (сухому) заряду действия в породах, которое характеризуется теплотой взрыва.

Раствор окислителя отдельно без твердой фазы с тротилом не взрывается, поэтому в процессе впуска воды в заряд и растворения окислителя может образовываться твердая фаза с различным содержанием тротила. При этом значительное содержание окислителя в сухих неводоустойчивых ВВ и относительно полное по высоте заряжение скважин обусловливают то, что твердая фаза будет находиться в концентрированном растворе окислителя.

Масса твердой фазы ВВ учетом допущения о равенстве пустот между гранулами сухого ВВ и твердой фазы равна

М

К р V

о р р

р

К Р -5о р

М

ВВо

выражения (8) м

следует, что

- 0,71-0,82-М

КР

С ошибкой, не превышающей 15% при любом соотношении содержания в твердой фазе тротила и окислителя, в качестве

критерия эквивалентности зарядов при водо- наполнении принято

Мвво const.

Учитывая, что раствор 7 селитры над зарядом взрывается, а сухая часть заряда ВВ 1 сохраняет свою работоспособность при расчете параметров, характеризующих предлагаемый способ, достаточно в качестве эквивалентных принять заряды твердой фазы, равными по геометрическим размерам.

Поэтому

Мвв СМС, (19) где Мс - масса сухого заряда, кг.

Из выражений (18) и (19) следует

с 1+

м

.(20)

При Нр Н3 из уравнений (6) (13) получают

ГР1

М Кр - Н -(l-P)H S .

ор р взз

L р

При Нр РН3 из выражений и (14) получают

М0 КРрвНД. (22) Масса ВВ

МВво Из выражений (20), получают

С l-K(l-P)

. (23) (21),

РР н

при Н Р

1+КР

- ПРИ Н Ј Нр

з

Н . (25)

Из анализа уравнений (15), (16), (24) и (25) следует, что значение С возрастает по мере увеличения концентрации раствора пористости ВВ 1, первоначального уровня воды в скважине, соотношения площадей сечения заряда и скважины, а также по мере уменьшения расчетной высоты заряда и насыпной плотности ВВ, причем концентрация прямой зависимостью связана с температурой раствора. Поэтому для установления границ диапазона увеличения массы заряда определяется С при крайних значениях указанных факторов соответствующих Смин и

Мвв - (Смин - Смакс)-Мс 1,05 - 2,00 Мс

Меньшему значению Смин 1,05 соответствует отрицательная температура воздуха. Соотношение площадей сечения заряда и скважины предельно возможное, при котором можно осуществлять подачу эластичной оболочки 2 в скважину с одновременным размещением в ней ВВ. Плотность соответствует максимальной насыпной плотности ВВ, которые могут быть

71

использованы по предлагаемому способу. Начальный уровень воды определен в соответствии с зависимостью (5). Высота заряда ВВ 1 соответствует максимальной глубине технологических скважин, используемых на карьерах за вычетом длины забойки.

Максимальному значению Смакс 2 соответствуют минимальное значение глубины технологических скважин 10 м и максимальный уровень первоначальной длины воды 10 м. Температура, концентрация и плотность раствора соответствуют максимальной t 20°C. Насыпная плотность заряда наименьшая для применяемых типов В В Высота заряда наименьшая, соответствующая максимальной высоте забойки 10 м для скважин диаметром d3 160 - 400 мм.

Если в эластичной оболочке 2 отсутствуют отверстия (порывы) кроме впускных 4 и 5, то обмен раствора и воды в скважине отсутствует.

В случае порыва эластичной оболочки 2 выше впускных отверстий 4 и 5 на Д Н по закону сообщающихся сосудов будут действовать два условия

р Н р Н ;(26)

- - - Р

(27)

р Р

р (Н -ДН) р (Н -ЛН).

Из этих условий следует, что

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

8

ДН р„-рр)0.

Физически это означает, что при расположении отверстий на разной высоте условия (26) и (27) одновременно не к выполняются, т.е. будет осуществляться обмен раствора в эластичной оболочке 2 и воды в скважине до уравнивания плотностей и будет вымываться из состава заряда окислитель. Это приведет к снижению работоспособности заряда. Поэтому при заряжении по предлагаемому способу в условиях, не исключающих порывов рукава, дополнительно в состав заряда необходимо вводить поверхностно-активные, клеящие или цементирующие вещества. Наряду с известной функцией гидрофобизации заряда эти вещества, покрывая пленкой твердые нерастворимые компоненты ВВ, а также самостоятельно в форме нерастворившихся взвешенных частиц, двигаясь с потоком воды, перекрывают более нижние отверстия. Это приводит к резкому снижению и исключению прочности жидкости в эластичной оболочке 2. При этом необходимо, чтобы создаваемые отверстия в эластичной оболочке 2 по своим размерам были меньше нерастворимых компонентов ВВ.

тельное впускное отверстие, а масса взрывчатого вещества определяется по математической зависимости

Мвв (1,05 - 2,0)Мс,

где Мвв - масса взрывчатого вещества в заряде для обводненной скважины, кг;

Мс - масса взрывчатого вещества в заряде

для сухой скважины, кг.

2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что взрывчатое вещество снабжено поверхностно-активным или клеящим компонентом.