Ампула-герметизатор для забойки шпуров Советский патент 1991 года по МПК F42D1/08 

Изобретение относится к средствам техники безопасности и способам их реализации, направленным на предотвращение взрывов пылегазовоздушных смесей и повышение эффективности взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли, а именно к конструкции ампул и способов по созданию забойки шпуров (гидрозабойкой, забойкой пластичными и гелеобразными материалами).

Известно, что применение забойки при ведении взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли, позволяет повысить безопасность ведения взрывных работ и эффективность взрыва (КИШ - коэффициент использования шпура, снизить удельный расход ВВ на м3 горной породы, угля, объем

шпуров, улучшить дробление разрушаемого массива и др.).

Эти положительные эффекты достигаются путем герметизации шпура, предотвращающей в первоначальный момент взрыва выброс раскаленных продуктов детонации взрывчатого вещества (ВВ) из шпура в взрывоопасную (пылегазовоздушную) среду; удержания в течение определенного времени газообразных продуктов детонации ВВ в шпуре совершения ими полезной работы взрыва; флегматизации или ингиби- рования взрывоопасной среды в горной выработке путем взрывного распыления флегматизирующего (ингибирующего) материала, применяющего для забойки.

Кроме того, забойка должна надежно заклинивать заряд В В для удержания его в

О

о со ел

восходящих шпурах, что предотвращает раздвижку патронов заряда В В при взрыве смежных шпуровых зарядов.

Наиболее перспективными забоечными материалами для ведения взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли, являются пластичные, зернистые и жидкостные.

Пластичную и жидкостную забойку, как правило, применяют в ампулах из эластичного полимерного материала. Ампула, заполненная пластичным или жидкостным забоечным материалом (водой, гелем, пастой), благодаря конфигурации и форме своего объема, должна фиксироваться в шпуре и удерживать заряд ВВ в нем. Диаметр ампулы в заполненном состоянии должен максимально приближаться к диаметру шпура или скважины, обеспечивая свободную ее досылку без разрушения.

Практическая реализация одновременно всех этих требований затруднена.

Известна забивочная ампула для шпуров, содержащая камеру и самозакрывающийся клапан. Ампула представляет собой продолговатый трубчатый элемент, который несколько сужен в направлении донной части. Другой конец ампулы снабжен самозакрывающимся клапаном. Ампула состоит из двух слоев термопластичного материала, накладываемых друг на друга и соединенных по кромке друг с другом по направлению внутрь несколько сходящимися швами, образующими суживающийся внутрь входной канал.

Недостатком такой ампулы является то, что форма ее тела не обеспечивает фиксацию ампулы в шпуре или скважине, что не позволяет применять их в наклонных шпурах и скважинах и не предотвращает выброс раскаленных газов в начальный момент взрыва, повышая взрывоопасность в призабойном пространстве.

В особенности этот недостаток ярко проявляется при заполнении ампул измельченным твердым материалом. При заполне- нии же водой или пастообразными материалами эластичная ампула, благодаря незначительному избыточному давлению заполняющего материала, приобретает слегка изогнутую форму и стремится сохранить ее в скважине или шпуре под действием упругого сжатия стенками скважины или шпура и, следовательно, удерживается в этом положении. Однако и их надежность очень низкая.

Для обеспечения эффекта заклинивания ампул, наполненных измельченным за- боечным материалом, предложено использовать ампулы диаметром несколько большим, чем диаметр взрывчатых патронов, и заполненных с сохранением некоторого свободного объема, обеспечивающего возможность деформации в процессе эксплуатации без разрывов.

При забойке не полностью заполненная

ампула сжимается, перекручивается в нескольких местах. Зто вызывает смещение перекрученных частей по отношению к продольной оси скважины или шпура и защем0 ление стенками этих каналов. Как утверждают авторы изобретения, благодаря наличию в ампуле свободного объема, эти деформации являются постоянными, и ампула полностью прочно закрывает попереч5 ное сечение скважины.

Такое решение действительно дает некоторый эффект при использовании тонкоизмельченного (80% по весу с диаметром частиц не менее 1 мм или более 60% по весу частиц с диаметром менее 0,3 мм) забоечно0 го материала. Однако этот эффект недостаточно надежен, а приемы его достижения не технологичны.

Известна также самозакрывающаяся ампула водяной забойки, которая. имеет

5 изогнутую форму тела с одним или несколькими перегибами по длине патрона. Ампулу заполняют водой под избыточным давлением. Поэтому закрепление ее в канале обеспечивается за счет собственной упругости

0 без каких-либо дополнительных средств, что позволяет применить ее в наклонных шпурах и скважинах. Однако такая конструкция ампулы не обеспечивает надежной изоляции газообразных продуктов взрыва.

5 Известна аналогичная самотормозящаяся водяная ампула, представляющая собой контейнер из искусственного материала, имеющий по меньшей мере один изогнутый участок на нем - участок излома в форме

0 канавки. Причем с обоих концов канавки на стенках ампулы расположены обжимы.

Такая конструкция имеет несколько большую жесткость, что повышает надежность ее заклинивания. Однако задача пред5 отвращения возможности выброса раскаленных газообразных продуктов в начальный момент взрыва такой конструкцией не решается, так как ампула не перекрывает канал шпура или скважины по всему сече0 нию, а лишь благодаря упругости касается стенок канала в нескольких точках, рассредоточенных по его .длине и удерживается в наклонных каналах.

Известно также изобретение, согласно

5 которому саморасклинивающаяся ампула для забойки содержит камеру и обратный клапан, противоположный клапану, имеет конусообразное уширение. В этом изобретении также успешно решена задача самозаклинивания ампул с водяной забойкой в наклонных и вертикальных каналах. Кроме того, такая ампула отличается более простой конструкцией по сравнению с известными изогнутой формы- и более надежным способом забойки.

Под действием забойника плоское или вогнутое коническое дно деформируется, втягиваясь внутрь, и свободно входит в шпур. Затем после снятия усилия забойника коническая часть ампулы стремится при- нять первоначальное положение за счет уширения и избыточного давления заполненной ампулы, фиксируя ее в шпуре или скважине, не перекрывая при этом полностью его поперечное сечение.

Недостатком такой конструкции ампулы является то, что она не предотвращает начальный выброс раскаленных продуктов детонации ВВ при взрыве вследствие существующих зазоров между стенкой скважины или шпура и телом ампулы. Кроме того, самозаклинивание ампулы такой конструкции низкое, вследствие того что конусообразное уширение лишь на коротких участках соприкасается с его стенками. Этот недостаток усугубляется при заполнении ампул геле или пастообразным забоечным материалом, удельный вес которого значительно превышает удельный вес воды (до 2 г/см, что снижает эффект расклинивания при ис- пользовании- их в наклонных и вертикальных шпурах и скважинах.

Способ создания качественной запирающей забойки в шахтах, опасных по газу и пыли, с использованием ампул вышепере- численных изобретений предусматривает применение дополнительной запирающей забойки (песчано-глинистой длиной не менее 150мм).

Производственно-экспериментальным управлением по буровзрывным работам Донбасса предложена самозапирающаяся ампула для забойки шпуров (АСЗ).

Самозапирающаяся ампула для забойки шпуров (АСЗ) представляет собой поли- этиленовую камеру с обратным клапаном. При заполнении ее забоечным материалом принимает цилиндрическую форму переменного диаметра с клинообразной стопорной донной частью. Диаметр герметизирующей части на 2-3 мм меньше диаметра шпура. Применение такой ампулы с забоечным материалом позволяет герметизировать шпур и удерживать заряд ВВ в нем.

Недостатком такой ампулы является то, что забоечный материал в ней должен постоянно находиться под избыточным внутренним давлением, Снижение избыточного

внутреннего давления приводит к снижению ее запирающей эффективности. Это накладывает ограничения на гарантийный срок годности ампул с забоечным материалом, условия их транспортирования и хранения. Кроме того, условия применения одного типоразмера ампулы ограничены диаметрами шпуров, разнящимися в пределах 2-3 мм.

Целью предлагаемого устройства и способа его применения является создание качественной забойки для шпуров при ведении взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли (герметизация шпура возле заряда В В, его фиксация и инертизация взрывоопасной среды); улучшение технологичности и надежности забойки при применении ее в шахтном производстве; исключение использования дополнительной запирающей забойки (песчано-глинистой); повышение уровня безопасности при вращении шпуровых зарядов ВВ в шахтах, опасных по газу и пыли.

Цель достигается тем, что предлагаемая ампула для забойки представляет собой эластичную оболочку, наполненную жидкостным или пластичным забоечным материалом (водой, гелем, пастой и др.), которая состоит из складывающейся шароообраз- ной горловины с обратным клапаном, герметизатора, донного герметизирующегося складывающегося стопора; диаметр ампулы на участке герметизатора максимален, но меньше диаметра шпура на 3-5 мм, так как при разнице диаметров меньше, чем на 3 мм, ухудшается досылка ампулы в шпур, а при разнице диаметров более, чем на 5 мм, ухудшается герметизация шпура; при складировании шарообразной горловины и герметизирующего стопора создается избыточное давление в ампуле, что влечет за собой увеличение диаметра герметизирующей части, так как на этом участке ампула имеет максимальный диаметр; перед применением ампулы-герметизатора в ней не требуется избыточное внутреннее давление; способ создания запирающей забойки с использованием ампулы-герметизатора исключает применение дополнительной запирающей забойки (песчано-глинистой).

Предлагаемая конструкция ампулы-герметизатора и способ ее применения для забойки шпуров в сравнении с известной обладает существенными отличиями: применение ампулы в шахтах, опасных по газу и пыли, позволяет создать более качественную забойку для шпуров за счет герметизации, а также удержания заряда ВВ в нем; применение ампулы в шахтах, опасных по газу и пыли, позволяет исключить дополнительную запирающую песчано-глинистую забойку (пыжи); ампула, заполненная забоечным материалом, легче досылается в шпур, так как благодаря конструкции герметизирующегося складывающегося стопора при ее досылке образуется подушка, в результате чего повышается избыточное давление в ампуле и ее упругость; увеличивается гарантийный срок годности ампул с забоечным материалом при транспортировке и хранении в шахтных условиях, так как в ампуле не требуется избыточное внутреннее давление перед ее применением; повышается уровень безопасности при взрывных работах в шахтах, опасных по газу и пыли.

На фиг.1 показана предлагаемая ампула; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З

-положение ампулы на участке герметизатора.

Ампула получена путем сваривания фигурным сварным швом 1 двух слоев полиэтиленовой пленки 2 с подвернутыми внутрь концами, образующими обратный клапан 3.

Ампула состоит из следующих четырех частей; складывающаяся шарообразная горловина с обратным клапаном (I); конусная (II); герметизирующая (III); донная герметизирующего складывающегося стопора (IV).

Складывающаяся шарообразная горловина представляет собой сферическое утолщение, которое содержит проход, образованный подвергнутыми внутрь лепестками обратного клапана, предназначенный для заполнения ампулы забоечным материалом. При упоре в патрон В В или в предыдущую ампулу от толчкового усилия сферическое утолщение, подворачиваясь, складывается в направлении конусной части ампулы. Этим обеспечивается фиксация

и подпор патрона ВВ.

Конусная часть ампулы представляет собой конус, служащий местом для подвергнутой складывающейся шарообразной горловины.

Герметизирующая часть ампулы представляет собой цилиндр с наибольшим диаметром ампулы, который на 3-5 мм меньше диаметра шпура. Длина герметизирующей части ампулы должна быть не менее 75 мм из условия применения двух таких ампул на шпур.

Донная масть герметизирующего складывающегося стопора ампулы представляет собой конус, на вершине которого расположено клинообразное сферическое утолщение.

Способ создания запирающей забойки с использованием ампулы-герметизатора заключается в следующем.

Полиэтиленовые ампулы заполняются

забоечным материаломл(водой, гелем, пастой) до начала производства взрывных работ (ВР) и складируются в выработке недалеко от места производства В Р. Досылка ампулы в шпур осуществляется головной

0 частью вперед. Ампула рукой легко вводится в шпур, так как диаметр ампулы на участке герметизатора максимален, но на 3-5 мм меньше диаметра шпура, а клинообразное сферическое утолщение донного стопора

5 ампулы больше диаметра шпура, поэтому складывается подобно ласточкиному хвосту, расклинивая ампулу. Дальнейшая досылка ампулы в шпур осуществляется забойником.

0 При воздействии забойником на ампулу донный стопор подворачивается, образуя подушку, которая препятствует одеванию ампулы на забойник. При этом повышается внутреннее давление в ампуле и повышает5 ся ее упругость. Ампула легко досылается по каналу шпура.

При упоре ампулы в препятствие (патрон В В, другая ампула) от действия нескольких толчковых усилий забойником

0 складывающиеся шарообразная горловина и донный герметизирующий стопор полностью в противоположном направлении друг другу складывается и заклинивается.

Складывание шарообразной горловины

5 и клинообразного сферического утолщения донного герметизирующего стопора происходит на участках наименьшего диаметра. При этом в ампуле создается избыточное внутреннее давление, которое приводит к

0 увеличению диаметра ее герметизирующей части, так как в этой части диаметр ампулы наибольший, значит больше и деформации. В результате ампула на участке герметизатора увеличивается до диаметра шпура и

5 герметизирует его. Такое положение ампулы показано на фиг.2.

Заряд ВВ в шпуре надежно заклинен двумя ампулами, имеющими общую длину не менее 500 мм (согласно требованию

0 Единых правил безопасности при ВР).

При взрыве шпурового заряда ВВ исключается в первоначальный момент взрыва выброс из шпура раскаленных продуктов детонации ВВ в взрывоопасную среду, так

5 как в донной и герметизирующей частях ампулы шпур герметизирован. Длина герметизатора ампулы должна быть не менее 7&,0 мм (из расчета 2 ампулы на шпур). Согласно требованию Руководство по применению забойки в угольных шахтах длина запирающей песчано-глинистой забойки должна быть не менее 150 мм.

Забоечный материал от действия взрыва заряда ВВ, удерживая в течение определенного времени газообразные продукты взрыва ВВ, в последующем вылетает из шпура, распыляясь в призабойном пространстве. Распыление флегматизирующе- го (ингибирующего) забоечного материала производит инертизацию взрывоопасной пылегазовоздушной среды, предотвращая ее воспламенение.

В результате использования конструкции ампулы и способа ее применения создается качественная забойка для шпуров при ведении взрывчатых работ в шахтах, опасных по газу и пыли, без использования дополнительной запирающей Забойки (песчано-глинистой).

Повышается технологичность и надежность забойки для шпуров при применении ее в шахтном производстве, так как ампулы при применении не требуют избыточного внутреннего давления в них, что увеличивает гарантийный срок годности при транспортировке и хранении их в шахтных условиях.

Повышается уровень безопасности при взрывании шпуровых зарядов ВВ в шахтах, опасных по газу и пыли, за счет достижения вышеперечисленных преимуществ.

Конструкция ампулы и способ ее применения в сравнении с известной позволяет достигнуть положительный эффект за счет сокращения времени и трудозатрат на заряжание забоя в результате исключения использования дополнительной запирающей забойки и уменьшения расхода ампул с забоечным материалом на заряжание забоя, так как не требуется избыточное внутреннее давление в них для досылки их в шпур, от чего увеличивается гарантийный срок их

хранения и исключается возможность разрушения оболочки ампулы при досылке ее в шпур; повышения коэффициента использования шпуров; повышения уровня безопасности при ведении взрывных работ в

шахтах, опасных по газу и пыли.

Экспериментальные образцы ампул, заполненных забоечным материалом (водой, пластичной забойкой ПЗМ-3), проверены в лабораторных условиях.

Ф ормул а и зобрете н и я

1.Ампула-герметизатор для забойки шпуров, выполненная из эластичного материала в виде камеры переменного диаметра с обратным клапаном для заполнения ее

флегматизирующим забоечным материалом, отличающаяся тем, что, с целью повышения безопасности работ за счет повышения надежности и технологичности забойки в шахтах, опасных по газу и пыли,

камера выполнена в виде трех последовательно расположенных секций - шарообразной горловины с обратным клапаном, герметизатора в виде цилиндра, соединенного обоими основаниями с большими основаниями усеченных конусов, донного герметизирующего стопора в виде усеченного кожуха и клинообразного дна, при этом секции соединены между собой меньшими основаниями усеченных конусов.

2.Ампула-герметизатор по п. 1, о т л и ч- а ю щ а я с я тем, что в поперечном сечении периметр у донного герметизирующего стопора больше, чем у герметизатора.

А-А

3

vФИ2.2.

8 УХУ/4 &С УХ ЙУ

#№/,

Изобретение относится к средствам техники безопасности при взрывных работах. Цель изобретения - повышение надежности и технологичности забойки в шахтах, опасных по газу и пыли. Ампула-герметизатор выполнена из эластичного материала в виде трех секций - шарообразной горловины с обратным клапаном, герметизатора в виде цилиндра, соединенного обоими основаниями с большими основаниями усеченных конусов, донного герметизирующего стопора в виде усеченного конуса и клинообразного дна. Ампулу-герметизатор заполняют флег- матризирующим забоечным материалом и досыпают в шпур. В результате повышается избыточное давление в ампуле-герметизаторе и она надежно расклинивается в шпуре. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.