забойка для скважин большого диаметра

Формула изобретения

1. Забойка для скважин большого диаметра, имеющая форму цилиндра с осевой внутренней полостью, непосредственно примыкающей к заряду взрывчатого вещества, и выполненная из композиционного материала с наполнителем повышенной плотности, отличающаяся тем, что полость внутреннего сечения забойки имеет вид вытянутой полусферы, совмещенной с усеченным конусом при соотношении длин сферической части и конической 1 : 1, общей длине забойки l_з = 5R_з, где R_з - радиус забойки, причем забойка снабжена распирающими лопастями для центрирования положения в скважине, а композиционный материал содержит полиэтилен высокого давления (ПВД) в качестве пластификатора.

2. Забойка по п.1, отличающаяся тем, что наполнитель композиционного материала кроме компонента повышенной плотности (КПП) содержит соль щелочноземельного металла в соотношении ПВД : КПП : СОЛЬ = 3 : 4 : 3.

3. Забойка по п.2, отличающаяся тем, что в качестве КПП использован песок SiO₂.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области буровзрывных работ, конкретно к запиранию зарядной полости (скважины) и может быть использовано в горной промышленности при отбойке горной массы на карьерах и угольных разрезах.

Известно, что качество внутренней забойки зависит прежде всего от применяемого забоечного материала и наиболее широкое распространение на практике получила забойка из глины, песка, мелкой породы, буровой мелочи и т.п., которым заполняется свободная после размещения заряда часть скважины [1].

Недостатками внутренней забойки из указанных материалов являются:

- недостаточный запирающий эффект, из-за слабого сцепления со стенками скважины забойки взрывом выбрасывается, не совершая работы по сдерживанию продуктов взрыва;

- при повышенном содержании влаги продукты взрыва прорываются через забойку.

Имеются также опыты по применению запирающих зарядов [1], что приводит к увеличению расхода ВВ, усложнению технологии заряжания и дополнительному пылегазообразованию в призабойном пространстве.

Наиболее близким техническим решением является:

инертный промежуток с осевой полостью, имеющей вид усеченного конуса (конусность 1: 7), соединенного меньшим основанием с осевым каналом и выполненный из композиционного материала с наполнителем повышенной плотности [2] . Недостатком данной разработки является значительное увеличение длины забойки с ростом диаметра зарядной полости и как следствие, при увеличении себестоимости приводит к технологическим трудностям при заряжании. Кроме того, применение указанного прототипа не учитывает выброс в окружающую атмосферу ядовитых газов, в больших количествах образующихся при массовом взрыве.

Задачей изобретения является повышение эффективности ведения взрывных работ путем запирания зарядной полости и поддержанием нагружения массива продуктами детонации (ПД) до полного его разрушения, с учетом требований экологической безопасности.

Задача решается тем, что для изготовления забойки используется материал, содержащий полиэтилен высокого давления в качестве пластификатора, в наполнителе, кроме компонента повышенной плотности (например, SiO₂), присутствует соль щелочноземельного металла, выполняющая роль как ингибитора воспламенения, так и катализатора для восстановления промежуточных продуктов окисления в конечные, в соотношении ПВД : наполнитель : соль = 3 : 4 : 3, причем профиль внутреннего сечения забойки имеет вид вытянутой полусферы, совмещенной с усеченным конусом, при соотношении длин сферической части и конической 1:1 и общей длине забойки l_з = 5R_з, где R_з - радиус забойки, соизмеримый с радиусом зарядной полости, причем для центрирования положения забойки в скважине предусмотрены распирающие лопасти.

При этом достигается: упрощение технологии заряжания, снижение удельного расхода ВВ, низкая себестоимость забойки при уменьшении выброса в окружающую атмосферу мелких пылевых фракций и токсичных составляющих продуктов взрыва.

Устройство забойки поясняется чертежами (фиг. 1 и 2), на которых показано изделие в форме цилиндра 1 с входным диффузором 2, имеющим форму вытянутой полусферы и выходным каналом 3, имеющим форму усеченного конуса, широким основанием примыкающим к своду полусферы. Для центрирования положения забойки в скважине со стороны выходного отверстия имеются распорные лопасти 4, расположенные симметрично по длине окружности цилиндра. Диаметр цилиндра соответствует диаметру зарядной полости. Длина забойки составляет 2,5 диаметров. Отношение длины входного диффузора к выходному каналу составляет 1:1, так как поверхность вытянутой полусферы рассчитана таким образом, что представляет аппроксимацию суммарного угла поворота стенки ^o_i для системы косых скачков уплотнения ПД в начальной стадии и прямом скачке при ее завершении, позволяющих снизить скорость вылета последних через выходной канал до критической на первом этапе. Для усеченного конуса получено соотношение большего радиуса к меньшему 3:2, как обеспечивающих оптимальное разрушение пограничного слоя в течение времени работы забойки.

Для изготовления забойки используется материал, содержащий полиэтилен высокого давления в качестве пластификатора, а в наполнителе, кроме компонента повышенной плотности, присутствует соль щелочноземельного металла, выполняющая роль как ингибитора воспламенения, так и катализатора для восстановления промежуточных продуктов окисления в конечные, в соотношении ПВД : наполнитель : соль = 3 : 4 : 3.

Забойка работает следующим образом - после преломления детонационной волны в пространстве скважины происходит взаимодействие ударной волны с входным диффузором забойки. Появление ударно-волновой конфигурации во входном диффузоре приводит к повышению давления, и при выбранных пластических характеристиках материала забойки - к улучшению распора последней в скважине без существенного нарушения формы.

После отражения ударной волны наступает квазистационарная стадия взаимодействия ПД с забойкой, характеризуемая установлением критических параметров их истечения через выходной канал. По мере истечения ПД происходят процессы плавления и пластического деформирования материала забойки, которые приводят к изменению профиля внутреннего канала, одновременно позволяя ингибитору, содержащемуся в материале забойки, вступать во взаимодействие с ПД и выполнять, с одной стороны, роль пламегасителя, а с другой - выступать в качестве катализатора для восстановления окиси азота в азот и окисления окиси углерода в углекислый газ.

Выбранный профиль конического сечения выходного канала позволяет поддержать режим критического истечения ПД и удерживать среднее давление в скважине в течение времени, достаточного для разрушения массива, т.о., если разрушение породы на динамической стадии будет увеличено незначительно, то параметры разрушения породы на квазистатической стадии существенно повысятся, что приводит к возможности уменьшения удельного расхода используемого ВВ.

Использованная литература

1. Кутузов Б.Н. Взрывные работы.-М.: "Недра", 1988, с. 223 и 224

2. Миндели З.О. и др. Забойка шпуров.-М.: Недра, 1967, с. 48 и 49.