способ загрузки водосодержащих взрывчатых веществ в шпуры или патроны

Формула изобретения

1. Способ загрузки водосодержащих взрывчатых веществ в шпуры или патроны, включающий подачу неактивированного водосодержащего взрывчатого вещества с помощью насоса для подачи суспензии в загрузочную трубу и подвод газообразующей добавки к наконечнику на конце загрузочной трубы так, чтобы неактивированное водосодержащее взрывчатое вещество активировалось до конечного водосодержащего взрывчатого вещества, отличающийся тем, что к неактивированному водосодержащему взрывчатому веществу после того, как оно было подано в загрузочную трубу, добавляют газообразующую добавку, которую вводят в центральную область потока указанного вещества в загрузочной трубе так, чтобы газообразующая добавка тонкой нитью проходила по центру загрузочной трубы и неактивированное водосодержащее взрывчатое вещество и газообразующая добавка перемешивались в наконечнике на конце загрузочной трубы, когда указанное неактивированное водосодержащее взрывчатое вещество входит в шпур или в патрон для его активации до конечного водосодержащего взрывчатого вещества.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в течение загрузки вдоль стенки загрузочной трубы впрыскивают смазывающую жидкость.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся применением неактивированного водосодержащего взрывчатого вещества эмульсионного типа.

4. Способ по п. 1, отличающийся применением газообразующей добавки, растворенной в воде или другом растворителе.

5. Способ по п. 1, отличающийся применением водной газообразующей добавки, которая эмульгирована до водомасляной эмульсии.

6. Способ по п. 4 или 5, отличающийся тем, что газообразующей добавкой является нитрит натрия.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для уменьшения давления насоса в качестве смазывающей жидкости используют чистую воду.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что смазывающей жидкостью является вода, в которую добавлен нитрат аммония или другие нитраты, перхлораты или их смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится в общем к насыщенным газом объемным водосодержащим взрывчатым веществам и, в частности, к насыщенным газом объемным взрывчатым веществам типа эмульсионной суспензии.

Более конкретно настоящее изобретение относится к способу загрузки и активации водосодержащего взрывчатого вещества в шпуре или к заполнению и активации водосодержащего взрывчатого вещества в гильзах или патронах.

Водосодержащие взрывчатые вещества, как правило, загружают из мобильного устройства для загрузки так называемой суспензии, смешиваемой на рабочем участке, или из мобильного устройства для загрузки так называемой эмульсии, активируемой на рабочем участке, непосредственно в шпурах заказчиков. Оборудование, применяемое при загрузке насыщенных газом водосодержащих взрывчатых веществ, принципиально аналогично оборудованию, применяемому при загрузке суспензии, смешиваемой на рабочем месте, за исключением того, что обычно не применяют водную смазку, поскольку это приводит к ухудшению качества получаемой суспензии вследствие уменьшения энергии и ухудшения детонационных свойств взрывчатого вещества.

Принцип применения мобильного устройства для загрузки объемной суспензии, смешиваемой на рабочем участке, которое обеспечивает подачу так называемой активированной эмульсионной суспензии микросферических частиц, описан в патенте США 5526633.

Как правило, желательно, чтобы водосодержащие взрывчатые вещества имели высокую вязкость так, чтобы суспензия не вытекала в стыках и трещинах в горной породе в течение или после загрузки (заряжания), или так, чтобы суспензия не вытекала из просверленного и заряженного шпура. Для нагнетания таких высоковязких водосодержащих взрывчатых веществ из мобильного загрузочного устройства в шпур посредством насоса часто возникает необходимость смазки внутренней поверхности загрузочной трубы тонкой водной пленкой или водой, которая уменьшает давление насоса. Из патента США 4273147 известно, что благодаря применению водной смазки или воды, к которой добавлен нитрат аммония (аммиачная селитра), которая смазывает загрузочную трубу, становится возможным нагнетание суспензии через длинную загрузочную трубу малого диаметра без приложения высокого давления насоса.

До того, как в общем стало известно содержание патента США 4273147, загрузку объемных водосодержащих взрывчатых веществ осуществляли без применения "смазывающей воды", но в настоящее время такую загрузку могут осуществлять при наличии суспензий низкой вязкости, которые нагнетают только на относительно короткие расстояния или при загрузке водосодержащих взрывчатых веществ в патроны.

В патенте США 4615752 описано, как можно нагнетать эмульсию низкой вязкости с водной смазкой и затем увеличивать вязкость эмульсии на конце трубы. Для обеспечения достаточной смазки водная пленка должна иметь заданную толщину, которую обычно получают путем введения воды в виде цилиндрического кольца, причем ее содержание в суспензии составляет 2-5 мас.%. В некоторых случаях может оказаться необходимым введение свыше 5 мас.% воды.

Изготовители взрывчатых веществ постепенно все более и более осознавали преимущества применения так называемой насыщенной газом суспензии вместо суспензии, которую активировали с помощью микросферических частиц или других пористых твердых добавок.

Если суспензия должна быть насыщена газом, то это может быть осуществлено либо введением газообразующей добавки в матрицу суспензии (то есть в неактивированное водосодержащее взрывчатое вещество) в смесительной камере, как правило, непосредственно перед поступлением суспензии в насос для подачи суспензии, предназначенный для нагнетания в шпур или в патрон, либо газообразующая добавка может быть введена в суспензию на конце загрузочной трубы непосредственно перед средством для статического перемешивания.

Газообразующая добавка может быть либо подана к наконечнику трубы по отдельному трубопроводу, либо, как описано в патенте GB 2204343A, газообразующая добавка может быть введена в смазывающую воду.

Однако в промышленных условиях такое перемешивание на конце трубы практически используется только в очень ограниченных случаях применения вследствие связанных с ним некоторых практических трудностей. Трудно найти пригодные аппаратные средства, которые бы плотно прилегали в трубе и которые обеспечивали бы достаточно эффективное перемешивание, но кроме того весьма проблематично подвод газообразующей добавки к концу трубы воспроизводимым и практически целесообразным способом.

Несмотря на указанные трудности, связанные с газообразованием на конце загрузочной трубы, такой способ предлагает также много преимуществ, которые заключаются в том, что суспензия может быть переведена в газообразное состояние на конце загрузочной трубы как в системе суспензии, перемешиваемой на рабочем участке, так и в системе эмульсии, активируемой на рабочем участке.

В этом случае достигается повышенная безопасность, принимая во внимание тот факт, что все производство взрывчатого вещества осуществляется в шпуре или на безопасном расстоянии от производственного оборудования. Загрузочная труба будет содержать только небольшие количества взрывчатого вещества даже при возникновении необходимости остановки процедуры загрузки по непредвиденным причинам. (Загрузочная труба современной системы суспензии, перемешиваемой на рабочем участке, может содержать до 50 кг взрывчатого вещества). Отсутствует необходимость нагнетания или механической обработки конечного взрывчатого вещества. Если в процессе введения загрузочной трубы или в процессе нагнетания суспензии детонируется зажигание, то детонация не может распространяться в загрузочной трубе назад в мобильное загрузочное устройство.

Как указано выше, в патенте GB 2204343 А описан способ, в котором газообразующую добавку подают к концу трубы путем введения в пленку водной смазки. Однако это приводит к возникновению некоторых проблем.

Во-первых, с помощью технологии, описанной в патенте GB 2204343 А, не представляется возможным насыщать газом эмульсии с нитритом, как описано в патенте Норвегии 155691. Таким образом нельзя получить безопасного и воспроизводимого газообразования, если перемешивание газообразующей добавки и эмульсии происходит с малой интенсивностью, которая часто имеет место при ограниченном статическом перемешивании газообразующей добавки на конце трубы.

Кроме того, не представляется возможным введение нитрата аммония в смазывающую воду, как описано в патенте США 4273147, поскольку нитрат аммония будет вступать в реакцию с нитритом, и после этого газообразование будет иметь место в процессе получения смеси смазка/газообразующая добавка.

Если загрузочную трубу оставить на некоторое время с суспензией, то водная пленка будет постепенно абсорбирована суспензией, и при запуске для предотвращения остановки загрузки может потребоваться большое количество водной пленки. На известном уровне техники это приведет к изменению плотности суспензии и к нежелательному качеству продукта.

Для уменьшения плотности суспензии до данного уровня необходимо вводить некоторое количество газообразующей добавки с данной концентрацией. Как указано выше, содержание водной пленки в суспензии будет составлять 2-5 мас. % и в том случае, если водная пленка должна служить в качестве водной пленки и газообразующей добавки, то концентрация газообразующей добавки должна быть резко уменьшена по сравнению с концентрацией, которую применяют обычно. Это означает, что в конце трубы необходимо вводить большее количество газообразующей добавки, чем обычно, а также то, что газообразующая добавка сильно разбавлена по сравнению с газообразующей добавкой, которую применяют обычно. Было установлено, что более трудно и менее эффективно осуществлять перемешивание с более высоким количеством газообразующей добавки, которая помимо всего прочего находится в разбавленном состоянии.

Кроме того утрачивается возможность изменения плотности в одном и том же шпуре путем введения небольшой или большой газообразующей добавки, поскольку это повлияет на водную смазку, а проблемы, связанные с водной смазкой, приведут к засорению загрузочной трубы и остановке производства.

В соответствии с настоящим изобретением предусмотрен способ загрузки и активации водосодержащего взрывчатого вещества в шпуре или загрузки и активации водосодержащего взрывчатого вещества в гильзах и патронах. Предлагаемый способ отличается тем, что в неактивированное водосодержащее взрывное вещество после того, как оно было закачано с помощью насоса для подачи суспензии в загрузочную трубу, вводят газообразующую добавку, подаваемую в центральную часть загрузочной трубы и проходящую в ней тонкой нитью, причем неактивированное взрывное вещество и введенную газообразующую добавку перемешивают в наконечнике загрузочной трубы так, чтобы неактивированное водосодержащее взрывное вещество не активизировалось до конечного водосодержащего взрывного вещества до тех пор, пока оно не загрузится в шпуры или не заполнит гильзы/патроны.

При зарядке шпуров смазывающую воду соответственно впрыскивают вдоль стенки загрузочной трубы.

Введение газообразующей добавки может иметь место после насоса для подачи суспензии, но предпочтительно перед возможной водной смазкой. Газообразующая добавка может быть введена в принципе в загрузочную трубу в любом месте, после насоса для подачи суспензии и независимо от того, используется или не используется "смазывающая вода".

"Нить" газообразующей добавки следует с потоком суспензии, не смешиваясь с ним, через загрузочную трубу, длина которой может составлять 100 м, и в конечном счете однородно перемешивается с суспензией на конце загрузочной трубы так, чтобы суспензия образовывала газовые пузыри и благодаря этому ее плотность уменьшалась до требуемого уровня.

Суспензия остается в качестве "оболочки" вокруг газообразующей добавки, но поскольку контактная поверхность между газообразующей добавкой и суспензией так мала, эти два вещества не будут вступать в реакцию до тех пор, пока они не достигнут конца трубы, где имеет место однородное перемешивание суспензии, газообразующей добавки и возможной смазывающей воды.

Газообразующей добавкой может быть, например, водный раствор нитрита, или ей может быть раствор нитрита, эмульгированный до водомасляной эмульсии (см. патент Норвегии 155691). Могут быть также использованы другие газообразующие добавки, например раствор перекиси водорода. Для растворения газообразующей добавки можно также применять другие растворители, чем вода.

Смазывающей водой может быть чистая вода или вода, в которую добавлены нитраты, перхлораты и их смеси так, чтобы общее содержание воды в суспензии было не слишком высоко при смешивании с ней на конце трубы. В соответствии с этим суспензия сохраняет свои детонатоционные свойства и свою силу (энергию) даже в том случае, если смазывающую воду смешивают с суспензией на конце загрузочной трубы.

По сравнению с известным уровнем техники введение газообразующей добавки указанным способом предлагает несколько преимуществ.

Благодаря применению в смазывающей воде нитрата аммония не будет уменьшения энергии и рабочих характеристик суспензии в противоположность той ситуации, когда в качестве смазывающей воды применяют воду с нитритом, как описано в патенте GB 2204343 А.

Газообразование с нитритом, в частности с нитритом натрия, вводимым в соответствии с настоящим изобретением, приводит к более надежному газообразованию с пренебрежимыми вариациями плотности суспензии, так что качество конечного продукта выше, что, следовательно, означает, что продукт менее опасен с точки зрения детонатоционного разрушения.

Время, которое проходит прежде, чем завершится газообразование в соответствии с настоящим изобретением, будет зависеть прежде всего от температуры и рН матрицы суспензии. Как правило, период газообразования будет составлять от 1 до 5 мин.

Поскольку в способе, соответствующем настоящему изобретению, можно использовать повышенное количество смазывающей воды для предотвращения засорения трубы и еще удерживать должное количество газообразующей добавки, остановка загрузки с суспензией в загрузочной трубе не создает проблем, которые имеют место при применении технологии, описанной в патенте GB 2204343 А. Способ, соответствующий настоящему изобретению, может быть также использован даже в том случае, если для уменьшения давления насоса не применяют "смазывающую воду".

На фиг.1 иллюстрируется пример того, как настоящее изобретение может быть использовано для заряжания шпура. Как показано на фиг.1, неактивированное водосодержащее взрывчатое вещество (матрицу суспензии) 1 нагнетают насосом 2 для подачи суспензии в загрузочную трубу 3, 12 (которая может содержать жесткую часть 3 и более гибкую часть (шланг) 12), в которую посредством насоса 5 через расходомер 4 вводят газообразующую добавку 6 в точку 7 ввода, которая находится в центре загрузочной трубы 3, 12 суспензии. После этого водосодержащее взрывчатое вещество 1 поступает к узлу 8 водной смазки, в который насосом 10 нагнетают смазывающую воду 9 через расходомер 11 к узлу 8 водной смазки, в котором смазывающая вода 9 образует тонкую цилиндрическую оболочку между стенкой загрузочной трубы 3, 12 суспензии и вокруг потока водосодержащего взрывчатого вещества 1. В соответствии с этим водосодержащее взрывчатое вещество 1 с сердцевиной из газообразующей добавки 6 и пленкой смазывающей воды 9 на наружной поверхности проходит через жесткую часть 3 загрузочной трубы суспензии и через более гибкую часть 12, через фитинг 16 к концу гибкой части 12 загрузочной трубы, где все три составляющих перемешиваются в узле 13 статического перемешивания. Таким образом активируется водосодержащее взрывчатое вещество 1 в то время, как оно загружено в шпур 14, который пробурен в горной породе 15, которую необходимо взорвать.

Аналогичным способом можно заряжать патроны, в котором загрузка не осуществляется в шпуре, а в патрон или гильзу, в частности, в пластмассовые патроны или в бумажные или картонные гильзы. После этого патрон или гильза, заряженная взрывчатым веществом, может быть введена в шпур. Это может быть, например, желательным, если условия затрудняют приблизиться мобильному загрузочному устройству. Преимущество применения способа загрузки водосодержащих взрывчатых веществ, соответствующего настоящему изобретению, в гильзы и патроны заключается также в том, что при использовании этой технологии окончательно активированного взрывчатого вещества не существует до тех пор, пока после заполнения патронов или гильз не пройдет несколько минут. Благодаря этому само взрывчатое вещество удалено от производственного узла и взрывчатое вещество находится только в охлаждающихся узлах или в конечных боксах, где механические напряжения пренебрежимо малы. Это уменьшает опасность нежелательной детонации в процессе производства.

На фиг.2 иллюстрируется пример того, как настоящее изобретение может быть использовано для загрузки водосодержащих взрывчатых веществ в патроны. Как показано на фиг. 2, матрицу 1 суспензии (которая является неактивированным водосодержащим веществом) соответствующего эмульсионного типа нагнетают с помощью насоса 2 для подачи суспензии в загрузочную трубу 3, в которую посредством насоса 5 через расходомер 4 вводят газообразующую добавку 6 в точку 7 ввода, которая расположена в центре загрузочной трубы. Матрица 1 суспензии (которая еще не активирована) проходит через загрузочную трубку 3 к ее концу, где матрица 1 суспензии и газообразующая добавка 6 перемешиваются в узле 13 статического перемешивания. После этого матрица 1 суспензии, перемешанная с газообразующей добавкой 6, поступает в гильзы или патроны 16, которые транспортируют из производственной установки для охлаждения и упаковки, причем введенная газообразующая добавка 6 имеет эффект "насыщения газом" матрицы 1 суспензии до конечного водосодержащего взрывчатого вещества.