контурный заряд с распорной забойкой

Формула изобретения

Контурный заряд с распорной забойкой, включающий демпферную прослойку в донной части из мелкофракционного инертного и сжимаемого горючего материалов, двойную гирлянду одиночных патронов ВВ массой 200 г с расположением их у стенок скважины по оси ориентирования контурных зарядов и тройным расположением патронов ВВ в донной части заряда, а также комбинацию из внутренней пористой забойки и верхней забойки, отличающийся тем, что демпферная прослойка сжимаемого горючего материала в донной части и внутренняя пористая забойка выполнены из вспененного полистирола, гирлянды патронов в нижней части соединены распорной рейкой по высоте строенных патронов, а верхняя забойка выполнена в виде металлической распорной забойки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к разработке крепких горных пород, когда необходимо снизить воздействие взрывных работ на законтурный массив устанавливаемого в предельное положение борта карьера.

Наиболее близким по существу решаемой задачи является контурный заряд, в донной части которого применяют демпферную прослойку из мелкофракционного инертного материала (песок, буровая мелочь) толщиной 25 см и древесных опилок толщиной 35-40 см, которые после нагрузки их гирляндой уменьшаются по высоте до 25 см. Вместо одиночных патронов в заряде-гирлянде применены двойные, располагаемые у стенок скважины по оси ориентирования контурных зарядов с помощью деревянных реек длиной по всему заряду и комбинированная забойка из внутренней пористой забойки длиной до 1,5 м (под нагрузкой инертной забойки сжимается до 0,8-1,0 м). Верхняя забойка - из мелкофракционных инертных материалов, длиной 20% скважины. Такая конструкция заряда в комбинации с короткозамедленным взрыванием скважин позволяет сохранить естественную трещиноватость массива за контурными скважинами [1].

Недостатком такой конструкции является применение древесных опилок с высокой сжимаемостью, деревянных реек по всей длине заряда, а также засыпной вылетающей забойки, что усложняет формирование заряда, не обеспечивает длительное запирание продуктов детонации, повышающее длину трещины по линии скважин.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение конструкции контурного заряда и повышение эффективности действия продуктов детонации за счет их длительного запирания в скважине.

Поставленная задача достигается тем, что в контурном заряде с распорной забойкой, включающем демпферную прослойку в донной части из мелкофракционного инертного и сжимаемого горючего материалов, двойную гирлянду одиночных патронов ВВ массой 200 г с расположением их у стенок скважины по оси ориентирования контурных зарядов и тройным расположением патронов ВВ в донной части заряда, а также комбинацию из внутренней пористой забойки и верхней забойки, согласно изобретению, демпферная прослойка сжимаемого горючего материала в донной части и внутренняя пористая забойка выполнены из вспененного полистирола, гирлянды патронов в нижней части соединены распорной рейкой по высоте строенных патронов, а верхняя забойка выполнена в виде металлической распорной забойки.

Контурный заряд представлен на фиг.1 (вид сбоку) и фиг.2 (разрез по А-А на фиг.1); на фиг.3 представлена распорная забойка (узел б) перед взрывом; на фиг.4 - после взрыва.

Контурный заряд состоит из двух гирлянд 1, выполненных из одиночных патронов ВВ 2, например аммонита №6ЖВ, привязанных к несущему шнуру 3 и соединенных с детонирующим шнуром 4 по всей длине гирлянды 1. В донной части гирлянд 1 строенные патроны ВВ 5 соединены распорной рейкой 6 по высоте патронов так, чтобы эта связка свободно проходила в скважину 7.

Контурный заряд формируют следующим образом. В специально отведенном помещении или на специальной площадке на отмеренные по длине куски несущего шнура 3, выполненного, например, из шпагата, на заданном расстоянии друг от друга привязывают патроны ВВ 2, формируя гирлянду 1. В нижней части гирлянды 1 привязывают строенные патроны ВВ 5 и по всей длине соединяют ее с детонирующим шнуром 4. После этого две гирлянды 1 укладывают рядом, соединяют изнутри строенные патроны ВВ 5 распорной рейкой 6 на высоту патронов, а длину рейки подбирают такой, чтобы связанные ею гирлянды 1 свободно проходили в скважину 7. Сформированные таким образом гирляндные заряды наматывают на катушки или иные приспособления и доставляют к скважинам 7, где и приступают непосредственно к формированию контурного заряда. Для этого в нижнюю часть скважины 7 размещают демпферную прослойку 8 из мелкофракционного материала, например отсев дробильной фабрики, буровую мелочь, песок и т.п.расчетной высоты. На нее размещают такой же высоты прослойку 9 из вспененного полистирола. После этого опускают на несущем шнуре 3 связанный заряд из двух гирлянд 1 так, чтобы распорная рейка 6 была направлена по линии контурной щели, а сами гирлянды 1 опускались вдоль стенок скважины 7. Опустив гирлянды до дна скважины на демпферную прослойку, за несущий шнур 3 их прижимают к противоположным стенкам скважины 7 и фиксируют несущие шнуры 3 обеих гирлянд на поверхности уступа, например, камнем, соединяют вместе детонирующие шнуры 4 обеих гирлянд и засыпают внутреннюю пористую забойку 10 из вспененного полистирола до уровня верхней забойки 11. Вспененный полистирол, как показали наши экспериментальные исследования в картонных и асбоцементных трубах, имеет достаточную жесткость. Так, столбик вспененного полистирола диаметром 100 мм и высотой от 200 до 800 мм имеет одинаковую осадку 20 мм при нагрузке 17 кг (0,22 кг/см²), 5 мм - при нагрузке 8 кг (0,10 кг/см) и около 2 мм при нагрузке 2 кг (0,025 кг/см). Насыпная забойка также дает незначительную удельную нагрузку. По данным [2] от столба бурового шлама, наиболее часто применяемого для забойки скважин, за счет принятия нагрузки стенками скважины при боковом распоре сыпучей забойки воздействие на нижележащие слои составляет: для диаметра 146 мм 3,6-4,3 кг (0,021-0,025 кг/см²), для диаметра 206 мм - 10-12 кг (0,03-0,036 кг/см²), для диаметра 265 мм - 19-25 кг (0,034-0,045 кг/см²). Поэтому просадка полистирола под гирляндами на дне скважины будет незначительной. В то же время за счет такой жесткости вспененный полистирол по всей высоте скважины зафиксирует гирлянды 1 у стенок скважины вместо деревянных реек по всей длине заряда.

После заполнения скважины вспененным полистиролом до уровня верхней забойки в скважину размещают распорную металлическую забойку 11, позволяющую длительно запирать продукты детонации.

Распорная металлическая забойка 11 включает цилиндр 12 из металла или пластической массы диаметром на 4-8 мм меньше диаметра скважины. С обеих сторон цилиндра 12 имеются конические расширения 13 с продольными прорезями 14. На боковой поверхности цилиндра 12 с обеих сторон выполнены проточки 15, соединяющие продольные прорези 14 с обоих его концов. В конические расширения 13 вставлены нижняя коническая пробка 16 с тягой 17, снабженной гайкой 18, выполненные из металла, и верхняя коническая пробка 19 с осевым каналом 20, выполненная из металла или пластической массы. Монтажная петля 21 присоединена к верхнему коническому расширению 13 и снабжена длинной гибкой связью 22, выполненной, например, из прядей каната грузоподъемного механизма или тонкой цепи, а нижняя коническая пробка 16 выполнена в виде усеченного конуса с внутренней полостью.

Распорная забойка работает следующим образом. На поверхности блока ее собирают в конструктивный элемент. Для этого вставляют нижнюю коническую пробку 16 в нижнее коническое расширение 13 цилиндра 12 и пропускают тягу 17 через цилиндр 12. Затем на тягу 17 через осевой канал 20 надевают верхнюю коническую пробку 19 и накручивают гайку 18, подтягивая тягой 7 навстречу друг другу конические пробки 16 и 19 до соприкосновения их с коническими расширениями 13. После этого в проточки 15 вставляют детонирующие шнуры 4 обеих гирлянд, за монтажную петлю 21 с помощью гибкой связи 22 устройство опускают в скважину 7 до внутренней пористой забойки 10 и гайкой 18, например, с помощью торцового ключа типа баллонного ключа грузового автомобиля, стягивают конические пробки 16 и 19 до распора ими цилиндра 12 в стенки скважины 7 с помощью конических расширений 13 и продольных прорезей 14. Распорная забойка и контурный заряд в целом готовы к работе. После этого его с помощью гибкой связи 22 присоединяют к соединительному элементу (не показан), например, изношенной автомобильной шине, либо иному анкеру.

После детонации заряда ВВ в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации и происходит динамический удар газов по нижней конической пробке 16. Цилиндр 12 распорной забойки в первый момент после детонации заряда остается неподвижным, поскольку продукты детонации воздействуют лишь на узкое кольцо нижней части конического расширения 13, а нижняя коническая пробка за счет большой торцовой поверхности (в десятки раз большей, чем площадь кольца конического расширения 13) воспринимает значительные усилия, что приводит к немедленному вдавливанию ее в нижнее коническое расширение 13 и окончательному заклиниванию цилиндра 12 в скважине 7. Это положение было проверено экспериментальным взрывом с металлической распорной забойкой на скважинах диаметром 115 мм. Диаметр цилиндра 12 составил 110 мм, толщина цилиндра в нижней части конического расширения 13 составила около 1 мм, площадь кольца, воспринимающего давление продуктов детонации составила 1,7 см ², в то время как площадь нижней конической пробки 16 составила около 95 см², т.е. в 56 раз больше. После взрыва следов скольжения по скважине на наружной поверхности цилиндра 12 обнаружено не было, что подтверждает тезис о надежном распоре цилиндра устройства до начала разрушения стенок скважины.

Тяга 17 при подвижке нижней конической пробки 16 внутрь цилиндра 12 свободно проходит через осевой канал 20, не нарушая положения верхней конической пробки 19, расклинившей верхнюю часть цилиндра 12 в стенки скважины. Таким положение устройства остается вплоть до прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через образующуюся в массиве контурную трещины. В работе [3] показано, что для взрыва заряда граммонита 30/70 в граните в скважине диаметром 220 мм радиус дробления равен 6 радиусам заряда -0,65 м, зоны трещинообразования - 26,5 радиусов заряда - 2,92 м. Исходя из условия, что забойка не вылетает в течение всего времени подрастания трещин (5,7 мс), длина трещины с начальной 2,27 м увеличилась до 4,54 м, т.е. вдвое.

Прорыв газов через трещины массива снимает давление в скважине, а в случае разрушения стенок скважины снимается распор с цилиндра 12 и распорная забойка может быть выброшена из скважины остаточным давлением продуктов взрыва. Тогда с помощью соединительных элементов их собирают с поверхности блока. Если распорная забойка остается в скважине, снимают гайку 18, на ее место накручивают насадку и ударами кувалды или съемником за кольца монтажной петли 21 с помощью тяги 17 выдвигают нижнюю распорную пробку 16 из цилиндра 12, снимают распор забойки в стенки скважины и за монтажную петлю извлекают забойку для повторного использования.

Таким образом, заявляемый контурный заряд с распорной забойкой существенно проще в исполнении и надежнее в установке и, чем применяемый в прототипе, позволяет увеличить длину контурной щели, расширить расстояние между контурными зарядами и тем самым решить поставленную задачу.

Источники информации

1. Сандаков А.В., Берсенев Г.П., Филиппов В.И. Управление состоянием бортов карьеров методом контурных зарядов. // Горный журнал. Известия ВУЗ. 1999, № 7-8. С.74-76 (прототип).

2. Юматов Б.П., Шебаршов А.А., Власов В.М. Экспериментальные исследования конструкции "плавающего заряда. // Сб. "Взрывное дело" № 74/31. - М.: Недра, 1974. С.183-188.

3. Метод расчета дополнительного разрушения горных пород на квазистатической стадии действия взрыва. / М.Г.Менжулин, Г.П.Парамонов, Ю.А.Миронов, А.В.Юровских. // Физические проблемы разрушения горных пород: Сборник трудов Второй международной научной конференции, 25-29 сентября 2000 г. Санкт-Петербург: В 2 частях. / Санкт-Петербургский горный ин-т. СПб, 2001. Часть 1. С.138-142.