распорно-засыпная забойка

Формула изобретения

Распорно-засыпная забойка, включающая участок над зарядом ВВ или воздушным промежутком, заполненный сыпучим материалом, над этим участком расположена металлическая распорная забойка, выполненная, например, в виде разрезанного вдоль оси полого цилиндра, в который снизу вставлен полый распорный конус, отличающаяся тем, что сверху на металлическую распорную забойку засыпают на высоту не менее трех диаметров скважины забойку из инертного материала, а участок над зарядом ВВ или воздушным промежутком заполняют сыпучим материалом на высоту диаметра скважины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.

Известна конструкция металлической подвесной забойки, представляющей собой разрезной цилиндр, в полость которого снизу вставлен полый распорный конус [1]. Такие металлические забойки, установленные в скважины с ровными и гладкими стенками, хорошо удерживаются в скважине и запирают газы.

Недостатком таких забоек является то, что сквозь отверстия в элементах забойки (продольные разрезы в цилиндре, отверстия в днищах цилиндра и распорного конуса) уходит часть продуктов детонации, и эффективность взрыва несколько снижается.

Кроме того, после разрушения породы вокруг забойки она не может далее удерживаться в скважине за счет сил трения и внедрения в породу и выбрасывается из скважины, что представляет, с одной стороны, повышенную опасность и, с другой стороны, ведет к разрушению самой забойки.

Наиболее близкой по существу заявляемого изобретения является комбинированная забойка, включающая засыпную часть над зарядом ВВ или воздушным промежутком, на которую установлена металлическая распорная забойка, состоящая из разрезного цилиндра и вставленного в него распорного конуса [2]. Нижняя засыпная часть забойки воспринимает первый детонационный удар, в результате которого в ней образуется пробка. В дальнейшем пробка разрушается, и инертный материал с продуктами детонации перемещается вверх, давит на распорный конус. Начинает работу по запиранию продуктов детонации металлическая забойка, причем инертный материал закрывает отверстия в элементах металлической забойки, предотвращая утечку продуктов детонации.

Недостатком комбинированной забойки является то, что после разрушения породы вокруг забойки она не может далее удерживаться в скважине за счет сил трения и внедрения в породу и выбрасывается из скважины, что представляет повышенную опасность и ведет к разрушению самой забойки.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет запирания продуктов детонации в зарядной полости и предотвращение вылета металлической забойки из скважины после разрушения породы вокруг нее.

Поставленная задача достигается тем, что в распорно-засыпной забойке, включающей участок над зарядом ВВ или воздушным промежутком, заполненный сыпучим материалом, над этим участком расположена металлическая распорная забойка, выполненная, например, в виде разрезанного вдоль оси полого цилиндра, в который снизу вставлен полый распорный конус, согласно изобретению, сверху на металлическую распорную забойку засыпают на высоту не менее трех диаметров скважины забойку из инертного материала, а участок над зарядом ВВ или воздушным промежутком заполняют сыпучим материалом на высоту диаметра скважины.

На фиг.1 схематично изображена распорно-засыпная забойка в рабочем положении в скважине, на фиг.2 - после предварительного распора, на фиг.3 - после начала детонации, на фиг.4 и 5 - металлическая подвесная цилиндрическая и стержневая забойки, испытывавшиеся как часть комбинированной распорно-засыпной забойки, до установки в скважину, на фиг.6 и 7 - то же после извлечения из скважины.

Распорно-засыпная забойка состоит из трех частей: верхняя 1 и нижняя 2 части - засыпные из инертного материала, средняя - в виде металлической распорной забойки, включающей, например, полый цилиндр 3 с коническим расширением 4, разрезанный вдоль образующей не менее чем на три равные части. Снизу в коническое расширение 4 цилиндра 3 вставлен полый распорный конус 5, соединенный с канатной тягой 6, которая проходит сквозь распорную трубу 7, опорную плиту 8 и верхним концом закреплена на рычаге 9 натяжного устройства 10.

Распорно-засыпную забойку формируют следующим образом. На поверхности блока металлическую распорную забойку собирают в конструктивный элемент. Для этого вставляют полый распорный конус 5 снизу в цилиндр 3, пропускают канатную тягу 6 через отверстие в днище цилиндра 3, распорную трубу 7, отверстие в опорной плите 8 и закрепляют на конце рычага 9 натяжного устройства 10. После этого через отверстия в распорном конусе 5, цилиндре 3, распорной трубе 7 и опорной плите 8 пропускают проводник инициирующего импульса 11 (провода от электродетонатора, волновод неэлектрической системы или детонирующий шнур). Далее в скважину засыпают нижнюю часть забойки 2 на высоту не менее диаметра скважины, опускают металлическую распорную забойку нижней частью в скважину до засыпной части 2. Нажимая на рычаг 9, втягивают распорный конус 5 в коническое расширение 4 цилиндра 3, и он распирает стенки разрезного цилиндра 3 в стенки скважины. После плотного прижатия боковой поверхности разрезного цилиндра 3 к стенкам скважины натяжное устройство 10 и распорная труба 7 убираются, а на металлическую распорную забойку помещают на высоту не менее трех диаметров скважины верхнюю часть 1 засыпной забойки, и распорно-засыпная забойка готова к работе.

После детонации заряда ВВ в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер и происходит динамический удар газов по нижней части 2 из сыпучего материала. Вначале сыпучий материал уплотняется в виде пробки, воспринимающей первый, самый жесткий удар продуктов детонации. Затем продукты детонации сдвигают эту пробку, смешиваются с ее материалом, диспергируют его, и этот пылегазовый поток оказывает мощное давление на распорный конус 5, что приводит к вдавливанию его в разрезной цилиндр 3. За счет очень высоких усилий прижатия разрезных частей цилиндра, на порядок и более превышающих прочность пород на сжатие, цилиндр 3 сминает стенки скважины в зоне действия полого распорного конуса 5, образовывая зону раздавливания пород 12, в которую внедряются стенки разрезного цилиндра 3, что приводит к заклиниванию металлической распорной забойки в скважине. Кроме того, сыпучий материал нижней части засыпной забойки 2 забивает отверстия в элементах металлической распорной забойки (продольные разрезы в цилиндре, отверстия в днищах цилиндра и распорного конуса), предотвращая утечку продуктов детонации и повышая эффективность их использования. После того, как начинается разрушение массива, в котором расклинена металлическая распорная забойка, продукты детонации могут вытолкнуть ее из скважины. По мере разрушения породы в устье скважины верхняя 2 часть засыпной забойки не теряет контакта с разрушаемой породой, а потерявшая контакт распорная забойка при передвижении вверх по скважине встречает сопротивление сыпучей среды, расклинивает ее и образуется новая пробка. При этом продукты детонации прорываются сквозь образовавшиеся в разрушенном массиве трещины, давление падает, и металлическая распорная забойка не вылетает из скважины.

Это подтверждено нашими экспериментальными взрывами в известняках VIII категории крепости по СНиП скважин с диаметром 110 мм и глубиной 2 м. Скважины были пробурены в породе с ненарушенной структурой, стенки скважин были ровные и гладкие, разрушения в устье скважины отсутствовали. Скважины сухие, ВВ - патронированный аммонит АПВ в патронах диаметром 90 мм и массой по 3 кг. Заряд каждой скважины составлял 3 кг и занимал в длину 0,5 м.

Как в случае с подвесной цилиндрической, так и с подвесной стержневой видимой воронки выброса нет. Произошло полное запирание взрывных скважин, и в результате взрыва выброса забоек не произошло. В обоих случаях получился полный камуфлет. По диаметру 1,3 1,5 м видны радиальные трещины и есть небольшое вспучивание породы. В результате взрыва в пределах воронки выброса порода была разрушена и легко разбиралась.

По результатам взрывов можно сделать вывод о том, что распорно-засыпные забойки, установленные в скважины с ровными и гладкими стенками, хорошо удерживаются в скважине и запирают газы. После разрушения породы вокруг металлической распорной забойки она удерживаться в скважине за счет верхней части засыпной забойки и не вылетает из скважины.

Таким образом, заявляемая распорно-засыпная забойка позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива без потерь их за счет наличия сыпучего материала в нижней части под металлической распорной забойкой и тем самым повысить эффективность использования энергии взрыва на дробление пород и не вылетает из скважины благодаря верхней засыпной части забойки.

Источники информации

1. Патент РФ № 2286534 (аналог).

2. Патент РФ № 2312303 (прототип).