Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЗАРЯЖАНИЯ ОКОНТУРИВАЮЩИХ ШПУРОВ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ И ОТВОДЧИК ЗАРЯДНОГО ШЛАНГА

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано при проходке подземных горных выработок любого сечения и назначения в породах любой крепости.

Известен способ оконтуривания проходческих горных выработок (патент РФ №2232896, опубл. 20.07.2004). Способ включает бурение врубовых, отбойных, вспомогательных и оконтуривающих шпуров с последующим их заряжанием и срабатыванием. Заряжание оконтуривающих шпуров осуществляют в два этапа. Первоначально заряжают невзрывчатым разрушающим составом шпуры сводчатой части, а после их срабатывания заряжают взрывчатым веществом остальные шпуры забоя. Бурение оконтуривающих шпуров сводчатой части осуществляют на расстоянии эффективной зоны действия полей напряжения. Бурение шпуров сводчатой части могут осуществлять на расстоянии друг от друга, равном 3-6 диаметрам шпура.

Недостатками данного изобретения является сложность и низкая скорость проходки выработок.

Известен способ заряжания горизонтального шпура (патент РФ №2403534, опубл. 10.11.2010). Способ заряжания горизонтального шпура заключается в поочередной подаче зарядов патронированного ВВ в шпур и проталкивании их пробойником. При заряжании шпуров гелеобразными ВВ в полиэтиленовых оболочках подачу их в забой шпура осуществляют протаскиванием. Устройство для реализации заявленного способа состоит из штанги, на одном конце которой выполнена рукоятка, а на другом - вилка для зацепления петли, закрепляемой на заряде. При выполнении заряжания патрон с помощью петли в его передней части зацепляется вилкой и протаскивается в забой шпура до упора. Таким же образом в шпур подается каждый последующий заряд.

Недостатками данного изобретения является высокая трудоемкость, сложность и низкая скорость проходки выработок.

Известен способ образования врубовой полости (патент РФ №2379623, опубл. 20.01.2010). Способ включает бурение центральной скважины и расположенных вокруг нее периферийных шпуров перпендикулярно плоскости забоя, заряжание периферийных шпуров цилиндрическими ярусными зарядами, а центральной скважины сосредоточенными ярусными и взрывание всех зарядов в определенной последовательности. Сосредоточенные заряды в скважине располагают на уровне инертной забойки, находящейся между зарядами в периферийных шпурах. Взрывание всех зарядов производят с постоянным замедлением, начиная от прилегающих к устьевой части заходки до более заглубленных, а в каждом ярусе - путем чередования одновременного взрывания всех цилиндрических зарядов в периферийных шпурах с сосредоточенным зарядом в скважине.

Недостатками данного изобретения является сложность и низкая скорость проходки выработок.

Известен способ заряжания шпуров и скважин непатронированными пластичными липкими взрывчатыми веществами (а.с. №1773149, опубл. 10.04.2000). Способ включает установку зарядчика с приспособлением для подачи очищающих предметов на почве выработки, введение в шпур или скважину зарядного шланга, тарирование приспособления для подачи очищающих предметов по величине веса участка пустого зарядного шланга от зарядчика до первого касания им почвы выработки, выдачу ВВ с сжатым воздухом и периодическую подачу по зарядному шлангу очищающего предмета. Непрерывно измеряют массу участка зарядного шланга от зарядчика до места первого касания им почвы выработки, а очищающий предмет подают при достижении разности веса участка зарядного шланга с ВВ и участка пустого зарядного шланга не более 75% последнего.

Недостатками данного изобретения является сложность и низкая скорость проходки выработок.

Известен способ оконтуривания горной выработки зарядами с продольной кумулятивной выемкой, принятый за прототип в части способа (а.с. №1112870, опубл. 27.07.2000). Способ оконтуривания горной выработки зарядами с продольной кумулятивной выемкой, включающий бурение врубовых, вспомогательных, отбойных и оконтуривающих шпуров в забое выработки, заряжание их взрывчатыми веществами с одновременным формированием зарядов оконтуривающих шпуров с продольной кумулятивной выемкой посредством размещения в шпуре оформляющего стержня и разновременное взрывание заряженных шпуров. Бурение оконтуривающих шпуров выполняют на расстоянии один от другого, равном 12-18 диаметра шпура, а заряжание оконтуривающих шпуров осуществляют поочередно по контуру, формируя в каждом продольную кумулятивную выемку цилиндрической формы с радиусом, равным радиусу шпура, при ориентации продольной плоскости симметрии оформляющего стержня в направлении последующего незаряженного шпура под углом 50-60° к поверхности выработки, при этом взрывание оконтуривающих шпуров осуществляют последовательно в направлении, противоположном направлению заряжания.

Недостатками данного изобретения является сложность, высокая стоимость и низкая скорость проходки выработок.

Известно устройство для заряжания шпуров и скважин рассыпными взрывчатыми веществами (а.с. №841439, опубл. 27.05.2004). Устройство для заряжания шпуров и скважин рассыпными взрывчатыми веществами, включающее зарядчик, зарядный шланг, механизм подачи зарядного шланга в шпур и приспособление для контроля расстояния от конца зарядного шланга до фронта формируемого заряда, связанного посредством командоаппарата с механизмом подачи зарядного шланга. Приспособление для контроля выполнено в виде ультразвукового локатора, содержащего установленный на конце зарядного шланга излучатель - приемник - преобразователь ультразвуковых сигналов, ультразвуковой генератор, усилитель с аппаратом, задающим интервал ультразвуковых сигналов, и циркулятор, поочередно переключающий излучатель - приемник - преобразователь на генератор и усилитель с командоаппаратом.

Недостатками данного изобретения является сложность и невозможность использования устройства для заряжания эмульсионных взрывчатых веществ.

Известно устройство для заряжания шпуров или скважин рассыпными взрывчатыми веществами (а.с. №733342, опубл. 27.05.2004). Устройство для заряжания шпуров или скважин рассыпными взрывчатыми веществами, включающее зарядчик и зарядный шланг с запирающим механизмом. Устройство снабжено ультразвуковым излучателем, установленным на конце зарядного шланга, ультразвуковым генератором, приемником-преобразователем ультразвуковых сигналов, широкополосным усилителем, задающим и командным аппаратами, излучатель электрически связан с генератором, а приемник-преобразователь расположен вне шпура и через усилитель, задающий и командный аппараты, настроенные на заданную частоту ультразвуковых сигналов, электрически связан с запирающим механизмом зарядного шланга.

Недостатками данного изобретения является сложность и невозможность использования устройства для заряжания эмульсионных взрывчатых веществ.

Известно устройство для заряжания восходящих скважин наливными взрывчатыми веществами (патент США 4036100, опубл. 19.07.1977), представляющее собой трубчатую загрузочную часть, плотно соединенную со скважиной и оборудованную надувным трубчатым воротником или сжимаемым материалом, предотвращающими обратное вытеснение наливных ВВ при заряжании скважин, и зажимным устройством, которым сплющивают трубчатую загрузочную часть по окончании заряжания скважин.

Недостатком известного устройства является то, что в нем не предусмотрено удаление воздуха из плотно закупоренной скважины при закачке в нее наливных ВВ, что приводит к закупорке воздуха в пределах скважины, уменьшению массы заряда и снижению эффективности заряжания.

Известно устройство для заряжания текучих взрывчатых веществ в восходящие скважины (патент США 4829902, опубл. 16.05.1989), представляющее собой цилиндрический запорный элемент, вклиненный в устье скважины, имеющий продольные сквозные каналы для подачи взрывчатого вещества, отвода сжатого воздуха из заполняемой скважины и вывода линейных средств инициирования.

Недостатком известного устройства является то, что в нем не предусмотрено удаление воздуха из скважины при закачке в нее ВВ, что приводит к закупорке воздуха в пределах скважины.

Известно устройство для подачи зарядного шланга в скважину (а.с. №1558137, опубл. 20.01.1996). На полых валах устройства установлена пара подающих роликов (ПР). Каждый из ПР состоит из корпуса и приспособления для вращения ПР с магистралью подвода к нему сжатого воздуха. Выполнено приспособление в виде пневмокамер (ПК), равномерно расположенных по окружностям ПР, и пневмораспределителей последовательного подвода сжатого воздуха в группы ПК, встречно расположенных на обращенных друг к другу участках окружностей ПР в начале четвертей этих окружностей, начиная от диаметральной линии, проходящей через оси обоих ПР, и сброса из них сжатого воздуха после выхода из этих участков. Пневмораспределители в виде цилиндров с радиальным каналом (К) подвода сжатого воздуха и с радиальными выступами по обе стороны К расположены во внутренней полости валов в виде полых труб. На обращенных друг к другу поверхностях трубы имеют сквозные прорези по дугам окружностей. Цилиндры расположены с возможностью ограниченного поворота до упора выступов в края прорези, которая сообщена с ПК подводящими К. К через продольный К сообщен со штуцером подачи сжатого воздуха. Между ПР вставляют зарядный шланг. Рычагом через пневмораспределитель определяют направление движения шланга. Воздух через продольный К и прорезь поступает в ПК, которые, раздуваясь, поворачивают ПР. Поворачиваясь, ПР толкает шланг. При этом запитываются через прорези другие ПК. Защитный слой ткани - эластичный обод, общий для всех ПК, перераспределяет нагрузку и обеспечивает плавность хода.

Недостатками данного изобретения является сложность и невозможность использования устройства для заряжания эмульсионных взрывчатых веществ.

Известно устройство для механизированной подачи зарядного шланга в скважину конструкции ВНИИБТГ, принятое за прототип (открытые ресурсы http://fiercest.ru/lection/leksii-mehanizatsiya-vzry-vny-h-rabot-vr-leksii/ рис. 97). Устройство состоит из двух пар роликов с шестернями, приводимых в движение пневматическими двигателями, и крепится на распорной колонке. Контактные поверхности роликов имеют дугообразную форму с насечками для удобства протягивания шланга. Сила сцепления роликов с зарядными шлангами регулируется с помощью винтов. Устройство для механизированной подачи зарядного шланга в скважину содержит шестерни, корпус, колпачковые масленки, зарядный шланг, распорную колонку, пружину, вал двигателя, пневматический двигатель.

Недостатком данного устройства является возможность проскальзывания шланга при извлечении, что влечет за собой перерасход взрывчатого вещества, а также невозможность установления требуемой скорости извлечения зарядного шланга.

Техническим результатом изобретения является исключение проскальзывания шланга при извлечении со снижением затрат за счет экономии взрывчатого вещества с повышением скорости проходки горных выработок.

Технический результат в части способа достигается тем, в способе заряжания оконтуривающих шпуров горной выработки, включающем заряжание их взрывчатыми веществами с формированием зарядов на неполное сечение согласно изобретению в качестве оконтуривающих шпуров выбирают два ближайших к периметру выработки ряда шпуров, перед началом заряжания зарядный шланг вручную протягивают через отводчик зарядного шланга, после достижения забоя шпура зажимают его в роликах отводчика зарядного шланга и вытягивают из шпура с одновременной подачей взрывчатого вещества с программно установленным расходом, отношение площади поперечного сечения S оконтуривающего шпура к площади S₁ поперечного сечения заряда для ближайшего к периметру выработки ряда оконтуривающих шпуров принимают не более двух, а для второго ряда отношение площади поперечного сечения S оконтуривающего шпура к площади поперечного сечения S₂ заряда оконтуривающих шпуров принимают не более 1,3.

Технический результат в части устройства достигается тем, что в отводчике зарядного шланга, содержащем корпус с роликами, приводимыми в движение двигателем через вал двигателя и шестеренки, согласно изобретению ролики выполнены в виде пневматических колес, закрепленных на осях с помощью ступиц с образованием контактной поверхности в зазоре между парами ведущих и ведомых роликов, помещены в металлический корпус, состоящий из двух шарнирно сочлененных частей, расположенных с зазором друг относительно друга, соединенных гидравлическим цилиндром, причем на нижней части корпуса закреплена направляющая шланга в виде трубки в передней части и дополнительного ролика сзади, гидравлическая система установлена в верхней части корпуса и состоит из гидравлического двигателя, связанного ременной передачей с ведущими роликами, и гидравлического цилиндра, гидравлически подключенные через пропорциональный клапан и гидрораспределитель, управляемый контроллером, к гидравлической системе подземной смесительно-зарядной машины с помощью быстроразъемного соединения, при этом отводчик жестко закреплен на корзине подземной смесительно-зарядной машины, корпус отводчика выполнен из нержавеющей стали и снабжен цепью для дополнительной фиксации отводчика.

Способ заряжания оконтуривающих шпуров горной выработки и отводчик зарядного шланга поясняется схемами: на фиг. 1 приведена принципиальная схема расположения шпуров в горной выработке, на фиг. 2 приведен поперечный разрез оконтуривающего шпура из ряда, ближайшего к периметру горной выработки, на фиг. 3 приведен поперечный разрез оконтуривающего шпура из второго ряда относительно периметра выработки, на фиг. 4 показана принципиальная схема отводчика зарядного шланга, продольный разрез, на фиг. 5 показана принципиальная схема отводчика зарядного шланга, поперечный разрез по оси симметрии, где:

1 - ведомые ролики в виде пневматических колес, закрепленные на ступицах 2;

2 - ступицы роликов 1 и 22;

3 - ось ведомых роликов 1;

4 - гидравлический двигатель;

5 - ременная передача;

6 - верхняя часть корпуса;

7 - шпильки, соединяющие части корпусов 6 и 9 (крепления крышек частей корпуса);

8 - шарнирное соединение верхней части корпуса 6 и нижней части корпуса 9;

9 - нижняя часть корпуса;

10 - гидравлический цилиндр;

11 - направляющая зарядного шланга в виде трубы, жестко закрепленная с помощью стоек 23 на нижней части корпуса 9 спереди;

12 - стойка для жесткого крепления корпуса отводчика зарядного шланга;

13 - зарядный шланг;

14 - шестеренка вала гидравлического двигателя 4;

15 - шестеренка вала ведущих роликов 1;

16 - вал ведущих роликов 22;

17 - цепь для дополнительной фиксации отводчика.

18 - оконтуривающие шпуры 1-го ряда (ближайший ряд к контуру горной выработки);

19 - оконтуривающие шпуры 2-го ряда;

20 - заряд оконтуривающего шпура 1го ряда с площадью поперечного сечения S₁;

21 - заряд оконтуривающего шпура 2го ряда с площадью поперечного сечения S₂;

22 - ведущие ролики;

23 - стойки для крепления направляющей 11 зарядного шланга;

24 - пропорциональный клапан;

25 - гидрораспределитель;

26 - контроллер для управления гидрораспределителем;

27 - гидравлическая система подземной смесительно-зарядной машины;

28 - быстроразъемное соединение для подключения гидравлической системы отводчика зарядного шланга к гидравлической системе подземной смесительно-зарядной машины;

S - площадь поперечного сечения оконтуривающего шпура, м²;

S₁ - площадь поперечного сечения заряда ближайшего к периметру выработки ряда оконтуривающих шпуров (1-й ряд), м²;

S₂ - площадь поперечного сечения заряда оконтуривающих шпуров (2-й ряд от периметра), м²;

N - зазор между верхней 6 и нижней 9 частями корпуса, м;

D - диаметр ведомых 1 и ведущих 22 роликов, м.

Способ заряжания оконтуривающих шпуров горной выработки осуществляют следующим образом, например, при использовании на проходке горизонтальной подземной горной выработки. При проходке горной выработки бурят врубовые, вспомогательные, отбойные и оконтуривающие шпуры 18 и 19 в забое выработки. Заряжают их взрывчатыми веществами с одновременным формированием зарядов оконтуривающих шпуров 20 и 21 и разновременным взрыванием заряженных шпуров. В качестве оконтуривающих шпуров выбирают два ближайших к периметру выработки ряда (контурные и предконтурные ряды) шпуров 18 и 19, заряжают их на неполное сечение шпура. За счет заряжания на неполное сечение происходит уменьшение плотности заряда, из-за чего достигается эффект сохранения законтурной зоны выработки, а также экономится взрывчатое вещество. Для получения данного результата используют устройство для осуществления способа - отводчик зарядного шланга. Перед началом заряжания зарядный шланг вручную протягивают через устройство - отводчик зарядного шланга (фиг. 4-5). После достижения забоя шпура зажимают шланг 13 в роликах в ведомых 1 и ведущих роликах 22 отводчика зарядного шланга с помощью гидравлического цилиндра 10, вытягивают шланг 13 из шпура с помощью гидравлического двигателя 4. Одновременно с вытягиванием зарядного шланга 13 по нему подают взрывчатое вещество с программно установленным расходом. Взрывание указанных рядов оконтуривающих шпуров 18 и 19 осуществляют по группам в направлении от почвы к кровле выработки. За счет этого появляется дополнительный эффект разгрузки горного массива от действия взрыва. Отношение площади поперечного сечения S оконтуривающего шпура 18 к площади Si поперечного сечения заряда 20 для ближайшего к периметру выработки ряда оконтуривающих шпуров принимают не более двух, а для второго ряда 19 отношение площади поперечного сечения S оконтуривающего шпура к площади поперечного сечения заряда S₂ оконтуривающих шпуров принимают не более 1,3. Данные отношения были получены опытным путем при взрывании скальных массивов горных пород. Отношения могут незначительно корректироваться. Для определения наиболее рациональных отношений для каждого конкретного массива горных порол можно пользоваться экспериментальным, экспериментально-аналитическим или аналитическим методом. Для определения количества взрывчатого вещества на взрыв можно пользоваться стандартными методиками и программами проектирования буровзрывных работ с внесением поправок на уменьшения расхода эмульсионных взрывчатых веществ на контурный и предконтурные ряды 18 и 19. Например, при диаметре оконтуривающего шпура 42 мм (S=0.00138 м²; S₂=0.00138/l,3=0.00106 м²) диаметр заряда для второго ряда может быть не более 32 мм, а диаметр заряда для первого ряда 29 мм (S=0.00138 м²; S₁=0.00138/2=0.00069 м²).

Отводчик зарядного шланга содержит следующие элементы. Корпус содержит верхнюю 6 и нижнюю 9 части корпуса. Части корпуса 6 и 9 соединены с одной стороны шарнирным соединением 8, с другой - гидравлическим цилиндром 10 с возможностью обжима роликами 1 и 22 зарядного шланга 13 при включении гидравлической схемы устройства. В нижней части 9 корпуса установлены с помощью ступиц 2 роликов на оси 3 ведомые ролики 1. На нижней части корпуса 9 на стойках 23 жестко закрепления направляющая 11 зарядного шланга 13 в виде трубы. Направляющая 11 помогает снизить изгибающую нагрузку на зарядный шланг 13. Нижняя часть корпуса 9 жестко закреплена на стойке 12 для обеспечения безаварийной работы. Для исключения вероятности излома зарядного шланга 13 также может быть предусмотрен дополнительный ролик в сзади нижней части 9 корпуса. Стойка 12 может быть приварена к корзине смесительно-зарядной машины. В верхней части корпуса 6 установлен гидравлический двигатель 4, связанный через шестеренку 14 вала гидравлического двигателя, ременную передачу 5 с валом 16 ведущих роликов 1. Ведомые ролики 1 и ведущие ролики 22 выполнены в виде пневматических колес, что позволяет регулировать давление в них для уменьшения, либо увеличения контактной поверхности с зарядным шлангом 13. Боковые поверхности и верхние крышки верхней 6 и нижней части корпуса 9 могут быть соединены шпильками 7. В нижней части корпуса 9 может быть предусмотрена цепь 17 для дополнительной фиксации отводчика при работе или для направления зарядного шланга при извлечении из шпура. За счет образования контактной поверхности в зазоре между четырьмя роликами 1, помещенными в сборный металлический корпус, состоящий из двух шарнирно сочлененных частей 6 и 9 возможна регулировка степени обжатия зарядного шланга 13. За счет наличия зазора между частями корпуса возможен визуальный контроль за извлечением или проскальзыванием зарядного шланга 13.; Величину зазора N, м, между верхней 6 и нижней 9 частями корпуса принимают не более 0,5D, где D - диаметр ведомых 1 и ведущих 22 роликов, м.

Система гидравлического управления извлечением зарядного шланга 13 состоит из гидрораспределителя 25, выполненного с возможностью подключения к гидравлической системе подземной смесительно-зарядной машины 27 с помощью быстроразъемного соединения 28. Распределение гидравлической энергии идет через пропорциональный клапан 24. Клапан 24 гидравлически связан с гидравлическим цилиндром 10 и гидравлическим двигателем 4. Гидрораспределитель 25 электрически связан с контроллером 26 для обеспечения программного управления процессом извлечения зарядного шланга 13 с одновременным обжатием его с помощью роликов 1 и 22. Корпус отводчика может быть выполнен из нержавеющей стали. Корпус отводчика может быть снабжен цепью для дополнительной фиксации отводчика.

Отводчик зарядного шланга работает следующим образом. Устройство закрепляют с помощью стойки 12. Подключают гидравлическую схему отводчика к гидравлической системе 27 подземной смесительно-зарядной машины с помощью быстроразъемного соединения 28. Тестируют гидравлическое давление в системе отводчика зарядного шланга 13. Пропускают зарядный шланг 13 в зазоре между верхней 6 и нижней 9 частями корпуса и через направляющую 11. Доводят шланг до забоя шпура. Программируют контроллер 26 на нужное сечение зарядов оконтуривающих шпуров, например 20 или 21 (на обычных шпурах отводчик не используют). Запускают с помощью контроллера 26 гидравлическую систему отводчика зарядного шланга 13. Гидрораспределитель 25 с помощью пропорционального клапана 24 распределяет гидравлическую энергию между гидравлическим цилиндром 10 и гидравлическим двигателем 4. Гидравлический цилиндр 10 зажимает зарядный шланг 13 между роликами 1 и 22. Гидравлический двигатель 4 вращает с помощью шестеренок 14 и 15 вал 16 ведущих роликов 22 через ременную передачу 5 ведущие ролики 22. За счет защемления роликов 1 и 22 друг с другом при их вращении вызывается линейное движение зарядного шланга 11. Линейная скорость извлечения шланга 13 задается программно контроллером 26 и строго пропорциональна расходу эмульсионного взрывчатого вещества, подаваемого по зарядному шлангу в процессе его извлечения из шпура. За счет соблюдения данного условия достигается получение колонки заряда с требуемой площадью поперечного сечения. После газификации в шпуре получается заряд с требуемой плотностью. После извлечения зарядного шланга 13 из шпура с получением колонки заряда шланг переставляют на другой шпур и повторяют описанные выше типовые операции по заряжанию шпуров.

Применение предлагаемого способа заряжания оконтуривающих шпуров горной выработки и отводчик зарядного шланга обеспечивает следующие преимущества:

- исключение проскальзывания шланга при извлечении с получением необходимой и программируемой скорости извлечения зарядного шланга;

- снижение расхода взрывчатого вещества;

- повышение скорости проходки горных выработок.