Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КОРОТКОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ ЗАБОЙКИ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН С КАМЕННЫМ МАТЕРИАЛОМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области буровзрывных работ и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывное рыхление скальных массивов горных пород.

Известно, что наилучшее дробление горных пород взрывом обеспечивается применением укороченной забойки с воздушным промежутком над зарядом /1/. Укороченные забойки увеличивают зону регулируемого дробления, снижают выход негабарита, но должны обладать повышенным сопротивлением выбросу давлением газов взрыва - запирать их вплоть до момента разрушения массива горных пород в районе устья скважины, поэтому их выполняют комбинированными, размещая различные заклинивающие элементы в комбинации с засыпной частью /2/.

Известно формирование комбинированной засыпной забойки скважин следующим образом. Вначале над зарядом ВВ известным способом выполняют воздушный промежуток, затем формируют засыпной участок размещением сыпучего инертного материала на заданную высоту. После этого формируют буферный промежуток из пенополистирола аналогично воздушному промежутку, а на него на шнуре опускают острием вверх конус, например, бетонный. Пространство между стенками скважины и конусом на всю его высоту заполняют щебнем, а затем до устья скважины засыпают мелкодисперсный инертный материал, например буровой шлам /3/.

Однако, как показали лабораторные исследования и опытные взрывы, при размещении конуса в скважину он устанавливается произвольным образом относительно вертикали и щебень укладывается неравномерно с разных сторон конуса, что снижает надежность запирания продуктов взрыва. Кроме того, существует опасность повреждения проводника инициирующего импульса при засыпке щебня на большую глубину.

Известно также устройство для запирания продуктов взрыва в зарядной полости скважины в виде комбинированной засыпной забойки взрывных скважин с элементами каменного материала, включающей нижнюю засыпную часть из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком и верхнюю комбинированную часть, в которой верхняя комбинированная часть забойки разделена на два отрезка: нижний отрезок длиной до трех диаметров скважины, заполненный элементами каменного материала размером 0,2-0,6 диаметра скважины, перемежающимися инертным сыпучим материалом крупностью менее 5 мм, и верхний, заполненный до верха скважины этим же инертным сыпучим материалом /4/.

Забойки такой конструкции либо не вылетают вовсе, либо их выброс происходит через 120-160 мс после вылета обычных засыпных забоек такой же длины; тем самым обеспечивается большая длительность запирания продуктов детонации в зарядной полости. Однако при формировании таких забоек камни приходится сбрасывать по одному и при больших диаметрах скважин на длине 10 диаметров (2,5 м для скважин 250 мм) камни приобретают большую скорость и могут повредить проводник инициирующего импульса.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности запирания продуктов детонации в зарядной полости короткой комбинированной забойкой и снижение затрат на ее формирование.

Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования короткой комбинированной забойки взрывных скважин с каменным материалом, включающем формирование нижней засыпной части из инертных мелкодисперсных материалов над воздушным промежутком и верхней комбинированной части из закладных элементов, согласно изобретению на нижнюю засыпную часть высотой 1,0-1,5 диаметра скважины формируют слой из элементов каменного материала на высоту 0,5-1,5 диаметра скважины, для чего на нижнюю засыпную часть опускают транспортный контейнер с элементами каменного материала размером 0,2-0,7 диаметра скважины, разгружают его и удаляют из скважины, после этого снова засыпают инертный мелкодисперсный материал на высоту 1,0-1,5 диаметра скважины, на который опять разгружают каменный материал из транспортного контейнера на высоту 0,5-1,5 диаметра скважины; процесс повторяют до полного формирования комбинированной забойки высотой не более 10 диаметров скважины.

Поставленная задача достигается также тем, что короткую комбинированную забойку взрывных скважин формируют транспортным контейнером, согласно изобретению выполненным из металла или пластических масс, включающим снабженное несущим шнуром верхнее кольцо размером 0,8-0,9 диаметра скважины, в котором равномерно закреплены прутки с шагом, исключающим попадание мелких кусков каменного материала между ними; на транспортном контейнере закреплен мягкий мешок длиной на 40-50% большей длины транспортного контейнера с несущим сдвоенным шнуром.

На рисунках схематично представлен процесс формирования короткой комбинированной забойки взрывных скважин с помощью транспортного контейнера.

На фиг. 1 схематично изображен процесс опускания в скважину транспортного контейнера с каменным материалом; на фиг. 2 - положение каменного материала после удаления транспортного контейнера; на фиг. 3 - сформированная короткая комбинированная забойка взрывных скважин с каменным материалом. На фиг. 4 - транспортный контейнер с опущенным мягким мешком.

Способ формирования короткой комбинированной забойки взрывных скважин с каменным материалом высотой до 10 диаметров скважины осуществляют следующим образом. После зарядки к каждой взрывной скважине 1 подвозят транспортные контейнеры 2, заполненные элементами каменного материала, включающими крупные камни 3 размером 0,5-0,7 диаметра скважины вперемешку со средними камнями 4 размером 0,2-0,4 диаметра скважины. Количество их определяется высотой и количеством слоев каменного материала, планируемых к размещению в данной скважине. Возможен вариант одного транспортного контейнера при наличии каменного материала у скважины, когда после каждой разгрузки транспортный контейнер заполняют снова непосредственно у скважины.

Транспортный контейнер 2 выполнен из металла или пластического материала и представляет собой снабженное несущим шнуром 5 верхнее кольцо 6 размером 0,8-0,9 диаметра скважины 1, на котором равномерно закреплены прутки 7 с шагом, исключающим попадание мелких кусков каменного материала между ними. Высоту прутков 7 подбирают такой, чтобы объем транспортного контейнера вмещал каменный материал приемлемой для ручной переноски массы. Назначение транспортного контейнера 2 - сформировать элементы каменного материала в столб диаметром, меньшим диаметра скважины 1. Снаружи на транспортный контейнер 2 закреплен мягкий мешок 8, выполненный из прочной ткани, например плащевой типа «болонья» или джинсовой, мешковины и т.п.

Мягкий мешок 8 служит для предотвращения высыпания элементов каменного материала из транспортного контейнера 2 при его опускании в скважину 1, а также для его разгрузки. Для этого нижняя часть мягкого мешка 8 загибается внутрь транспортного контейнера 2, собирается в «чуб» 9, который завязывают узлом 10 с помощью сдвоенного шнура так, чтобы один его конец 11 был несущим, а второй конец 12 позволял развязать узел в нужное время. Концы шнура 11 и 12 выводят из верхнего кольца 6 и через него заполняют транспортный контейнер 2 каменным материалом, стараясь укладывать его равномерно вокруг «чуба» 9, длина которого подбирается опытным путем. Так, полигонным экспериментом на макете диаметром 200 мм установлено, что после развязывания «чуба» длиной 0,2 м внутри каменного материала высотой 0,4 м из мягкого мешка 8 камни высыпаются сразу, при длине «чуба» 0,25 м - только после энергичного встряхивания, а при длине «чуба» 0,3 м каменный материал зажимает «чуб» и не высыпается даже после встряхивания.

В скважине 1 над зарядом ВВ 13 известным способом формируют воздушный промежуток 14, высота которого равна разности между глубиной скважины 1 и суммарной высотой заряда ВВ 13 и формируемой забойки. Над воздушным промежутком 14 формируют нижнюю засыпную часть 15 сыпучим инертным материалом 16, например буровым шламом, засыпая его на высоту 1,0-1,5 диаметра скважины. После этого приступают к формированию первого слоя 17 из элементов каменного материала верхней комбинированной части забойки. Для этого несущий шнур 5 от верхнего кольца 6 закрепляют на поверхности блока, например, за камень и с помощью несущего шнура 11 транспортный контейнер 2 подносят к скважине 1, сохраняя в свободном состоянии конец шнура 12, и опускают в нее до нижней засыпной части 15. Затем несущий шнур 11 ослабляют, за конец шнура 12 развязывают узел на «чубе» и вытаскивают весь шнур 10, а из транспортный контейнер 2 за несущий шнур 5 вынимают из скважины 1, встряхивая его для лучшего высыпания элементов каменного материала. Именно выполнение стенки транспортного контейнера 2 из прутков обеспечивает минимальный ее контакт с элементами каменного материала и, соответственно, минимальный их зажим. При выполнении транспортного контейнера в виде сплошной трубы каменный материал расклинивается в ней и не высыпается даже при неоднократном сильном встряхивании. А вибрации прутков 7 при встряхивании освобождают немногие зажатые куски, и происходит полное освобождение транспортного контейнера 2 от камней.

Каменный материал расползается и прижимается к стенкам скважины 1, копируя ее неровности, при этом за счет плавного расползания прижимает проводник инициирующего импульса 18 к стенкам скважины 1, тем самым исключая возможность его повреждения при формировании слоя каменного материала 17 комбинированной части забойки. После извлечения транспортного контейнера 2 замеряют высоту сформированного слоя 17 и, если она недостаточна, дополняют каменным материалом, вновь опуская транспортный контейнер 2 и замеряя высоту слоя 17.

После формирования слоя каменного материала 17 в скважину 1 засыпают порциями сыпучий инертный материал 16 до достижения высоты слоя засыпки 19 над слоем каменного материала 17 в 1-1,5 диаметра скважины. Часть сыпучего инертного материала 16 попадает внутрь слоя каменного материала 17, заполняя промежутки между элементами каменного материала, что способствует повышению газонепроницаемости забойки. Затем процесс формирования слоев каменного материала и засыпных повторяют до полного заполнения отведенного под забойку участка скважины 1.

После детонации заряда ВВ 13 в зарядной полости скважины 1 резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер и происходит удар газов по нижней засыпной части 15 забойки, существенно смягченный воздушным промежутком.

Экспериментально установлено /4/, что в засыпной забойке из зернистых материалов в первый момент времени после детонации заряда забоечный материал уплотняется в виде пробки и плотно расклинивается в скважине. После уплотнения, независимо от используемого материала, забойка выбрасывается с возрастающей скоростью, зарядная полость разгерметизируется и часть продуктов детонации из нее выбрасывается, не совершив полезной работы. Для исключения этого явления в комбинированной части забойки предусмотрено чередование слоев 17 с элементами каменного материала и засыпных слоев 19.

Начавшая движение нижняя засыпная часть 15 забойки воздействует на камни 3 и 4, расклинивая их между собой и в стенки скважины 1. При этом крупные камни 3 могут разрушаться до камней среднего размера 4, те, в свою очередь, переходят в более мелкий щебень. Процесс носит скачкообразный характер и возникает и развивается в каждом слое 17 заново, что в целом существенно увеличивает затраты времени на выброс забойки.

При проведении экспериментальных взрывов в скважинах диаметром 250 мм послойное размещение элементов каменного материала в комбинированной забойке проводили транспортным контейнером с диаметром верхнего кольца 200 мм при длине прутков 400 мм (см. фиг. 4), а буровой шлам засыпали обычной лопатой. Выброс из скважины комбинированной забойки высотой 1,5 м (6 диаметров скважины) начался через 240 мс после начала взрыва, в то время как выброс засыпных забоек высотой 2,5 м и 3,5 м (10 и 14 диаметров скважины соответственно) начался одновременно через 160 мс. Комбинированная забойка высотой 2 м (8 диаметров скважины) не была выброшена вовсе.

Применение транспортного контейнера для формирования комбинированной забойки взрывных скважин по сравнению с прототипом исключает повреждение проводника инициирующего импульса помещаемыми в скважину камнями забойки, повышает надежность работы забойки независимо от состояния стенок скважин. Ведь именно на участке от поверхности уступа высотой 10-15 диаметров размещался перебур скважин вышележащего уступа, поэтому здесь и наибольшая нарушенность стенок скважины, вывалы в них. А размещение каменного материала слоями из транспортного контейнера позволяет как бы копировать стенки скважины и заполнять все неровности и вывалы в них каменным материалом, тем самым повышая его защемление и сопротивление выбросу. Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, комбинированная забойка способствует более полному протеканию вторичных реакций в продуктах детонации и соответственно повышает энергию взрыва; это особенно важно для современных эмульсионных ВВ и крупнодисперсных ВВ типа гранулитов и граммонитов, у которых значительная доля энергии выделяется в процессе вторичных реакций.

Таким образом, заявляемый способ формирования короткой комбинированной забойки взрывных скважин с каменным материалом и устройство для его осуществления в виде транспортного контейнера позволяет формировать короткую комбинированную забойку именно в верхней, самой разрушенной части скважины и запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива. За счет этого повышается не только эффективность использования энергии взрыва на дробление пород, но и снижаются затраты на применение забойки, поскольку она занимает меньшую высоту, обеспечивая увеличенную зону регулируемого действия взрыва со всеми положительными последствиями, а также меньшие затраты на формирование самой забойки, что позволяет решить поставленную техническую задачу.

Источники информации

1. Влияние забойки на степень дробления горных пород взрывом / Г.П. Демидюк, В.Д. Росси, Н.Ф. Андрианов, В.А. Усачев // Сб. Взрывное дело №53/10. М.: Недра, 1963. - С. 96-105.

2. Яковенко А.И. Расчет скважинных зарядов в карьерах // Сб. Взрывное дело №51/8. М.: Недра, 1963. - С. 108-120.

3. Патент Российской Федерации №2462688, МПК F42D 1/08. 2012 (прототип).

4. Патент Российской Федерации №2526950, МПК F42D 1/08. 2014 (прототип).