Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДРОБЛЕНИЯ ГРУНТА НА ВЫБРОС

Изобретение относится к области взрывных работ, частности к способам и устройствам дробления грунта на выброс для извлечения объектов.

Известны способ и устройство разрушения (дробления) грунта (патент США №3104186, опубликован 17.09.63 г.). Способ заключается в том, что на поверхность грунта с определенным фокусным расстоянием, определяющим глубину, разрушения, устанавливают удлиненный кумулятивный заряд, обращенный кумулятивной выемкой к линии разрушения грунта, и инициируют его. Устройство разрушения представляет собой удлиненный продольный кумулятивный заряд, размещенный в жестком корпусе с облицованной металлом кумулятивной выемкой, а в качестве средства инициирования заряда используют высоковольтный электродетонатор, установленный с противоположной кумулятивной выемке стороны.

Недостатками данных способа и устройства являются ограниченность в использовании, связанная с возможностью использования, в основном, только для разрушения грунта и невозможность использования для извлечения объектов без их повреждения, так как размещение устройства на поверхности грунта с направлением кумулятивной струи и продуктов взрыва в сторону грунта и извлекаемого объекта неминуемо приведет к разрушению извлекаемого объекта.

Также известны способ и устройство дробления грунта на выброс (патент России №2168149, опубликован 27.05.2001 г.), выбранные в качестве прототипа к заявляемым, т.к. являются самыми близкими аналогами по решаемой задаче и количеству сходных признаков.

Данный способ дробления грунта на выброс заключается в помещении удлиненного детонирующего заряда в зарядную камеру, выполненную в форме кольца, которую размещают в грунте над извлекаемым объектом, при этом детонирующий заряд располагают параллельно земной поверхности на определенном расстоянии от извлекаемого объекта. Место размещения зарядной камеры над извлекаемым объектом выбирают в зависимости от габаритов извлекаемого объекта, глубины его размещения, диаметра удлиненного детонирующего заряда и коэффициента крепости грунта. Задействуют детонирующий заряд высоковольтным электродетонатором. Устройство дробления грунта включает удлиненный детонирующий заряд, размещенный в оболочке, выполненной в виде разомкнутого тора, заключенный в герметичную зарядную камеру с воздушными промежутками по периметру и высоте, выполненную в форме кольца из сплава на основе железа, и узел инициирования удлиненного детонирующего заряда, состоящий из высоковольтного электродетонатора, установленного по отношению к удлиненному детонирующему заряду с зазором.

Недостатками прототипа являются ненаправленное метание грунта над извлекаемым объектом, что приводит к возврату части грунта обратно, низкая эффективность дробления за счет применения обычного детонирующего заряда, большой вес конструкции, который приводит к неудобству эксплуатации, использование высоковольтного оборудования для задействования детонатора.

Задачей, стоящей в данной области техники, является разработка способов и устройств дробления грунта на выброс с целью извлечения объектов из грунта в ограниченный период времени и с минимальным повреждением извлекаемых объектов.

Техническим результатом заявляемого способа и устройства дробления грунта на выброс является повышение эффективности дробления и упрощение извлечения объекта путем формирования направленного взрыва и отброса большей части грунта в сторону от извлекаемого объекта. Дополнительным техническим результатом, который может быть получен при использовании заявляемого изобретения, является повышение удобства эксплуатации за счет снижения весовых характеристик, отказ от использования высоковольтного оборудования.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что в способе дробления грунта на выброс, включающем установку в грунт, над извлекаемым объектом, зарядной камеры с удлиненным детонирующим зарядом и его инициирование, в качестве удлиненного детонирующего заряда используют кумулятивный заряд, который направляют кумулятивной выемкой в сторону земной поверхности, зарядную камеру размещают таким образом, что торец кумулятивного заряда с земной поверхностью составляет угол 3...15°.

В устройстве дробления грунта на выброс, включающем удлиненный детонирующий заряд, размещенный в оболочке, выполненной в виде разомкнутого тора, помещенный в зарядную камеру и узел его инициирования, оболочка выполнена с продольной профилированной выемкой, а узел инициирования снабжен усиливающим зарядом, выполненным из пластического взрывчатого вещества охватывающим поверхность оболочки до выемки, при этом стенка зарядной камеры со стороны выемки выполнена меньшей толщины по отношению к толщине стенок с других сторон и установлена от основания выемки с зазором δ, который выбирают из следующего соотношения: 1,5 d≥δ≥0,9 d, где d - диаметр кумулятивного заряда.

Узел инициирования представляет собой низковольтный электродетонатор, не содержащий инициирующих взрывчатых веществ.

Зарядная камера может быть выполнена из сплава на основе алюминия.

Зазор между боковыми стенками зарядной камеры и оболочкой заливают герметиком.

Использование удлиненного детонирующего заряда с продольной выемкой, направленной в сторону земной поверхности позволяет повысить эффективность взрыва за счет формирования кумулятивной струи и направлении ее в сторону выбрасываемого грунта.

Установка в грунте зарядной камеры таким образом, что торец кумулятивного заряда с земной поверхностью составляет угол 3...15° позволяет отвести грунт в сторону от извлекаемого объекта, максимально очистив зону для извлечения объекта. Угол 3...15° установлен опытным путем.

Для улучшения условий передачи детонационного импульса от узла инициирования к детонирующему заряду использован усиливающий заряд.

Воздушный зазор, выбранный экспериментально из соотношения 1,5d≥δ≥0,9d, позволяет формировать оптимальную кумулятивную струю, что повышает эффективность дробления грунта. Выполнение стенки зарядной камеры со стороны кумулятивной выемки меньшей толщиной позволяет при обеспечении герметичности камеры уменьшить затраты энергии кумулятивной струи на пробивание стенки в указанном месте, повышая при этом эффективность дробления грунта и снижает нагрузки на извлекаемый объект.

Выполнение зарядной камеры из сплава на основе алюминия позволяет существенно, по сравнению с прототипом, уменьшить весовые характеристики устройства, что повышает удобство эксплуатации.

Заполнение зазоров герметиком позволяет обеспечить герметичность конструкции.

Использование низковольтного электродетонатора, не содержащего инициирующих взрывчатых веществ, позволяет снизить энергию задействования при упрощении используемого оборудования и уменьшении его стоимости, сохраняя при этом безопасность обращения.

На фиг.1 показано размещение в грунт извлекаемого объекта и зарядной камеры с удлиненным кумулятивным зарядом;

На фиг.2 изображен общий вид устройства дробления грунта на выброс, поясняющий суть заявляемого решения;

На фиг.3 изображен разрез, где

1 - извлекаемый объект;

2 - зарядная камера;

3 - УКЗ (удлиненный кумулятивный заряд);

4 - заряд усиливающий;

5 - НЭД (низковольтный электродетонатор);

6 - корпус;

7 - крышка;

8 - втулка защитная;

9 - винт.

Примером конкретного исполнения заявляемого устройства может служить устройство дробления грунта на выброс, основой которого является удлиненный кумулятивный заряд (УКЗ) 3 диаметром 13 мм, выполненный из бризантного ВВ, помещенный в оболочку, выполненную в виде разомкнутого тора, средним диаметром 1 м, которая в свою очередь размещена в зарядной камере. Оболочка УКЗ представляет собой медную трубку. Трубка имеет профилированную продольную кумулятивную выемку, необходимую для формирования при срабатывании УКЗ кумулятивной струи. Инициирование осуществляется с противоположной кумулятивной выемке стороны при помощи узла инициирования, который состоит из усиливающего заряда 4, выполненного из пластического взрывчатого состава, и низковольтного электродетонатора (НЭД) 5, который по отношению к УКЗ установлен на расстоянии, соответствующим высоте усиливающего заряда.

Зарядная камера состоит из корпуса 6, крышки 7 и втулки защитной 8, размещенной на донной части корпуса. Корпус 6 устройства дробления грунта представляет собой - кольцо из алюминиевого сплава. В корпусе выполнен паз, в который укладывается УКЗ 3. Для фиксирования УКЗ в корпусе, паз с УКЗ заливают эпоксидным клеем. В корпусе предусмотрено отверстие для размещения усиливающего заряда 4. Корпус с УКЗ закрывается крышкой 7, по габаритным параметрам аналогичной корпусу и выполненной также из алюминиевого сплава. В крышке выполнена полость, обеспечивающая зазор, равный 14 мм от торца кумулятивного заряда до стенки крышки, в котором формируется кумулятивная струя с оптимальным фокусным расстоянием между УКЗ и слоем грунта. Корпус и крышка крепятся между собой винтами 9. Зазор между корпусом 6 и крышкой 7 заполняется герметиком для обеспечения герметичности конструкции.

НЭД 5 помещается во втулке защитной 8, которая служит для защиты НЭД от механических повреждений.

Описанное выше устройство работает следующим образом.

В грунте устанавливается извлекаемый впоследствии объект 1, над ним, на глубине 0,2 м от поверхности земли, устанавливается зарядная камера 2, таким образом, что торец кумулятивного заряда с земной поверхностью составляет угол 10°. В случае необходимости извлечения объекта из промерзшего грунта на выводы НЭД 5 подается импульс тока не менее 2 А. При этом НЭД защищен от воздействия грунта и воды втулкой 8.

При подаче импульса тока на НЭД 5 последний срабатывает и инициирует УКЗ 3 через заряд усиливающий 4, который повышает надежность задействования УКЗ. При детонации УКЗ в результате взрывчатого превращения на профилированной поверхности медной трубки происходит формирование кумулятивной струи в полости крышки 7. При этом корпус 6, который является запирающим элементом конструкции, снижает воздействие продуктов взрыва на извлекаемый объект 1. Сформированная кумулятивная струя и продукты взрыва дробят грунт, расположенный над зарядной камерой 2, и выбрасывают большую часть грунта в сторону от извлекаемого объекта не менее чем на 2 м, не повреждая при этом извлекаемый объект 1.