Свердловинний скелелам

Изобретение относится к горному делу и строительству, а именно к скважинным устройствам для разрушения скальных пород и бетона высоким импульсным давлением жидкости и может быть применено при добыче полезных ископаемых, а также при разрушении бетонных конструкций и фундаментов. Известен пороховой гидроимпульсный скалолом, включающий взрывную камеру с пороховым зарядом, ствол с жидкостной камерой, связанной с взрывной камерой, и выхлопные отверстия [Чеченков М.С. Разработка прочных гр унтов. Л, Стройиздат, 1987, с.169-174]. Эффективность действия этого скалолома невелика и характеризуется удельным импульсом взрыва, приближенно равным где Рm - амплитуда импульсного давления на стенки скважины, Па; t - время действия импульса, с. [Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н, Разрушение горных пород. М., Недра, 1967, с. 146]. Величина амплитуды импульсного давления в этом выражении, инициируемая давлением пороховых газов во взрывной камере, является одним из важнейших факторов, определяющих возможность разрушения материалов, обладающих высокой прочностью. Однако, из-за потерь части энергии пороховых газов на сжатие жидкости в жидкостной камере и выхлопных отверстиях, амплитуда импульсного давления в этом устройстве всегда ниже давления пороховых газов во взрывной камере [Орлов Н.Я. Оптимизация условий заряжания пороховых гидроимпульсных скалоломов. Сборник научных тр удов Гидропроекта, 1986, вып. Ill, c.145-150]. Это снижает эффективность действия скалолома. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является скважинный скалолом, включающий взрывную камеру с пороховым зарядом и выхлопным каналом, а также камеру с дополнительным пороховым зарядом и газопроницаемой перегородкой, установленной в камере с дополнительным пороховым зарядом с возможностью перемещения в сторону дополнительного порохового заряда под действием пороховых газов основного порохового заряда [Патент Российской Федерации № 2001268 с I кл. Ε 21 С 37/04, опубл. 15.10.93 г. в бюл. "открытия, изобретения № 37-38]. Как следует из формулы и описания указанного изобретения (прототипа) рабочему этапу расширения газов взрыва дополнительного порохового заряда, разрушающи х объект, предшествует этап динамического сжатия этого заряда газопроницаемой перегородкой, на котором достигается повышение плотности заряжания, обеспечивающее в дальнейшем увеличение амплитуды импульсного давления в скважине. Граничным моментом взрыва, разделяющим указанные этапы, является момент взрыва дополнительного порохового заряда в сокращенном против начального объеме, при котором амплитуда импульсного давления значительно превышает давление пороховых газов во взрывной камере. Для состояния параметров газов взрыва в этот момент, с достаточной степенью достоверности, справедливо уравнение Вандер-Ваал ьсав виде где V1 - объем, занимаемый газами взрыва после динамического сжатия дополнительного порохового заряда газопроницаемой перегородкой, м 3; a - поправка Ван-дер-Ваальса на собственный объем молекул газа, м 3/кг; ω - масса газов взрыва, равная массе дополнительного порохового заряда с добавлением массы пороховых газов основного заряда проникших в объем V1 на этапе динамического сжатия, кг; R - газовая постоянная пороховых газов, Дж/кг.К; Τ - абсолютная температура взрыва, °К. Правая часть уравнения (2) представляет собой полный запас энергии газов взрыва и для конкретных условий заряжания является постоянной величиной. Для тех же условий заряжания постоянной величиной является и произведение поправки Ван-дер-Ваальса на массу газов взрыва. На основании изложенного, для рабочего этапа адиабатического расширения газов взрыва в процессе разрушения объекта справедливымбудет выражение где Рт - текущее значение давления газов взрыва при их расширении, Па; Vт - объем занимаемый газами взрыва при их давлении Р т, м ; n - показатель адиабаты. Анализ зависимостей (1), (2) и (3) показывает, что на этапе сжатия достигается только перераспределение параметров газов взрыва в сторону повышения их давления за счет сокращения занимаемого объема. Это обеспечивает возможность разрушения прочных материалов, но не приводит к увеличению длительности удельного импульса взрыва на рабочем этапе расширения и связанных с ней протяженности откольных трещин и зоны разрушения, что снижает эффективность известного устройства. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования скважинного скалолома путем изменения конструкции и материала газопроницаемой перегородки,что обеспечит повышение удельного импульса взрыва и увеличение протяженности откольных трещин и зоны разрушения. Это достигается тем, что в скважинном скалоломе, включающем взрывную камеру с пороховым зарядом и выхлопным каналом, а также камеру с дополнительным пороховым зарядом и газопроницаемой перегородкой, установленной с возможностью смещения в сторону дополнительного порохового заряда под действием пороховых газов основного порохового заряда, газопроницаемая перегородка выполнена из низкочувствительного гранулированного взрывчатого вещества (в дальнейшем ВВ) со способностью детонировать от взрыва дополнительного порохового заряда. Такое выполнение скалолома придает ему новое свойство, обеспечивающее увеличение удельного импульса взрыва за счет притока дополнительной массы высокотемпературных газов, образующи хся при детонации низкочувствительного ВВ газопроницаемой перегородки от взрыва дополнительного порохового заряда в начале рабочего этапа их расширения. Это, при прочих равных усло виях, повышает эффективность действия скалолома по сравнению с прототипом. В то же время, благодаря выполнению газопроницаемой перегородки из низкочувствительного ВВ, она не способна детонировать от воздействия пороховых газов основного заряда, поскольку эти газы, после расширения в выхлопном канале, не обладают достаточной температурой и давлением. Поэтому газопроницаемая перегородка в предложенном скалоломе на этапе сжатия выполняет те же функции повышения плотности заряжания дополнительного порохового заряда, что и в прототипе, обеспечивая повышение давления газов взрыва. Таким образом, использование отличительных признаков предлагаемого изобретения в сочетании с известными признаками прототипа позволяет не только повысить амплитуду давления газов взрыва, как это имеет место в прототипе, но и увеличить длительность действия взрыва, что повышает величину удельного импульса взрыва и производительность скалолома. На чертеже представлен продольный разрез одного из вариантов выполнения рассматриваемого скалолома. Во взрывной камере 1, закрытой затвором 2, размещен основной пороховой заряд 3. Камера 1 имеет ствол 4 с выхлопным каналом 5, установленный в заполненной жидкостью скважине 6, пробуренной в разрушаемом объекте 7. Под выхлопным каналом 5 в скважине 6 размещена камера В с дополнительным пороховым зарядом 9 и перегородкой 10, установленной с возможностью смещения в сторону заряда 9. Перегородка 10 выполнена из низкочувствительного гранулированного ВВ, например гранулированной аммиачной селитры и обеспечивает сообщение камеры 8 с выхлопным каналом 5 через зазоры между гранулами. Для герметизации порохового заряда 9 и выхлопного канала 5 относительно жидкости в скважине 6, камера 8 может быть выполнена, например, в виде резиновой или пластмассовой оболочки. Удержание скалолома в скважине при выстреле обеспечивается приспособлением, выполненным в виде консольно прикрепленного к взрывной камере 1 инерционного элемента 11. Скалолом работает следующим образом. После воспламенения порохового заряда 3 высокотемпературный поток пороховых газов устремляется из взрывной камеры 1 через выхлопной канал 5 в сторону камеры 8. Достигнув перегородки 10, эти пороховые газы смещают ее в сторону порохового заряда 9, сжимая его, и через зазоры между гранулами аммиачной селитры, слагающей перегородку 10, заполняют свободное пространство между пороховыми зернами заряда 9 воспламеняя его. При этом пороховые газы основного заряда 3 из-за расширения в канале 5, не обладают температурой и давлением достаточными для возбуждения детонации аммиачной селитры, и перегородка 10 продолжает сжимать пороховой заряд 9 до момента его взрыва, инициирующего детонацию самой перегородки 10. Образовавшиеся газы взрыва заряда 9 и перегородки 10 разрывают оболочку камеры 8 и разрушают объект 7. Удержание скалолома в скважине обеспечивается при этом инерционным элементом 11, создающим, благодаря консольному закреплению расклинивающий эффект. С учетом изложенного максимальная амплитуда взрыва в предложенном скалоломе достигается, как и в прототипе, на этапе сжатия дополнительного порохового заряда 9 перемещением газопроницаемой перегородки 10 и определяется той же зависимостью (2), что и для прототипа. В начале же рабочего этапа расширения, в отличие от прототипа, к массе газов взрыва порохового заряда 9 добавляется масса газов образовавшихся при детонации аммиачной селитры перегородки 10, что повышает энергию взрыва и эффективность промышленного применения скалолома. При этом пропорционально повышению энергии взрыва, возрастает и величина его удельного импульса, степень увеличения которой, количественно, определяется выражением где Un - энергия взрыва дополнительного порохового заряда, Дж; Uc - энергия взрыва аммиачной селитры, слагающей газопроницаемую перегородку, Дж. Индексы 1 и 2 относятся, соответственно, к величинам удельных импульсов скалолома - прототипа и предложенного скважинного скалолома. Необходимо также отметить, что степень повышения энергии взрыва за счет детонации аммиачной селитры перегородки 10 может в несколько раз превосходить энергию пороховых газов дополнительного порохового заряда 9, что повышает безопасность эксплуатации предложенного скалолома, поскольку аммиачная селитра, являясь широко используемым в сельском хозяйстве азотным удобрением не относится к ВВ [Суханов А. Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород. М., Недра, 1967, с.53]. а ее детонация возможна только от взрыва мощного детонатора, роль которого и выполняет дополнительный пороховой заряд в предлагаемом изобретении.