Заряд шахтний запобіжний накладний

Винахід відноситься до гірничної справи і призначений для проведення вибухови х робіт переважно у вугільних шахта х, небезпечних по метаноповітряній та пилоповітряній сумішах, а також в інших шахтах та рудниках, атмосфера яких відрізняється підвищеною небезпекою запалення. Під час проведення видобувних та підготовчи х робіт у вугільних ша хта х, особливо у виробках з нестійкою покрівлею, стаються випадки утворення великих (негабаритних) шматків породи, які в силу своїх розмірів та великої ваги не піддаються транспортуванню. Такі негабарити порушують технологічний процес добутку вугілля чи проведення підготовчих виробок. Подрібнення негабаритів може виконуватись вручну, при допомозі спеціальних приладів (типа гідроклину, тощо), а також вибуховим методом. Найбільш ефективним методом є вибуховий, при цьому можливе застосування як шпурових зарядів, так і відкритих, або накладних. Шпуровий метод потребує великих підготовчих робіт, проведення буріння, яке не завжди може бути виконане по чисто технічним причинам - не дозволяють розміри лави, неможливо шпур виконати вертикально, або з невеликим відхилом, заповнити його водою, як того потребують "Единые правила безопасности при взрывчатых работах" [Киев "Норматив" 1992]. Найбільш поширеним вибухо вим методом подрібнення негабаритних шматків породи є метод накладних запобіжних зарядів, при якому відповідно з єдиними правилами безпеки вибухови х робіт дозволяється використовувати накладні заряди VII класу. Крім того, відповідно діючий "Инструкции по применению водораспылительных завес при взрывных работах в угольных шахта х" [МакНИИ, Макеевка Донбасс, 1984] дозволяється подрібнення проводити зарядом 0,2кг запобіжної вибухівки V-VI класу, яку вміщують в спеціальну поліетиленову посудину, в якій повинно бути не менше 20 літрів води. Застосування цього методу не завжди є безпечним, тому що від зарядження до підриву минає якийсь час, і не гарантовано, що вода не витече. На теперішній час дуже актуальною задачею є розробка та впровадження в буро-вибухові роботи в метано та пилонебезпечних ша хта х безпечних запобіжних накладних зарядів для руйнування негабаритів. На цей час відомі вибухові патрони VII класу під назвою "Іоніт", що виробляють по ОСТ 3-6657-91. Їх властивості відповідають тим вимогам безпеки, які діють зараз у метано та пило повітряних небезпечних шахтах. Але його підривні характеристики настільки малопотужні (бризантність 5-6мм, фугасність 125см 3, швидкість детонації 1,7км/год, об'єм газів 580л/кг, найбільш дозволена вага заряду 0,6кг), що він практично не спроможний зруйнувати негабарит, тому майже не використовується. Відомі запобіжні патрони такі як "Вугленіт П12ЦБ2М" ТУ 12.00173769.024-94 (VI клас) "Вугленіт П13", "Вугленіт П13П/1" ТУ 12.0174086.002-94 (V клас), але ці заряди можуть використовуватися тільки в якості шпурови х зарядів, або в технологіях з використанням води та водяних завіс. З підвищенням запобіжних властивостей вибухової речовини неупинно знижуються її енергетичні характеристики. Тому перспективним напрямком є розробка запобіжних зарядів у захисних оболонках, у яких вн утрішня оболонка заповнена потужною вибухо вою речовиною, а зовнішня - інгібіруючою речовиною. В Сполучених Штатах Америки був розроблений спеціальний накладний запобіжний заряд для подрібнення негабаритних шматків породи у вибухонебезпечній атмосфері вугільних шахт. [Найнеро Р, Ход И. "Опытный образец породного заряда ВВ в оболочке для открытого взрывания во взрывоопасной атмосфере". Доклад-ХХ International Conferenceon the safety in mines Rasearch institutes, London, 1983]. Цей заряд вмістив 0,65кг запобіжної водовмісної пластичної вибухо вої речовини, мав форму короткого циліндру висотою 22мм, діаметром 178мм. Зверху заряд покритий оболонкою із вологого хлористого натрію товщиною 13мм. Уся конструкція ізолювалась каучуковим латексом, армованим марлею, що придавало необхідну міцність та пластичність. Заряди витримали випробування на безпечність застосування у вибухонебезпечних метаноповітряних та пилеповітряних сумішах. Запалення метану та вугільного пилу не було при вибуху одночасно двох зарядів. Заряди руйнували породні глиби вагою до 2000кг. Недоліком цього заряду була відсутність запобіжної оболонки знизу, що могло призвести до підриву метаноповітряної суміші через простріл продуктів підриву вибухівки знизу та збоку, або якщо заряд випадково перед підривом зсовувався або падав з негабариту. Відомій також заряд "ЗПН-1" ТУ 12.173767008-89, розроблений ВостНИИ призначений для розбучення вуглеспускних виробок та подрібнення негабаритів у ша хта х, небезпечних по газу та пилу. Це циліндричні поліетиленові оболонки діаметром 120мм та висотою 210мм. В оболонку вміщують 7 патронів вагою 150г запобіжної вибухової речовини "Іоніт". Заряд "ЗПН-1" відповідає вимогам безпеки запобіжним властивостям тому що використовується високо запобіжна вибухова речовина. Промислові випробування на шахта х Кузбасу виявили, що один такий заряд руйнує негабаритний шматок породи середньої міцності об'ємом до 0,1м 3, що є його недоліком з-за малої ефективності. В якості прототипу вибраний запобіжний шахтний патрон, відомий по опису до винаходу патент України №36556А MKИ 6: F42Д5/00 опублікований 16.04.2001р. Запобіжний патрон включає внутрішню і зовнішню оболонки, розміщені одна в одній з зазором. У внутрішній оболонці розміщена вибухова суміш, а в зазорі між ними - інгібіруюча речовина. Заряд призначений для ведення буро-підривних робіт шпуровим методом в шахта х, небезпечних по метаноповітряній та пилоповітряній сумішах, відповідає вимогам вибухонебезпечності V-VI класу. Загальними ознаками рішення, що заявляється, з прототипом є внутрішня оболонка, у якій розміщена вибухова суміш, зовнішня оболонка, що оточує внутрішню оболонку, а також інгібіруюча речовина, розташована між внутрішньою, та зовнішньою оболонками. Патрон, вибраний у якості прототипу, не можна застосовувати в якості накладного заряду, тому що він не відповідає вимогам "Технические требования на предохранительные водоустойчивые ВВ VII класса для ведения специальных взрывных работ в шахта х, опасных по газу и пыли" [ВостНИИ, Кемерово, 1983] тому що по властивостям V-VI класу, а відповідно до вимог "Єдиних правил безпеки при вибухови х роботах", подрібнення негабаритних шматків породи та вугілля у ша хта х, небезпечних по метано та пилоповітряній сумішах дозволяється накладними зарядами VII класу. В основу винаходу поставлена задача удосконалення відомого заряду, у якому за рахунок конструктивних особливостей його виконання та використання більш потужних вибухо вих сумішей і ефективного інгібітору забезпечується можливість застосування його в якості накладного заряду у шахта х небезпечних по метано та пилоповітряній сумішах у відповідності з вимогами до накладних запобіжних зарядів VII класу. Поставлена задача вирішується тим, що в запобіжному накладному заряді, що включає полімерну внутрішню оболонку, у якій розміщена вибухова суміш, і інгібіруюча речовина, розташована між внутрішньою і зовнішньою полімерною оболонками, відповідно до винаходу, кількість інгібіруючої речовини визнається з наступного співвідношення: fr в рVг q Mi = K3 × 103 , кг g ф (2к + p d) де Mi - вага інгібітору, кг K3 - коефіцієнт запасу вибухонебезпечності, безрозмірний, приймається на розсуд K3=1,0¸2,0 d - діаметр заряду вибухової речовини, м f - площа заряду вибухової речовини, м 2 r вр - щільність вибухової речовини, кг/м 3 Vг - питомий об'єм газових продуктів вибуху вибухо вої речовини, м 3/кг q - товщина захисної оболонки інгібітору, м gф - фактична питома поверхня застосовуваного інгібітору, м 2/кг к - емпіричний коефіцієнт співвідношення площі заряду вибухової речовини до його висоти, найефективніший к=2,8¸1, м При проведенні дослідних робіт авторами було встановлено, що вибуховий імпульс заряду залежить від співвідношення геометричних розмірів заряду вибухової речовини. Найбільший вибуховий імпульс, діючий на негабарит при тій же вазі вибухо вої речовини утворюється при виконані співвідношення S к = = 2,8 ¸ 1, м h де h - висота заряду вибухової речовини, м; S - площа контакту заряду вибухової речовини з перепоною (негабаритом), м 2; к - коефіцієнт співвідношення площі заряду вибухової речовини до його висоти, м. Дослідами було також встановлено, на величину вибухового імпульсу, що діє на перепону (негабарит) впливає товщина оболонки з інгібітору, яка відповідно до винаходу повинна дорівнювати 15-25·10-3м. Велике значення для забезпечення запобіжності заряду має рівномірність товщини захисної оболонки певного заряду вибухової речовини, тому відповідно до винаходу заряд має у своїй конструкції центруючі устрії, виповнені у виді ребер. Для кріплення заряду до негабариту застосовані гумові петлі, за допомогою яких чіпляють заряд до виступів негабариту. Причинно-наслідковий зв'язок істотних ознак винаходу з технічним результатом, що досягається (можливість підвищення працездатності, зокрема за рахунок застосування бризантних незапобіжних вибухови х речовин, при забезпеченні заданих запобіжних властивостей заряду) виражається в наступному. Авторами експериментально установлене співвідношення, з якого можливо вирахувати необхідну кількість меленого порошкового інгібітору для забезпечення необхідної вибухобезпечності заряду fr в рVг q Mi = K3 × 103 , кг g ф (2к + p d) де Mi - вага інгібітору, кг K3 - коефіцієнт запасу вибухонебезпечності, безрозмірний, приймається на розсуд K3=1,0¸2,0 d - діаметр заряду вибухової речовини, м f - площа заряду вибухової речовини, м 2 r вр - щільність вибухової речовини, кг/м 3 Vг - питомий об'єм газових продуктів вибуху вибухо вої речовини, м 3/кг q - товщина захисної оболонки інгібітору, м gф - фактична питома поверхня застосовуваного інгібітору, м 2/кг к - емпіричний коефіцієнт співвідношення площі заряду вибухової речовини до його висоти, найефективніший к=2,8¸1, м Авторами досліджено впливання геометричних параметрів заряду вибухової речовини та товщина захисної оболонки на величину вибухового імпульсу та вибрані їх оптимальні значення; забезпечено конструктивно стабільність товщини інгібіторної оболонки. Таким чином стає можливим підвищення працездатності шахтного запобіжного накладного заряду з використанням незапобіжних бризантних вибухови х речовин та забезпечення класу запобіжних властивостей, як того потребують єдині правила безпеки вибухови х робіт. Ознаки, що означені як істотні ознаки винаходу, знаходяться у причиннонаслідковому зв'язку з технічним результатом, що досягається. Опис заряду ша хтного запобіжного накладного, що заявляється, приводиться з посиланням на креслення, на якому подано схематичне зображення в подовжньому його розрізі. Заряд шахтний запобіжний накладний включає внутрішню оболонку 7, заповнену вибуховою речовиною 1, розташовану у зовнішній оболонці 2, інгібітор 4, розташований у зазорі між зовнішньою 2, та внутрішньою оболонкою 7, детонатор 5, що вставляється напередодні підриву, центруючі елементи 3, 6 у вигляді ребер, гумові петлі 8 для кріплення заряду за виступи негабариту. В якості вибухової речовини доцільно застосовувати суміші пального, в якості якого можливо використання гексогену, тротилу, окфолу, октогену або інших бризантних вибухови х речовин, та окислювача, зокрема аміачної селітри, у пропорції, що забезпечує кисневий баланс суміші, близький до нуля, що призводить до мінімальної кількості токсичних газів у продукта х вибуху. У якості інгібітору можливо застосувати подрібнені порошкообразні галогенові солі лужних металів, такі як KF, RI, KCl, NaCl та інші, які мають властивості інгібітору з відповідною їх підготовкою [Дубнов Л.В., Бахаревич Н.С., Романов А.И. "Промышленные взрывчатые вещества "Недра" Москва 1973 стр. 172]. Як сполуку, що містить галоген, доцільно застосувати порошкоподібний хлорид натрію, доступну і дешеву сировину. Нижче, у табличній формі, приводяться конкретні приклади реалізації винаходу і результати, що при цьому досягаються. № п/п Найменування показників 1 Вибухова речовина 2 3 4 5 6 7 8 9 Питомий об'єм газів продуктів підриву, м 3/кг Інгібітор Фактична питома поверхня застосованого інгібітору, м 2/кг Діаметр заряду вибухової речовини, м Товщина захисної оболонки інгібітору, м Коефіцієнт співвідношення площі заряду вибухової речовини до його висоти, м Коефіцієнт запасу вибухонебезпечності Необхідна вага інгібітору, дотримання якої не призведе до запалення метаноповітряної чи пило повітряної суміші при підриві накладного заряду, кг Приклад 1 Приклад 2 Амоніт 6ЖВ (тротил Гексоген - 33% 21% селітра NH4NО3 - селітра NH4NO3 79%) 67% Приклад 3 Амоніт 6ЖВ (тротил 21% селітра NH4NО3 79%) 0,895 1,156 0,895 KCl NaCl NaCl 80 70 70 0,12 0,17 0,17 0,02 0,02 0,02 1,9 1,9 1,9 1,2 1,2 1,2 1,332 2,282 1,766