Свердловинний заряд вибухової речовини

Изобретение относится к области взрывных работ и может использоваться при разрушении горных пород скважинными зарядами взрывчатого вещества (ВВ) на открытых горных работах. Известен скважинный заряд ВВ. включающий сплошной заряд ВВ, забойку и инициатор, установленный со стороны, противоположной внешней относительно разрушаемого массива стенки скважины [1]. Недостатками данной конструкции заряда ВВ являются; 1. Неравномерное распределение энергии взрыва вокруг скважинного заряда, что влечет за собой снижение эффективности взрыва заряда ВВ и способствует образованию заколов вглубь горного массива, затрудняющих дальнейшие буровые работы. 2. Некачественное дробление горных пород со стороны внешних, относительно разрушаемого массива, стенок скважинных зарядов. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является скважинный заряд ВВ, включающий забойный и устьевой заряды ВВ, рассредоточенные инертным промежутком и забойкой со стороны устья скважины, линейный инициатор, связанный с промежуточным инициатором детонирующим шнуром [2]. К недостаткам данного скважинного заряда ВВ относятся: - нерациональное распределение энергии взрыва по высоте уступа горных пород из-за отсутствия разных режимов детонации верхней и нижней части заряда. Задачей изобретения является усовершенствование скважинного заряда ВВ, заключающееся в обеспечении возможности дифференцированного распределения энергии взрыва, обусловленного разными режимами детонации верхней и нижней части заряда. Поставленная задача решается том, что в скважинном заряде ВВ, включающем забойный и устьевой заряды ВВ, рассредоточенные инертным промежутком и забойкой со стороны устья скважины, промежуточный инициатор, размещенный в забойном заряде ВВ, линейный инициатор с инициирующим импульсом, достаточным для передачи детонации устьевому заряду ВВ и проходящий через него и связанный с промежуточным инициатором детонирующим шнуром, согласно изобретению длина инертного промежутка составляет 5 диаметров скважин, а длина устьевого заряда ВВ вместе с забойкой - 40 диаметров скважин. Совокупность признаков обеспечивает осуществление протекания детонационных процессов, в верхней и нижней части заряда, с разной скоростью. Это в свою очередь влияет на интенсивность выделения энергии взрыва по высоте колонки заряда. Сущность изобретения поясняется чертежами, где; - на фиг. 1 в вертикальном разрезе изображены структурная схема разрушаемого уступа горных пород и конструкция скважинного заряда ВВ; - на фиг. 2 - схема взрывного нагружения горного массива. На фиг, 1 представлено строение разрушаемого уступа горного массива, состоящего из трех зон: а трещиноватая часть уступа, в - слабо тре щиноватая зона, находящаяся в средней части уступа, с - монолитная часть массива, расположенная в нижней части уступа. Скважинный заряд состоит из забойного 1 и устьевого 2 Зарядов, рассредоточен-' ных инертным промежутком 3. забойки 4 и линейного 5 и промежуточного б инициаторов. Линейный 5 инициатор размещен в устьевом 2 заряде, а промежуточный 6 - в забойном 1. Длина инертного промежутка 3 составляет 5 диаметров скважины, а длина устьевого 2 заряда вместе с забойкой 4-40 диаметров скважины. При взрыве линейного 5 инициатора (фиг. 2) в устьевом 2 заряде образовывается косой фронт детонационной волны 7, в результате чего в горном массиве 8 распространяется волна напряжений 9 под углом меньше 90о. При взрыве промежуточного 6 инициатора в забойном 1 заряде образовывается прямой фронт детонации 10, в результате чего в горном массиве 8 распространяются волны напряжений 11 под углом. равным 90°. Скважинный заряд ВВ работает следующим образом. Линейный 5 инициатор инициирует устьевой 2 заряд и передает импульс промежуточному 6 инициатору, который поддерживает забойный 1 заряд. Э Инертный промежуток 3 обеспечивает автономность работы забойного 1 и устьевого 2 зарядов в разных режимах детонации. Длина забойной части заряда определяется по формуле: где Н - общая длина скважин, м; 45d - величина, равная 45 диаметрам скважин. Длина инертного 3 промежутка, выполненная из забоечного материала, равна 5 диаметрам скважины, а устьевая часть заряда вместе с забойкой 4 составляет 40 диаметров скважины. При этом длина забойки 4 в каждом конкретном случае принимается по действующим паспортам буровзрывных работ на горнодобывающих предприятиях. Из теории и практики взрывных работ известно, что разрушаемый уступ горных пород подвергается взрывному воздействию от ранее проведенных взрывов на вышележащем и смежном уступах, в результате чего верхняя часть разрушается. Так, при отбойке смежного уступа нарушение законтурного массива (вновь образованного уступа) проявляется на расстоянии около 100-150 диаметров скважинного заряда - глубиной до 45 диаметров. Если учесть, что диаметр скважины 250 мм, то очевидно, что верхняя часть образованного уступа покрыта системой трещин протяженностью 25-38 метров и глубиной до 11 метров. Если учесть, что длина горизонтальной верхней площадки уступа на практике не превышает 40 метров, то можно констатировать, что в результате отбойки смежного уступа, вновь образованный уступ имеет нарушенную верхнюю часть. С другой стороны в результате отбойки вышележащего уступа также образуется система трещин по всей площади верхней части нижележащего уступа глубиной до 40 диаметров скважинного заряда, что составляет около 10 метров. Таким образом, очевидно, что верхняя часть уступа высотой до 40 диаметров скважинного заряда подвергается двойному взрывному воздействию. В результате этого образуется устойчивая искусственная система трещин, образующая (разрушенную) трещиноватую часть уступа, зона а, что составляет 40 диаметров скважинного заряда. Разница между глубиной воздействия на вновь образовавшийся уступ при разрушении смежного уступай вышележащего составляет около 5 диаметров скважинного заряда, то есть около 1,26 метра, она и образует зону, лежащую ниже трещиноватой части уступа. Нижняя часть уступа, идущая после зоны о образует монолитную часть/не имеющую искусственной системы трещин - зону с. Между верхней трещиноватой (разрушенной) частью уступа (зона а) и нижней монолитной частью (зона с) расположена зона b, представляющая собой полуразрушенную часть уступа. На практике рассчитывать размеры данных зон с учетом используемой технологии взрывной отбойки не представляет никакой трудности. Разрушаемый уступ горных пород имеет неоднородную целостность из-за образования в его верхней части искусственной системы трещин от ранее взорванных верхнележащего и смежного уступов, поэтому необходимо с целью повышения КПД взрыва и повышения качества дробления горных пород дифференцированно распределить энергию взрыва верхней и нижней части заряда ВВ. Для этого предлагается верхнюю и нижнюю часть заряда ВВ инициировать соответственно линейным и точечным инициаторами, что обеспечит разный характер взрывного нагружения по высоте разрушаемого массива. При взрыве линейного 5 инициатора осуществляется подрыв устьевого 2 заряда и промежуточного5 инициатора, после чего промежуточный 6 инициатор инициирует забойный 1 заряд. Так как скорость детонации линейного 5 инициатора, в качестве которого применяется ДШЭ-30, 50. больше скорости детонации всех промышленных ВВ. то взрывчатое превращение устьевого 2 заряда произойдет быстрее, чем забойного 1, инициируемого промежуточным 6 инициатором. В результате этого интенсивность и скорость взрывного нагружения верхней части разрушаемого массива (зона а) будет больше, чем нижней, что повысит КПД взрыва за счет уменьшения трансформации взрывных газов по трещиноватой верхней части массива. В забойной 1 части заряда ВВ будет работать в штатной скорости, то есть с меньшей скоростью детонации, чем линейный 5 инициатор и в нижней монолитной части массива (зона с) взрывная нагрузка будет иметь более продолжительный характер, что будет способствовать более качественному дроблению в нижней части разрушаемого уступа. Инициирование устьевой 2 и забойной 1 части заряда ВВ линейным 5 и промежуточным 6 инициатором позволит изменить не только интенсивность, но и процесс взрывного разрушения горного массива. Так косой фронт детонации 70т линейного 5 инициатора (фиг. 2) вызывает выход в верхней части массива (зона а) продольных волн напряжения 9, а в нижней части массива (зона с) прямой фронт детонации ТО от промежуточного 6 инициатора - поперечных волн напряжения 11. Встречное взаимодействие продольных и поперечных волн напряжения позволит повысить качество дробления горных пород. Основными параметрами взрывною разрушения массива горных пород являются длительность воздействия взрывной нагрузки и величина удельного импульса. Рассмотрим длительность воздействия волн напряжения в произвольной точке пассива при линейном и точечном инициировании. При взрыве заряда, расположенного перпендикулярно обнаженной поверхности, длительность воздействия волн напряжения в любой точке горного массива определяется по формуле где t - время воздействия волн напряжения, в произвольной точке массива, сек; h - длина заряда, м: V - скорость движения источника детонации по заряду, м/сек; x, Z - координаты произвольной точки в массиве; С - скорость распределения колебаний в среде, м/сек: a - переменная величина, принимающая значения от 0 до h. Учитывая, что при линейном инициировании V = Dл (скорость детонации линейного инициатора), а при точечном V = DBB (скорость детонации ВВ) выражение (1) для линейного и точечного инициирования примет вид: Формулы (2) и (3) отличаются только первичными членами алгебраических сумм интегралов. Так как для всех промышленных ВВ скорости детонации ВВ меньше детонации линейного инициатора (детонирующего шнура с повышенной навеской наполнителя), то есть DЛ >DBB, то С энергетической точки зрения неравенство (4) можно трактовать так: время накопления энергии в единичном объеме, выделенном около произвольной точки, при линейном инициировании будет меньшим, чем при точечном, то есть удельный импульс при линейном инициировании больше, чем при точечном. Исходя из полученных результатов можно утверждать, что предложенный скважинный заряд ВВ позволит дифференцирование распределять энергию взрыва по высоте разрушаемого уступа в зависимости от структурной целостности разрушаемого Горного массива. При данной конструкции заряда ВВ верхняя нарушенная часть уступа будет подвержена более мощной и интенсивной взрывной нагрузке, что согласно теории и практике взрывного дела позволит уменьшить потери энергии взрыва и повысить качество дробления верхней трещиноватой части разрушаемого уступа. Нижняя монолитная часть уступа, наоборот, будет подвержена более продолжительному и плавному взрывному нагружению, и это обеспечит продолжительность пребывания нижней части массива в напряженном состоянии, что способствует повышению интенсивности дробления, так как сопротивление разрушению целостности горного массива уменьшается при увеличении длительности действия взрывной нагрузки. При этом, учитывая, что устьевой 2 и забойный 1 заряды взрываются последовательно и автономно, а их размеры соответствуют стр уктурной нарушенности разрушаемого уступа, это позволит получить описанный эффект разрушения в чистом виде. Также следует отметить тот факт, что поля напряжений верхней и нижней части будут значительно отличаться, что в свою очередь позволит осуществлять двукратное, разной интенсивности нагружение разрушаемого уступа. Пример. Взрывают уступ высотой 15 метров, обуренный скважинами глубиной 18 м и диаметром 250 мм. Зона "а" составляет 40 диаметров, то есть 10 м. Следовательно, устьевой заряд с учетом длины забойки 6 м, составляет 4 м. Длина инертного промежутка (зона "в") равна 5 диаметрам или 1,25 м, а длина забойного заряда (зона "с") составляет 6,75 м. Исходя из параметров скважинного заряда изготовляют соответствующи х размеров комбинированный боевик. При данной конструкции, если заряд будет сформирован из граммонита 79/21 имеющего скорость детонации 3,5 км/сек, в верхней части заряда взрывчатое превращение будет происходить в два раза быстрее по сравнению с нижней частью, так как скорость детонации линейного инициатора (ДШЗ-30, 50) составляет 7 км/с. То есть выделение энергии и интенсивность нагружения в устьевом и забойном заряде будет различна и оптимальна для данного строения разрушаемого уступа горных пород. Использование предложенной конструкции заряда ВВ позволит по сравнению с прототипом повысить эффективность взрыва за счет дифференцированного распределения энергии взрыва, обусловленного разными режимами детонации верхней и нижней части заряда. Рассредоточение заряда ВВ с помощью инертного промежутка позволяет рационально распределить взрывчатое вещество по всей длине скважины, при этом максимально можно использовать КПД взрыва.