Спосіб формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування гірських порід

Спосіб формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування гірських порід, який включає опускання у свердловину вздовж осі заряду вкладишів, засипання вибуховою речовиною, який відрізняється тим, що на кінці шпагату закріплюють вантаж, при цьому вздовж шпагату розміщують вкладиші у вигляді куль діаметром 0,5 dсв.д., на відстані один від одного, рівній 2,5-3,0 dсв.д., де dсв.д. - діаметр свердловини, а між ними розміщують центруючі вкладиші у вигляді зрізаних конусів з діаметром більшої основи, рівним 1,0-1,2 dсв.д., і пропускними вікнами у днищі малої основи, шпагат опускають у свердловину і нагнітають вибухову речовину за допомогою пневмозарядника. Винахід відноситься до гірничо-видобувної промисловості, а саме - до способів формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування міцних та надміцних гірських порід, що важко підриваються. Відомі способи формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування гірських порід в залежності від механізму їх дії на масив, що руйнується, можна об'єднати в декілька груп: управління дією вибуху за рахунок просторового розміщення свердловин та розосередження заряду в них; шляхом підбору типу вибухової речовини (BP) і напрямку ініціювання зміна місця розташування ініціатора та взаємодія суміжних свердловинних зарядів; застосування комбінованих свердловинних зарядів за рахунок зміни форми зарядної порожнини [1, с.486-489; 23]. Найбільш близьким за своєю суттю і досягнутому результату в порівнянні із запропонованим технічним рішенням, обраним за прототип, є спосіб вибухового руйнування гірських порід, що базується на використанні конструкції свердловинно го заряду BP кумулятивної дії, згідно AC №78382 [4]. Спосіб формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування гірських порід реалізується за рахунок розміщення вздовж колонки заряду з насипної BP, закріплених на детонуючому шнурі вкладишів у вигляді відсічених конусів, наприклад з картону, нагнітанням BP, встановлення патрона-бойовика, засипання набійки в устя свердловини, комутації вибухової мережі та ініціювання заряду. Проте, наведений спосіб для вибухового руйнування гірських порід зарядом кумулятивної дії має суттєві недоліки. Як встановлено дослідженнями [5], максимальній ефективності у роботі кумулятивного заряду може сприяти сферична ударна хвиля, що сходиться, у центрі якої може виникнути тиск до мільйону атмосфер, а застосування в цій конструкції заряду запропонованої форми кумулятивної порожнини, створить складність під час її формування також і міцність матеріалу, з якого виготовляється виїмка, що значно знижує коефіцієнт корисної дії вибуху. Наведені недоліки (19) UA (11) 86138 (13) C2 (21) a200708501 (22) 24.07.2007 (24) 25.03.2009 (46) 25.03.2009, Бюл.№ 6, 2009 р. (72) БУЛАТ АНАТОЛІЙ ФЕДОРОВИЧ, UA, ІЩЕНКО КОСТЯНТИН СТЕПАНОВИЧ, UA, ДЖОС ВОЛОДИМИР ПИЛИПОВИЧ, UA, ОСІННІЙ ВАЛЕНТИН ЯКОВИЧ, UA, КОНОВАЛ ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, UA, ІЩЕНКО ОЛЕКСІЙ КОСТЯНТИНОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ГЕОТЕХНІЧНОЇ МЕХАНІКИ ІМ. М.С. ПОЛЯКОВА НАН УКРАЇНИ, UA (56) SU 78382, 17.08.1948 SU 1533451, 20.10.1996 SU 1764395, 20.10.1996 UA 79805, 25.07.2007 US 6397754, 04.06.2002 3 способу під час його використання спричинять зростання об'ємів негабариту у підірваній гірській масі, зниження ефективності роботи дробильносортувальних комплексів та вантажнотранспортних засобів. В основу запропонованого винаходу поставлена задача удосконалення способу формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування міцних гірських порід, в якому за рахунок розміщення вздовж вісі заряду шпагату з вкладишів різної форми, що чергуються, для формування кумулятивних виїмок вздовж свердловини, забезпечується створення потужного кумулятивного ініціюючого імпульсу, який підвищує стійкість детонації BP, і як наслідок, високу роботоздатність зарядів BP, бризантний ефект і ККД вибуху. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що у способі формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування міцних гірських порід, який включає опускання у свердловину вздовж вісі вкладишів, засипання вибуховою речовиною, згідно винаходу, на кінці шпагату закріплюють вантаж, при цьому вздовж шпагату розміщують вкладиші у вигляді куль діаметром 0,5dсвд., на відстані один від одного рівному (2,5-3,0)dсвд., де dсвд. - діаметр свердловини, а між ними розміщують центруючі вкладиші у вигляді відсічених конусів з діаметром більшої основи рівному (1,0-1,2)dсвд. і пропускними вікнами у днищі малої основи, шпагат опускають у свердловину і нагнічують BP за допомогою пневмозарядчика. Суть способу формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування міцних гірських порід полягає у наступному. Перед заряджанням свердловини розсипною BP на кінці підготовленого шпагату кріплять циліндричний вкладиш, який має днище у вигляді на півсфери з кільцевим вантажем. На частину шпагату, яка залишилась, нанизують вкладиші у вигляді куль, через отвір в геометричному центрі, і фіксують на визначеній відстані від циліндричного вкладиша. Між вкладишами, кулями, вздовж висоти заряду, який формується, закріплюють центруючі вкладиші, наприклад, відсічені конуси. Для створення ребер жорсткості вздовж утворюючої відсіченого конусу роблять розрізи, а днище малої основи відсіченого конусу виконано опуклої форми, яке має чотири пропускні вікна у вигляді сектора для пропуску розсипної BP. Після розміщення вкладишів на шпагаті на визначеній відстані їх місцеположення фіксують. Причому, відсічені конуси розміщують на шпагаті так, щоб їх мала основа була розвернута у напрямку забою свердловини. Підготовлену низку вкладишів у вигляді гірлянди з вкладишів: циліндра, куль та відсічених конусів опускають у свердловину, придержуючи її рукояткою, яка закріплюється на другому кінці шпагату, а потім нагнічують BP за допомогою пневмозарядчика. Після формування заряду у свердловині встановлюють патрон-бойовик, засипають набійку, комутують вибухову мережу і підривають. Фіксоване розміщення вкладишів вздовж вісі заряду дозволяє підвищити площину контакту вибухової речовини зі стінками зарядної порожнини та куму 86138 4 лятивними виїмками, а після подавання ініціюючого імпульсу сформована детонаційна та ударна хвиля, яка рухається вздовж колонки заряду, досягнувши поверхні кумулятивних виїмок формує потужний кумулятивний ініціюючий імпульс, який випереджує в часі швидкість детонації в місцях розташування сферичних порожнин. При цьому, від дії на масив гірських порід газового потоку у вигляді співударних газових течій, які сходяться у фокусі, в центрі сферичної виїмки, концентрується неоднорідне і нестаціонарне поле напружень, яке призводить до зсувних деформацій у хвилі розвантаження і розвитку тангенціальних тріщин у площинах, перпендикулярних вісі заряду, які спричиняють розміцнюванню та інтенсивному руйнуванню породи газоподібними продуктами детонації. Використання запропонованого способу формування заряду дозволяє покращити форми роботи і ККД вибуху, підвищити глибину проробки підошви уступу і вибою виробки, якість та інтенсивність подрібнення міцних напружених гірських порід, зниженню діаметра середнього шматка породи. На Фіг.1 представлена конструкція свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування міцних напружених порід; Фіг.2 - зовнішній вигляд вкладиша для формування кумулятивної виїмки півсферичної форми на шпагаті; Фіг.3 - переріз за A-A кумулятивної виїмки півсферичної форми; Фіг.4 - зовнішній вигляд вкладиша для центрування сферичних порожнин - куль - у свердловині; Фіг.5 - вид зверху вкладиша для центрування куль у свердловині; Фіг.6 - загальний вигляд стенда для моделювання способу формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування міцних напружених порід; Фіг.7 - загальний вигляд свердловини з розміщеними в ній вкладишами для формування заряду BP кумулятивної дії; Фіг.8 і Фіг.9 - послідовність формування заряду кумулятивної дії у свердловині та заряджання її вибуховою речовиною. Спосіб формування свердловинного заряду кумулятивної дії для вибухового руйнування міцних напружених порід реалізується у такій послідовності. На уступі руйнівного блоку або вибухової камери бурять свердловини (Фіг.1, поз.1) і починаючи з їх торця, перед заряджанням вибуховою сполукою (2) формують кумулятивні виїмки (3) вздовж вісі заряду і у вибої свердловини (5). Для цього беруть шпагат (3), перед опусканням у свердловину (1) і один його кінець пропускають через отвір (Фіг.3, поз.4) у центрі основи циліндричного вкладиша, який має днище у вигляді півсфери (Фіг.2, поз.2) і закріплюють в ньому кільцевий вантаж (Фіг.2, поз.3), діаметром (0,75-0,8)dсвд. і висотою (1,0-1,5)dсвд.. Закріплений кільцевий вантаж на кінці шпагату дозволяє без перешкод опустити вкладиш у свердловину, утримуючи його рукояткою (Фіг.1, поз.6), закріпленою на другому кінці шпагату. Причому, радіус на півсфери, яка є основою вкладишу, дорівнює радіусу циліндра, а діаметр його складає (0,9-0,95)dсвд., при висоті, рівній (1,0-1,5)dсвд. Вкладиш циліндричної форми (Фіг.1, поз.5) фіксують на шпагаті на відстані від вище розміщеної сферичної поверхні кулі, рівній (2,0 5 3,0)dсфер.пов., де dсфер.пов. - діаметр сферичної поверхні. Далі вздовж шпагату розміщують і фіксують вкладиші у вигляді гірлянди послідовно розміщених один за одним куль (Фіг.1, поз.4), який пропускають через отвір у центрі кулі, діаметром, наприклад, 5-6мм, на відстані один од одного і рівнім (2,5-3,0)dсвд., вкладишами у виді відсічених конусів, які чергуються (Фіг.1, поз.7; Фіг.4, поз.1). При цьому, більша основа відсіченого конуса виконують діаметром рівним (1,0-1,2)dсвд.. (Фіг.4, поз.2), а малого - (0,8-0,85)dсвд.. Відсічені конуси у місцях розміщення фіксуються на шпагаті (Фіг.1, поз. 4 і Фіг.4, поз. 3), що пропущений через отвір (Фіг.5, поз.4) у центрі днища малої основи (Фіг.5, поз. 5), на відстані від нижчої сферичної поверхні, рівним (1,02,0)dсфер.пов. і розвернутих до вибою свердловини. Для формування ребер жорсткості вздовж утворюючої відсіченого конуса виконують розрізи на глибину 2/3 його висоти (Фіг.4 і Фіг.5, поз.6), а днище малої основи відсіченого конусу має опуклу форму, в якому для пропускання розсипної BP вирізають чотири пропускних вікна у виді секторів (Фіг.5, поз.7), радіусом кривизни, який дорівнює половині малої основи відсіченого конуса. Підготовлена комбінація у вигляді гірлянди з вкладишів: циліндра, куль і відсічених конусів опускають у свердловину, утримуючи її рукояткою, яка закріплена на іншому кінці шпагату. Після опускання в свердловину шпагату з вкладишами заряджають її розсипною BP за допомогою пневмозарядчика, нагнічуючи BP через пропускні вікна у відсіченому конусі, починаючи з устя свердловини, встановлюють патрон-бойовик (Фіг.1, поз.8), засипають вибоєчну суміш (Фіг.1, поз.9 ), комутують вибухову мережу і підривають. Вкладиші для формування кумулятивних виїмок у заряді BP (Фіг.5, поз.7) можуть бути вироблені з хімічно інертного матеріалу, що легко руйнується, наприклад, полістиролу або високоміцного поліетилену, а кільцевий вантаж, наприклад, із свинцю або бурового шламу. Заряд кумулятивної дії для реалізації способу вибухового руйнування міцних напружених гірських порід працює наступним чином. В масиві гірських порід, який представлений, наприклад, кварцитами, альбититами, гранітами міцністю 130180МПа бурятъ вибухові свердловини (Фіг.1) діаметром 105-250мм вздовж висоти уступу 10-15м відбивного блоку або камери на висоту 20-30м вздовж мережі, згідно паспорта буро-підривних робіт (БПР). Далі на шпагаті з розміщеними на ньому у вигляді гірлянди куль, відсічених конусів для центрування їх вздовж вісі свердловини, циліндра з донною частиною у вигляді на півсфери, закріпленому в ньому кільцевого вантажу, опуска 86138 6 ють у свердловину і після цього виконують заряджання її вибуховою речовиною, наприклад, грамонітом 79/21 за допомогою пневмозарядчика. Ініціювання підготовленого свердловинного заряду здійснюють після встановлення патрона-бойовика в заряд BP, з нарядженого з патрона амоніта №6ЖВ з капсулем-детонатором або тротилової шашки Т-400Г з двома пасмами детонуючого шнура. Незаряджена частина свердловини герметизується набійкою довжиною 5-7м. Потім заряди комутують і підривають. Після подання ініціюючого імпульсу детонуючому шнуру або електродетонатору, спрацьовує патрон-бойовик і на поверхні заряду BP формується фронт ударної і детонаційної хвилі, який рухається вздовж колонки заряду до торця свердловини. Досягнувши поверхні виїмки, на її внутрішній поверхні під дією газоподібних продуктів формується потужний газовий потік зі співударяючих газових течій, які сходяться у фокусі (по вісі заряду). Цей потік створює потужний ініціюючий імпульс, який переходить в кумулятивну течію, що рухається зі надзвуковою швидкістю і перевищує швидкість детонації промислових BP в 1,5-2,0 рази із тиском у потоці більше 103МПа. Сформований газовий потік, що знаходиться під великим тиском починає розширюватись і впливати на стінки свердловини, формуючи сферичну порожнину, яка потім переходить в еліптичну. Від впливу цього газового потоку в масиві гірських порід у місцях розміщення кумулятивних виїмок концентруються неоднорідне і нестаціонарне поле напружень, яке призводить до зсувних деформацій у хвилі розвантаження та розвитку тангенціальних і радіальних тріщин, створюються сприятливі умови для його ефективного руйнування і переміщення. Джерела інформації 1. Миндели Э.О. Разрушение горных пород. M.: Недра, 1975. - С.ЗОЗ, 486-489. 2. А.С. СССР №1475296 МКИ 5 F 42 D 1/00. Скважинный заряд. Штеле В.И. Заявка. №4255279/23-03. от 01.06 1987. «ДСП». 3. А.С. СССР №1540431 МКИ 5 F 42 D 3/00. Способ формирования скважинных зарядов. В.И. Комащенко и др. Заявка. №4472234/23-03. от 12.05 1988. «ДСП». 4. А.С. №78382, МКИ Е21С 37/00. Способ приготовления заряда кумулятивного действия для производства взрывного рыхления горных пород. Д.Л. Басов и др. Заявка №383104 от 17.08.1948. (прототип). 5. Физика взрыва. / Ф.А.Баум, Л.П. Орленко, К.П. Станюкович и др. - M.: Наука, 1975.- С.377. 7 86138 8 9 86138 10 11 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 86138 Підписне 12 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601