Ампула-герметизатор для набійки шпуров

Изобретение относится к средствам техники безопасности при взрывных работах. Цель изобретения - повышение надежности и технологичности забойки в шахтах, опасных по газу и пыли. Ампула-герметизатор выполнена из эластичного материала в виде трех секций - шарообразной горловины с обратным клапаном, герметизатора в виде цилиндра, соединенного обоими основаниями с большими основаниями усеченных конусов, донного герметизирующего стопора в виде усеченного конуса и клинообразного дна. Ампулу-герметизатор заполняют флегматризирующим забоечным материалом и досыпают в шпур. В результате повышается избыточное давление в ампуле-герметизаторе и она надежно расклинивается в шпуре. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. Изобретение относится к средствам техники безопасности и способам их реализации, направленным на предотвращение взрывов пылегазовоздушных смесей и повышение эффективности взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли, а именно к конструкции ампул и способов по созданию забойки шпуров (гидрозабойкой, забойкой пластичными и гелеобразными материалами). шпуров, улучшить дробление разрушаемого массива и др.). Эти положительные эффекты достигаются путем герметизации шпура, предотвращающей в первоначальный момент взрыва выброс раскаленных продуктов детонации взрывчатого вещества (ВВ) из шпура в взрывоопасную (пылегазовоздушную) среду; удержания в течение определенного времени газообразных продуктов детонации ВВ в шпуре совершения ими полезной работы взрыва; флегматизации или ингибирования взрывоопасной среды в горной выработке путем взрывного распыления флегматизирующего (ингибирующего) материала, применяющего для забойки. Кроме того, забойка должна надежно заклинивать заряд ВВ для удержания его в Известно, что применение забойки при ведении взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли, позволяет повысить безопасность ведения взрывных работ и эффективность взрыва (КИШ - коэффициент использования шпура, снизить удельный расход ВВ на м 3 горной породы, угля, объем 1700350 восходящих шпурах, что предотвращает раздвижку патронов заряда ВВ при взрыве смежных шпуровых зарядов. Наиболее перспективными забоечными материалами для ведения взрывных работ в 5 шахтах, опасных по газу и пыли, являются пластичные, зернистые и жидкостные. Пластичную и жидкостную забойку, как правило, применяют в ампулах из эластичного полимерного материала. Ампула, за- 10 полненная пластичным или жидкостным забоечным материалом (водой, гелем, пастой), благодаря конфигурации и форме своего объема, должна фиксироваться в шпуре и удерживать заряд ВВ в нем. Диаметр ам- 15 пулы в заполненном состоянии должен максимально приближаться к диаметру шпура или скважины, обеспечивая свободную ее досылку без разрушения. Практическая реализация одновременно всех этих требований затруднена. 20 Известна забивочная ампула для шпуров, содержащая камеру и самозакрывающийся клапан. Ампула представляет собой продолговатый трубчатый элемент, который несколько сужен в направлении донной ча- 25 сти. Другой конец ампулы снабжен самозакрывающимся клапаном. Ампула состоит из двух слоев термопластичного материала, накладываемых друг на друга и соединенных по кромке друг с другом по направле- 30 нию внутрь несколько сходящимися швами, образующими суживающийся внутрь входной канал. Недостатком такой ампулы является то, что форма ее тела не обеспечивает фикса- 35 цию ампулы в шпуре или скважине, что не позволяет применять их в наклонных шпурах и скважинах и не предотвращает выброс раскаленных газов в начальный момент взрыва, повышая взрывоопасность 40 в призабойном пространстве. В особенности этот недостаток ярко проявляется при заполнении ампул измельченным твердым материалом. При заполнении же водой или пастообразными 45 материалами эластичная ампула, благодаря незначительному избыточному давлению заполняющего материала, приобретает слегка изогнутую форму и стремится сохранить ее в скважине или шпуре под действи- 50 ем упругого сжатия стенками скважины или шпура и, следовательно, удерживается в этом положении. Однако и их надежность очень низкая. Для обеспечения эффекта заклинива- 55 НИЙ ампул, наполненных измельченным забоечным материалом, предложено использовать ампулы диаметром несколько большим, чем диаметр взрывчатых патро нов, и заполненных с сохранением некоторого свободного объема, обеспечивающего возможность деформации в процессе эксплуатации без разрывов. При забойке не полностью заполненная ампула сжимается, перекручивается в нескольких местах. Это вызывает смещение перекрученных частей по отношению к продольной оси скважины или шпура и защемление стенками этих каналов. Как утверждают авторы изобретения, благодаря наличию в ампуле свободного объема, эти деформации являются постоянными, и ампула полностью прочно закрывает поперечное сечение скважины. Такое решение действительно дает некоторый эффект при использовании тонкоизмельченного (80% по весу с диаметром частиц не менее 1 мм или более 60% по весу частиц с диаметром менее 0,3 мм) забоечного материала. Однако этот эффект недостаточно надежен, а приемы его достижения не технологичны. Известна также самозакрывающаяся ампула водяной забойки, которая.имеет изогнутую форму тела с одним или несколькими перегибами по длине патрона. Ампулу заполняют водой под избыточным давлением. Поэтому закрепление ее в канале обеспечивается за счет собственной упругости без каких-либо дополнительных средств, что позволяет применить ее в наклонных шпурах и скважинах. Однако такая конструкция ампулы не обеспечивает надежной изоляции газообразных продуктов взрыва. Известна аналогичная самотормозящаяся водяная ампула, представляющая собой контейнер из искусственного материала, имеющий по меньшей мере один изогнутый участок на нем - участок излома в форме канавки. Причем с обоих концов канавки на стенках ампулы расположены обжимы. Такая конструкция имеет несколько большую жесткость, что повышает надежность ее заклинивания. Однако задача предотвращения возможности выброса раскаленных газообразных продуктов в начальный момент взрыва тако,й конструкцией не решается, так как ампула не перекрывает канал шпура или скважины по всему сечению, а лишь благодаря упругости касается стенок канала в нескольких точках, рассредоточенных по его длине и удерживается в наклонных каналах. Известно также изобретение, согласно которому саморасклинивающаяся ампула для забойки содержит камеру и обратный клапан, противоположный клапану, имеет конусообразное уширение. В этом изобретении также успешно решена задача само 1700350 заклинивания ампул с водяной забойкой в наклонных и вертикальных каналах. Кроме того, такая ампула отличается более простой конструкцией по сравнению с известными изогнутой формы и более надежным способом забойки. Под действием забойника плоское или вогнутое коническое дно деформируется, втягиваясь внутрь, и свободно входит в шпур. Затем после снятия усилия забойника коническая часть ампулы стремится принять первоначальное положение за счет уширения и избыточного давления заполненной ампулы, фиксируя ее в шпуре или скважине, не перекрывая при этом полностью его поперечное сечение. Недостатком такой конструкции ампулы является то, что она не предотвращает начальный выброс раскаленных продуктов детонации ВВ при взрыве вследствие существующих зазоров между стенкой скважины или шпура и телом ампулы. Кроме того, самозаклинивание ампулы такой конструкции низкое, вследствие того что конусообразное уширение лишь на коротких участках соприкасается с его стенками. Этот недостаток усугубляется при заполнении ампул геле или пастообразным забоечным материалом, удельный вес которого значительно превышает удельный вес воды (до 2 г/см3), что снижает эффект расклинивания при использовании- их в наклонных и вертикальных шпурах и скважинах. Способ создания качественной запирающей забойки в шахтах, опасных по газу и пыли, с использованием ампул вышеперечисленных изобретений предусматривает применение дополнительной запирающей забойки (песчано-глинистой длиной не менее 150 мм). Производственно-экспериментальным управлением по буровзрывным работам Донбасса предложена самозапирающаяся ампула для забойки шпуров (АСЗ). Самозапирающаяся ампула для забойки шпуров (АСЗ) представляет собой полиэтиленовую камеру с обратным клапаном. При заполнении ее забоечным материалом принимает цилиндрическую форму переменного диаметра с клинообразной стопорной донной частью. Диаметр герметизирующей части на 2-3 мм меньше диаметра шпура. Применение такой ампулы с забоечным материалом позволяет герметизировать шпур и удерживать заряд ВВ в нем. Недостатком такой ампулы является то, что забоечный материал в ней должен постоянно находиться под избыточным внутренним давлением. Снижение избыточного 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 внутреннего давления приводит к снижению ее запирающей эффективности. Это накладывает ограничения на гарантийный срок годности ампул с забоечным материалом, условия ихтранспортирования и хранения. Кроме того, условия применения одного типоразмера ампулы ограничены диаметрами шпуров, разнящимися в пределах 2-3 мм. Целью предлагаемого устройства и способа его применения является создание качественной забойки для шпуров при ведении взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли (герметизация шпура возле заряда В В, его фиксация и инертизация взрывоопасной среды); улучшение технологичности и надежности забойки при применении ее в шахтном производстве; исключение использования дополнительной запирающей забойки (песчано-глинистой); повышение уровня безопасности при вращении шпуровых зарядов ВВ в шахтах, опасных по газу и пыли. Цель достигается тем, что предлагаемая ампула для забойки представляет собой эластичную оболочку, наполненную жидкостным или пластичным забоечным материалом (водой, гелем, пастой и др.), которая состоит из складывающейся шароообразной горловины с обратным клапаном, герметизатора, донного герметизирующегося складывающегося стопора; диаметр ампулы на участке герметизатора максимален, но меньше диаметра шпура на 3-5 мм, так как при разнице диаметров меньше, чем на 3 мм, ухудшается досылка ампулы в шпур, а при разнице диаметров более, чем на 5 мм, ухудшается герметизация шпура; при складировании шарообразной горловины и герметизирующего стопора создается избыточное давление в ампуле, что влечет за собой увеличение диаметра герметизирующей части, так как на этом участке ампула имеет максимальный диаметр; перед применением ампулы-герметизатора в ней не требуется'избыточное внутреннее давление; способ создания запирающей забойки с использованием ампулы-герметизатора исключает применение дополнительной запирающей забойки (песчано-глинистой). Предлагаемая конструкция ампулы-герметизатора и способ ее применения для забойки шпуров в сравнении с известной обладает существенными отличиями: применение ампулы в шахтах, опасных по газу и пыли, позволяет создать более качественную забойку для шпуров за счет герметизации, а также удержания заряда ВВ в нем; применение ампулы в шахтах, опасных по газу и пыли, позволяет исключить дополни 1700350 8 Способ создания запирающей забойки с использованием ампулы-герметизатора заключается в следующем. Полиэтиленовые ампулы заполняются забоечным материалом (водой, гелем, пастой) до начала производства взрывных работ (ВР) и складируются в выработке недалеко от места производства В Р. Досылка ампулы в шпур осуществляется головной частью вперед. Ампула рукой легко вводится в шпур, так как диаметр ампулы на участке герметизатора максимален, но на 3-5 мм меньше диаметра шпура, а клинообразное сферическое утолщение донного стопора ампулы больше диаметра шпура, поэтому складывается подобно "ласточкиному хвосту", расклинивая ампулу. Дальнейшая досылка ампулы в шпур осуществляется забойником. При воздействии забойником на ампулу донный стопор подворачивается, образуя "подушку", которая препятствует одеванию ампулы на забойник. При этом повышается внутреннее давление а ампуле и повышается ее уп ругость. Ампула легко досылается по каналу шпура. При упоре ампулы в препятствие (патрон В В, другая ампула) от действия нескол ьких толчковых усилий забойником складывающиеся шарообразная горловина и донный герметизирующий стопор полностью в противоположном направлении друг другу складывается и заклинивается. Складывание шарообразной горловины и клинообразного сферического утолщения донного герметизирующего стопора происходит на участках наименьшего диаметра. При этом в ампуле создается избыточное внутреннее давление, которое приводит к увеличению диаметра ее герметизирующей части, так как в этой части диаметр ампулы наибольший, значит больше и деформации. В результате ампула на участке герметизатора увеличивается до диаметра шпура и герметизирует его. Такое положение ампулы показано на фиг.2. Заряд ВВ в шпуре надежно заклинен двумя ампулами, имеющими общую длину не менее 500 мм (согласно требованию Герметизирующая часть ампулы представляет собой цилиндр с наибольшим диа- 50 "Единых правил безопасности при ВР"), метром ампулы, который на 3-5 мм меньше При взрыве шпурового заряда ВВ искдиаметра шпура. Длина герметизирующей лючается в первоначальный момент взрыва части ампулы должна быть не менее 75 мм выброс из шпура раскаленных продуктов детонации ВВ в взрывоопасную Среду, так из условия применения двух таких ампул на шпур. 55 как в донной и герметизирующей частях ампулы шпур герметизирован. Длина герметиДонная часть герметизирующего склазатора ампулы должна быть не менее 75,0 дывающегося стопора ампулы представлямм (из расчета 2 ампулы на шпур). Согласно ет собой конус, на вершине которого требованию "Руководство по применению расположено клинообразное сферическое забойки в угольных шахтах" длина запираюутолщение. тельную запирающую песчано-глинистую забойку ("пыжи"); ампула, заполненная забоечным материалом, легче досылается в шпур, так как благодаря конструкции герметизирующегося складывающегося стопора 5 при ее досылке образуется "подушка", в результате чего повышается избыточное давление в ампуле и ее упругость; увеличивается гарантийный срок годности ампул с забоечным материалом при транс- 10 портировке и хранении в шахтных условиях, так как в ампуле не требуется избыточное внутреннее давление перед ее применением; повышается уровень безопасности при взрывных работах в шахтах, опасных по газу 15 и пыли. На фиг.1 показана предлагаемая ампула; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг.З - положение ампулы на участке герметиза20 тора. Ампула получена путем сваривания фигурным сварным швом 1 двух слоев полиэтиленовой пленки 2 с подвернутыми внутрь концами, образующими обратный клапан 3. 25 Ампула состоит из следующих четырех частей: складывающаяся шарообразная горловина с обратным клапаном (I); конусная (II); герметизирующая (III); донная герметизирующего складывающегося стопора 30 (IV). Складывающаяся шарообразная горловина представляет собой сферическое утолщение, которое содержит проход, образованный подвергнутыми внутрь лепе- 35 стками обратного клапана, предназначенный для заполнения ампулы забоечным материалом. При упоре в патрон ВВ или в предыдущую ампулу от толчкового усилия сферическое утолщение, подворачиваясь, 40 складывается в направлении конусной части ампулы. Этим обеспечивается фиксация и подпор патрона ВВ. Конусная часть ампулы представляет собой конус, служащий местом для подвер- 45 гнутой складывающейся шарообразной горловины. 1700350 щей иесчано глинистой забойки должна быть не менее 150 мм. Забоечный материал от действия взрыва заряда ВВ, удерживая в течение определенного времени газообразные продукты взрыва ВВ, в последующем вылетает из шпура, распыляясь в призабойном пространстве. Распыление флегматизирующего (ингибирующего) забоечного материала производит инертизацию взрывоопасной пылегазовоздушной среды, предотвращая ее воспламенение. В результате использования конструкции ампулы и способа ее применения создается качественная забойка для шпуров при ведении взрывчатых работ в шахтах, опасных по газу и пыли, без использования дополнительной запирающей Забойки (песчано-гл инистой). Повышается технологичность и надежность забойки для шпуров при применении ее в шахтном производстве, так как ампулы при применении не требуют избыточного внутреннего давления в них, что увеличивает гарантийный срок годности при транспортировке и хранении их в шахтных условиях. Повышается уровень безопасности при взрывании шпуровых зарядов ВВ в шахтах, опасных по газу и пыли, за счет достижения вышеперечисленных преимуществ. Конструкция ампулы и способ ее применения в сравнении с известной позволяет достигнуть положительный эффект за счет сокращения времени и трудозатрат на заряжание забоя в результате исключения использования дополнительной запирающей забойки и уменьшения расхода ампул с за 5 10 15 20 25 30 35 10 боечным материалом на заряжание забоя, так как не требуется избыточное внутреннее давление в них для досылки их в шпур, от чего увеличивается гарантийный срок их хранения и исключается возможность разрушения оболочки ампулы при досылке ее в шпур; повышения коэффициента использования шпуров; повышения уровня безопасности при ведении взрывных работ в шахтах, опасных по газу и пыли. Экспериментальные образцы ампул, заполненных забоечным материалом (водой, пластичной забойкой ПЗМ-3), проверены в лабораторных условиях. Формула изобретения 1.Ампула-герметизатор для забойки шпуров, выполненная из эластичного материала в виде камеры перемен ного диаметра с обратным клапаном для заполнения ее флегматизирующим забоечным материалом, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения безопасности работ за счет повышения надежности и технологичности забойки в шахтах, опасных по газу и пыли, камера выполнена в виде трех последовательно расположенных секций - шарообразной горловины с обратным клапаном, герметизатора в виде цилиндра, соединенного обоими основаниями с большими основаниями усеченных конусов, донного герметизирующего стопора в виде усеченного кожуха и клинообразного дна, при этом секции соединены между собой меньшими основаниями усеченных конусов. 2.Ампула-герметизатор по п.1, о т л и ча ю щ а я с я тем, что й поперечном сечении периметр у донного герметизирующего стопора больше, чем у герметизатора. 1700350 A-A ' Фиг.і 1700350 ФигЗ Редактор Г.Гербер Составитель Н.Кононова Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик Заказ 4458 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101