Спосіб формування комбінованого свердловинного заряду вибухової речовини (вр) кумулятивної дії

Реферат: Спосіб формування комбінованого свердловинного заряду ВР кумулятивної дії включає формування колонки заряду ВР суцільної конструкції з інертною оболонкою, а зі сторони устя свердловини - розміщення бойовика і набійки та заряду кумулятивної дії в інертній оболонці, комутацію в загальну вибухову мережу і підривання з уповільненням. При цьому спочатку з поліетилену виготовляють патрон, діаметром, меншим діаметра свердловини, та висотою, що перевищує діаметр кумулятивного заряду, запаюють його торцеву і бокову поверхню. В запаяних торцевих частинах патрона встановлюють вкладиш, діаметром, який відповідає діаметру патронованого ВР, далі патрон заповнюють розплавленим ВР до центру його, потім в центрі патрона ВР розташовують сферичну порожнисту вставку, діаметром, меншим діаметра патрона ВР, потім заповнюють другу частину патрона розплавленим ВР і запаюють його торець, при цьому в запаяному торці патрона розміщують другий вкладиш, ідентичний першому. Після застигання розплавленого ВР в патроні виймають вкладиші, встановлюють відповідні бойовики з капсулем-детонатором і комутують, включаючи їх в вибухову мережу. Далі підготовлений патронований заряд ВР розміщують в торці свердловини, в свердловину нагнітають основну вибухову речовину - гранульоване або емульсійне ВР, формуючи заряд ВР суцільної конструкції, а після встановлення бойовика устя свердловини герметизують набійкою чи затвором. UA 114783 U (12) UA 114783 U UA 114783 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірничорудної промисловості і може бути використана під час відбійки масивів міцних та надто міцних гірських порід складної будови в експлуатаційних блоках рудників. Відомі конструкції свердловинних зарядів за їх дією на масив гірських порід, які можна об'єднати в декілька груп: управління дією вибуху за рахунок просторового розташування свердловин і розосередження зарядів в них; за підбором типу вибухової речовини ВР і напряму ініціювання - зміна місця розташування ініціатора і взаємодія зближених свердловинних зарядів; вживання комбінованих свердловинних зарядів за рахунок зміни форми зарядної порожнини [Миндели Э.О. Разрушение горных пород. - М.: Недра, 1975. - С. 303, 486-489]. Найбільш близьким та вибраним як найближчий аналог, є спосіб формування свердловинного заряду ВР [А.С. СССР № 1554540 МКИ5 F 42 В 3/00. Штеле В.И. 1990 "ДСП"]. Суть способу полягає в формуванні по колонці заряду ВР кумулятивної порожнини шляхом встановлення у торці свердловини інертної оболонки з тягою, яка розміщена всередині, в геометричному центрі її основи, яка забезпечує під час прикладення до неї зусилля формування в заряді порожнини конусоподібної форми. Використання в даній конструкції заряду запропонованої форми кумулятивної порожнини створює складність при її формуванні, що знижує кількість областей істотного підвищення коефіцієнта корисної дії вибуху (ККДВ). Приведені недоліки способу під час його використання сприяють зростанню об'єму негабариту зруйнованої гірської породи, зниженню ефективності роботи дробильно-сортувальних комплексів та вантажно-транспортних засобів. В основу корисної моделі поставлена задача розробки нового способу формування комбінованого свердловинного заряду ВР кумулятивної дії, в якому після підривання в першу чергу в торці свердловини секції заряду ВР кумулятивної дії і одночасного переміщення вздовж колонки в його центр сферичної ударної та детонаційної хвиль, які мають інший характер розповсюдження, хімічного розпаду вибухової речовини і утворення в центрі кумулятивної виїмки області сфокусованих плазмових потоків, що сприяє іншому переміщенню потужного кумулятивного ініціюючого імпульсу та створенню в масиві рудного покладу мережі екрануючих порожнин в обидва боки від осі заряду в межах експлуатаційного блока, і як наслідок досягається зниження інтенсивності впливу вибухових хвиль на об'єкти інфраструктури, сейсмічну безпеку ведення буропідривних робіт на рудниках, а також забезпечує якість подрібнення, знижує вихід негабариту, вірогідності зависання порід в камерах та розубожівання корисних копалин, і за рахунок цього сприяє ефективності роботи дробильно-сортувальних комплексів та вантажно-транспортних засобів, підвищенню якості продукції та зниженню вартості. Поставлена задача вирішується тим, що у способі формування комбінованого свердловинного заряду ВР кумулятивної дії, що включає формування колонки заряду ВР суцільної конструкції з інертною оболонкою, а зі сторони устя свердловини - розміщення бойовика і набійки та заряду кумулятивної дії в інертній оболонці, комутацію в загальну вибухову мережу і підривання з уповільненням, згідно з корисною моделлю, спочатку з поліетилену виготовляють патрон, діаметром, меншим діаметра свердловини, та висотою, що перевищує діаметр кумулятивного заряду, запаюють його торцеву і бокову поверхню, причому в запаяних торцевих частинах патрона встановлюють вкладиш діаметром, який відповідає діаметру патронованого ВР, далі патрон заповнюють розплавленим ВР до його центру, потім в центрі патрона ВР розташовують сферичну порожнисту вставку, діаметром, меншим діаметра патрона ВР, потім заповнюють другу частину патрона розплавленим ВР і запаюють його торець, при цьому в запаяному торці патрона розміщують другий вкладиш, ідентичний першому, після застигання розплавленого ВР в патроні виймають вкладиші, встановлюють відповідні бойовики з капсулем-детонатором і комутують, включаючи їх в вибухову мережу, далі підготовлений патронований заряд ВР розміщують в торці свердловини. В свердловину нагнітають основну вибухову речовину - гранульоване або емульсійне ВР, формуючи заряд ВР суцільної конструкції, а після встановлення бойовика устя свердловини герметизують набійкою чи затвором. У запропонованому способі формування комбінованого свердловинного заряду ВР кумулятивної дії технічний результат досягається за рахунок одночасного переміщення з торців вздовж колонки заряду в центр його сферичної ударної і детонаційної хвиль за рахунок хімічного розпаду вибухової речовини і утворення в центрі кумулятивної виїмки області сфокусованих плазмових потоків, що сприяє переміщенню потужного кумулятивного ініціюючого імпульсу, який до ініціювання основного заряду ВР по руйнуванню гірських порід формує в масиві рудного покладу мережу екрануючих порожнин в обидва боки від осі заряду в межах 1 UA 114783 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 експлуатаційного блока, що дозволяє зниження інтенсивності впливу вибухових хвиль на об'єкти інфраструктури і сейсмічну безпеку ведення буро-підривних робіт на рудниках. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями та схемами: на фіг. 1 представлена конструкція комбінованого свердловинного заряду ВР кумулятивної дії; фіг. 2 - зовнішній вигляд секції патрона ВР кумулятивної дії комбінованого свердловинного заряду ВР; фіг. 3 - схема і параметри активної частини секції заряду ВР кумулятивної дії; фіг. 4 - схема роботи секції патрона ВР кумулятивної дії комбінованого свердловинного заряду ВР: а) - початкове положення секції заряду до вибуху; б) - початок процесу детонації в секції заряду ВР; в) робота плазмових потоків кумулятивного ініціюючого імпульсу по формуванню порожнини в масиві гірських порід; фіг. 5 - кінограма процесу роботи заряду ВР кумулятивної дії по руйнуванню твердого середовища. Комбінований заряд вибухової речовини кумулятивної дії формують в свердловині (1, фіг. 1), пробуреній в масиві гірських порід. Процес включає розміщення основного заряду вибухової речовини суцільної конструкції (2), а в торці свердловини (1) секції заряду в ньому поліетиленового патрона ВР кумулятивної дії (3) зі сферичною вставкою (4) з ініціаторами (5), патрона-бойовика з детонуючим шнуром або капсулем-детонатором (6), з'єднаною з неелектричною системою (НСІ) підривання зарядів (7), устя якого герметизується набійкою або затвором (8). Комбінований заряд вибухової речовини формується починаючи з виготовлення секції заряду ВР кумулятивної дії. Для цього з міцного поліетилену з товщиною стінок, що не менша або дорівнює δ1,5-2 мм, виготовляють патрон - секцією заряду ВР кумулятивної дії (фіг. 2) діаметром, рівним dсекц. к.з.=(0,8-0,9)dсвpд., та довжиною більшою або рівною ℓсекц. к.з.(20-30)ℓк.з. висоті активної частини кумулятивного заряду (9, фіг. 3), де, dсекц. к.з. - діаметр секції кумулятивного заряду; dсвpд. - діаметр свердловини; ℓк.з.=(3-5) dcф. пор. - довжина кумулятивного заряду; dcф. пор.=0,5dзар. - діаметр сферичної порожнини; dзар. - діаметр заряду. Потім підготовлену матрицю з поліетилену запаюють, спочатку бокову поверхню, а потім одну із торцевих. В одній із запаяних торцевих частин патрона встановлюють вкладиш, діаметром, рівним діаметру патронованого ВР (5), наприклад, 36 мм, або 42 мм, на глибину, яка не перевищує довжину патрона ВР, наприклад, 250 мм, або 300 мм. Далі в патроні (3) формують заряд ВР, поступово заповнюючи високобризантним розплавленим ВР, наприклад, тротилом (ТНТ), розігрітим до температури плавлення (80, 2 °C для ТНТ) [див. Дубнов, Л.В. Промышленные взрывчатые вещества / Л.В. Дубнов, Н.С. Бахаревич, А.И. Романов. - М: Недра, 1973. - С. 78-79], до його центру. Потім в центрі патрона ВР розташовують вкладиш - сферичну вставку (4), наприклад, порожнисту кулю, з діаметром рівним dcф. пор.=0,5 dзар., де: dзар. - діаметр заряду секції патрона ВР. Після заповнення однієї частини патрона заповнюють іншу його частину розплавленим ВР і запаюють торець. В запаяному торці патрона розміщують інший вкладиш з діаметром, не меншим за діаметр патронованого ВР на глибину, рівну довжині патрона ВР. Після застигання розплавленого ВР в патроні виймають вкладиші, встановлюють бойовики (5) - патроноване ВР, наприклад, амоніт № 6ЖВ з капсулем-детонатором і комутують, включаючи їх в вибухову мережу. При цьому експериментальними дослідженнями встановлено [див. Баум Ф.А., Орленко Л.П., Станюкович К.П., Челышев В.П., Шехтер Б.И. Физика взрыва. М: Изд-во "Наука", 1975. - 704 с; Burrkle W.S. Optimum drilling and blasting procedureres /W.S. Burkle // Pit & Quarry. - Vol. 77, - 1985. - p. 30-34; Щукин Ю.Г., Лютиков Г.Г., Поздняков З.Г. Средства инициирования промышленных взрывчатых веществ. М.: Недра, 1996. - 155 с.], що для стійкого поширення детонаційного процесу, а саме фронту детонаційної хвилі по секції заряду ВР, і виходу на стійкий (стаціонарний) режим детонації заряду необхідно дотримуватись збільшення площі бічної поверхні контакту ВР з бойовиком. Це досягається співвідношенням бічної поверхні бойовика до заряду ВР, а саме Sбд/Sбз0,5-0,6, де: Sбд - бічна поверхня бойовика; Sбз - бічна поверхня заряду. Таке співвідношення сприяє збільшенню ефективності передачі детонації і роботи заряду ВР, а не втратам при бічному розльоті вибухової речовини з потоку розплавленої плазми при ініціюванні, які будуть настільки великі, що детонація згасає. Далі підготовлену секцію заряду ВР (3) розміщують в свердловині (1), досилаючи зарядником або спеціальним приладом в її торець, потім за допомогою зарядних машин, наприклад, типу "Ульба-400", ЗП-2, Вахш, УТЗ-2М або ручних порційних зарядників, наприклад типу УЗП-3, в свердловину нагнітають основну вибухову речовину (2) - емульсійне ВР, типу ЕРА, Анемікс, Україніт чи гранульоване ВР типу АС-8, грамоніт 79/21, формуючи заряд ВР суцільної конструкції. Після цього встановлюють бойовик (6), а устя свердловини герметизують набійкою чи затвором (8). Сформований комбінований заряд ВР комутують в загальну вибухову мережу з використанням 2 UA 114783 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 неелектричної системи ініціювання (7, НСІ) типу ПРИМА ЕРА, NONEL, ІМПУЛЬС і підривають з уповільненням. Спосіб здійснюється таким чином. В масиві гірських порід представленому, наприклад, кварцитами, альбітитами, гранітами з коефіцієнтом міцності f=12-20 по шкалі проф. М.М. Протод'яконова, буровим станком НКР-100М бурять вибухові свердловини (1, фіг. 1) діаметром 85-105 мм в експлуатаційному блоці на висоту відбиваного поверху в місцях закладання комплекту віялових свердловин (спадні або висхідні) за сіткою, згідно з паспортом буропідривних робіт (БПР). Далі в підготовлених свердловинах формують комбіновані заряди ВР (фіг. 1), починаючи з виготовлення секції заряду ВР кумулятивної дії. Для цього з міцного поліетилену з товщиною стінок, що не менша або дорівнює δ≤1,5-2 мм виготовляють патрон секцією заряду ВР кумулятивної дії (фіг. 2) з діаметром, рівним dсекц. к.з.=(0,8-0,9)dсвpд. та довжиною, більшою або рівною ℓсекц. к.з.(20-30)ℓк.з. висоті активної частини кумулятивного заряду (9, фіг. 3), де: dсекц. к.з. - діаметр секції кумулятивного заряду; dсвpд. - діаметр свердловини; ℓк.з.=(35) dcф. пор. - довжина кумулятивного заряду; dcф. пор.=0,5dзар. - діаметр сферичної порожнини; dзар. діаметр заряду. Потім підготовлену матрицю з поліетилену запаюють, спочатку бокову поверхню, а потім одну із торцевих. В одній із запаяних торцевих частин патрона встановлюють вкладиш з діаметром, рівним діаметру патронованого ВР (5), на глибину, яка не перевищує довжині патрона ВР. Далі в патроні (3) формують заряд ВР, поступово заповнюючи розплавленим високобризантним ВР, наприклад тротилом (ТНТ), розігрітим до температури плавлення (80, 2 °C) до його центру. Потім в центрі патрона ВР розташовують вкладиш сферичну вставку (4), наприклад порожнисту кулю, з діаметром, рівним dcф. пор.=0,5dзар., де: dзар. діаметр заряду секції патрона ВР. Після заповнення однієї частини патрона заповнюють іншу частину його розплавленим ВР і запаюють торець. В запаяному торці патрона розміщують інший вкладиш діаметром не менше діаметра патронованого ВР на глибину, рівну довжині патрона ВР. Після застигання розплавленого ВР в патроні виймають вкладиші, встановлюють бойовики (5) - патроноване ВР, наприклад, амоніт № 6ЖВ з капсулем-детонатором, і комутують, включаючи їх в вибухову мережу. При цьому для стійкого поширення детонаційного процесу, а саме фронту детонаційної хвилі по секції заряду ВР, і виходу на стійкий (стаціонарний) режим детонації заряду необхідно дотримуватись збільшення площі бічної поверхні контакту ВР з бойовиком. Це досягається співвідношенням бічної поверхні бойовика до внутрішньої бічної поверхні заряду ВР з такими показниками, а саме Sбд/Sбз0,5-0,6, де: Sбд - бічна поверхня бойовика; Sбз - бічна поверхня заряду. Далі підготовлену секцію заряду ВР (3) розміщують в свердловині (1), досилаючи зарядником або спеціальним приладом в її торець, потім за допомогою зарядних машин, наприклад, типу "Ульба-400", ЗП-2, Вахш, УТЗ-2М або ручних порційних зарядчиків, наприклад, типу УЗП-3, в свердловину нагнітають основну вибухову речовину (2) - емульсійне ВР, типу ЕРА, Анемікс, Україніт чи гранульоване ВР типу АС-8, грамоніт 79/21, формуючи заряд ВР суцільної конструкції. Після цього встановлюють бойовик (6), а устя свердловини герметизують набійкою чи затвором (8). Сформований комбінований заряд ВР комутують в загальну вибухову мережу з використанням неелектричної системи ініціювання (7, НЕСІ) типу ПРИМА ЕРА, NONEL, ІМПУЛЬС і підривають з уповільненням. В першу чергу ініціюючий імпульс миттєво подають для спрацьовування патронів-бойовиків (5, фіг. 4, а) секції заряду ВР кумулятивної дії (3) і на поверхні вибухової речовини (ВР) після початку детонації формується фронт ударної і детонаційної хвилі D (10, фіг. 4, б), який рухається вздовж колонки заряду навпроти один до одного. Досягнувши поверхні порожнини (4), розплавлений плазмовий потік (11, фіг. 4, в) на її внутрішніх торцевих поверхнях (12) в місці зустрічі плазмових потоків (13) з обох боків утворює область сфокусованих потоків плазми (14), які направлені на поверхню свердловини (1). Далі вони акумулюються у фокус (по осі заряду) в центрі сферичної порожнини - кулі (4). Цей потік створює потужний ініціюючий імпульс, який може мати тиск до мільйона атмосфер, що не суперечить дослідженням [Физика взрыва. / Ф.А. Баум, Л.П. Орленко, К.П. Станюкович и др. - М.: Наука, 1975. - С. 377], рухаючись зі швидкістю 10 км/с, перевищуючи швидкість детонації промислових ВР в 1,5-2,0 рази з тиском в потоці 3 більше, як 10 МПа. Сформований потік, що знаходиться під великим тиском, який значно перевищує межу міцності породи, починає впливати на стінки свердловини в радіусі (3-5)dзap, формуючи зону пластичних деформацій (15) і розриваючи структурні зв'язки породи він розширюється, створюючи сферичну порожнину (16), яка надалі переходить спочатку в еліптичну (17), а потім в систему радіальних тріщин (18) по обидві сторони від сферичної поверхні. В сформовану систему радіальних тріщин (18) з великою швидкістю рухається газовий потік продуктів детонації від вибуху заряду ВР, що сприяє формуванню екрануючої щілини (19) в межах експлуатаційного блока. Після сприятливих умов від дії секції кумулятивного заряду в свердловині по розвантаженню масиву гірських порід наступний крок 3 UA 114783 U 5 10 15 20 це підривання зарядів суцільної конструкції в свердловинах, які з дієвою ефективністю руйнують його і переміщують під захистом закладного масиву, що сприяє безпеці масових вибухів, як на територіях з розвинутою інфраструктурою, так і в виробках різного технологічного призначення. На фіг. 5 представлена кінограма процесу роботи секції заряду ВР кумулятивної дії, який зафіксовано швидкісною камерою СФР-2М в лабораторних умовах при руйнуванні моделей кубічної форми із оптично-активних матеріалів (органічне скло). Із кінограми видно, що після початку детонації по колонці заряду в напрямку сферичної поверхні прямує її фронт, формуючи хвилю напружень в моделі в центрі заряду ВР (див. кадр з часом 13 мкс). Далі під впливом сфокусованого плазмового потоку і газоподібних продуктів детонації формується порожнина еліптичної форми (див. кадр з часом 20 мкс), збільшуючись в об'ємі додаткової порожнини до меж моделі (див. кадр з часом від 25 до 40 мкс). Під впливом цих навантажень модель повністю руйнується. Наведені результати випробувань підтверджують здатність запропонованої конструкції секції заряду ВР кумулятивної дії формувати в руйнуючому середовищі направлену систему радіальних тріщин. Використання розробленої конструкції комбінованого заряду ВР кумулятивної дії дозволяє під дією потужного ініціюючого імпульсу створити в масиві гірських порід захисну розвантажувальну щілину в межах експлуатаційного блока і закладного масиву, що дозволяє створити сприятливі умови для ефективного руйнування корисних копалин в рудному покладі, забезпечує якість подрібнення, коефіцієнт корисної дії вибуху, зниження виходу негабариту і сейсмічну безпеку вибухових робіт на територіях з розвинутою інфраструктурою. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 40 Спосіб формування комбінованого свердловинного заряду ВР кумулятивної дії, який включає формування колонки заряду ВР суцільної конструкції з інертною оболонкою, а зі сторони устя свердловини - розміщення бойовика і набійки та заряду кумулятивної дії в інертній оболонці, комутацію в загальну вибухову мережу і підривання з уповільненням, який відрізняється тим, що спочатку з поліетилену виготовляють патрон, діаметром, меншим діаметра свердловини, та висотою, що перевищує діаметр кумулятивного заряду, запаюють його торцеву і бокову поверхню, причому в запаяних торцевих частинах патрона встановлюють вкладиш, діаметром, який відповідає діаметру патронованого ВР, далі патрон заповнюють розплавленим ВР до центру його, потім в центрі патрона ВР розташовують сферичну порожнисту вставку, діаметром, меншим діаметра патрона ВР, потім заповнюють другу частину патрона розплавленим ВР і запаюють його торець, при цьому в запаяному торці патрона розміщують другий вкладиш, ідентичний першому, після застигання розплавленого ВР в патроні виймають вкладиші, встановлюють відповідні бойовики з капсулем-детонатором і комутують, включаючи їх в вибухову мережу, далі підготовлений патронований заряд ВР розміщують в торці свердловини, в свердловину нагнітають основну вибухову речовину - гранульоване або емульсійне ВР, формуючи заряд ВР суцільної конструкції, а після встановлення бойовика устя свердловини герметизують набійкою чи затвором. 4 UA 114783 U 5 UA 114783 U 6 UA 114783 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7