Заряд для обводненных скважин

 

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано на открытых буровзрывных работах в обводненных горных породах. Цель изобретения - расширение области использования и повышение эффективности взрывных работ за счет обеспечения приспособления заряда к условиям обводненности скважины. Заряд для обводненных скважин содержит взрывчатое вещество (ВВ) 1 из растворимых или не растворимых в воде компонентов. Размещено ВВ 1 в эластичной оболочке 2, на заглушенном торце 3 которой выполнены основные 4 и дополнительные 5 впускные отверстия. При подачи оболочки 2 с ВВ 1 в скважину и заполнении ее водой через отверстия 4 и 5 заряд опускается на дно скважины. Для компенсации растворяемого ВВ 1 масса заряда увеличивается и равна М_вв = 1,05-2,0 М_c, где М_вв - масса заряда в обводненной скважине, кг; М_c - масса заряда в сухой скважине, кг. Для предотвращения вымывания окислителя из заряда в состав ВВ включают поверхностно-активные или клеящие вещества. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на открытых буровзрывных работах в обводненных горных породах. Целью изобретения является расширение области использования и повышения эффективности взрывных работ за счет обеспечения приспособления заряда к условиям обводненности скважин. На фиг.1 представлена принципиальная схема заряда в скважине; на фиг.2 - схема расчета уровня воды. Заряд для обводненных скважин включает взрывчатое вещество (ВВ) 1 из растворимых или не растворимых в воде компонентов. ВВ 1 размещено в эластичной оболочке 2, на заглушенном торце 3 которой выполнены основные 4 и дополнительные 5 впускные отверстия. При подаче эластичной оболочки с ВВ 1 в скважину и заполнении ее водой через основные 4 и дополнительные 5 отверстия на заглушенном торце 3 эластичной оболочки 2 заряд опускается на дно скважины. Столб воды 6 в скважине возрастает от первоначального уровня Н_во до уровня Н_в. В процессе растворения окислителя нерастворившаяся часть ВВ 1 достигает уровня Н_з. раствор окислителя 7 в эластичной оболочке 2 достигает уровня Н_p. Из условия равновесия выталкивающей силы и веса взрывчатого вещества 1 следует где S_з, S_скв площадь сечения соответственно заряда и скважины, м²; h_в высота столба воды 6 относительно нижнего торца эластичной оболочки 2 м; H_з высота столба ВВ, м; ρ_вв, ρ_в плотность соответственно заряда и воды; g ускорение свободного падения, м.с. Учитывая, что в процессе взрыва породы в забойной части скважины могут разрушаться за счет гидроудара, а также что в процессе отстоя ВВ 1 в эластичной оболочке 2 может осесть за счет снижения уровня воды (Н_в), обусловленного ее вытеканием в трещины, можно записать условие, при котором целесообразно осуществлять впуск воды в эластичную оболочку 2 по следующей математической зависимости X + h < H_во (4) где h допустимая высота недохода заряда до дна скважины, м, Тогда из уравнения (4) с учетом уравнений (1), (2) и (3) получают
(5)
где отношение площадей сечения заряда и скважины. Значение h 1-3 устанавливается экспериментально. Величину насыщенности раствора окислителя определяют из математического возражения
(6)
где М_o, М_в масса соответственно окислителя и воды в растворе, кг;
ρ_o, ρ_р плотность соответственно окислителя и раствора, кг/м₃;
V_o, V_з, V_p объем соответственно окислителя, воды в растворе и раствора, м³. Из уравнения (6) следует

По закону сообщающихся сосудов Р_в P_p, где Р_в, P_p давление воды в растворе у основного 4 и дополнительного 5 отверстий Н/м²;

Поэтому высота столба раствора 7 в эластичной оболочке 2 равна

Учитывая, что первоначальный объем воды в скважине после погружения заряда распределяется на образование раствора 7 и заполнение пространства между эластичной оболочкой и стенками скважины, можно записать
S_сквH_во (S_скв-S_з)·H_в + V_в (12)
В случае, когда раствор 7 располагается выше столба заряда (Н_p > H_з), можно записать
V_p H_pPS_з + (H_p H_з)·S_з, (13)
где Р отношение объема пустот в заряде к объему заряда. В случае когда раствор располагается ниже верхнего уровня заряда (Н_p < H _з), можно записать
V_p H_pPS_з (14)
Из выражений (12), (13) и (14) с учетом выражений (7) и (11) после преобразований получают

где К насыщенность раствора окислителя в долях, единицы. Если уровень воды Н_в больше глубины скважины (Н) следует принимать
H_в H (17)
Учитывая, что часть массы ВВ переходит в раствор, можно записать
M_ВВ M_ВВо + M_o, (18)
где М_ВВ заряжаемая масса ВВ,
M_ВВo масса ВВ, оставшаяся в виде твердой фазы, кг;
M_o масса окисления, перешедшего в раствор, кг. Повышение качества дробления пород достигается за счет сохранения выполнения заряда эквивалентным по результатам работоспособности заряда в сухой скважине. Это означает прежде всего гарантию детонации заряда при соответствующем инициировании и близкого к расчетному (сухому) заряду действия в породах, которое характеризуется теплотой взрыва. Раствор окислителя отдельно без твердой фазы с тротилом не взрывается, поэтому в процессе впуска воды в заряд и растворения окислителя может образовываться твердая фаза с различным содержанием тротила. При этом значительное содержание окислителя в сухих неводоустойчивых ВВ и относительно полное по высоте заряжение скважин обусловливают то, что твердая фаза будет находиться в концентрированном растворе окислителя. Масса твердой фазы ВВ учетом допущения о равенстве пустот между гранулами сухого ВВ и твердой фазы равна

Из выражения (8) следует, что

С ошибкой, не превышающей 15% при любом соотношении содержания в твердой фазе тротила и окислителя, в качестве критерия эквивалентности зарядов при водонаполнении принято
M_ВВо const. Учитывая, что раствор 7 селитры над зарядом взрывается, а сухая часть заряда ВВ 1 сохраняет свою работоспособность при расчете параметров, характеризующих предлагаемый способ, достаточно в качестве эквивалентных принять заряды твердой фазы, равными по геометрическим размерам. Поэтому
M_ВВ CM_c, (19)
где M_c масса сухого заряда, кг. Из выражений (18) и (19) следует
(20)
При H_p > H_з из уравнений (6), (7), (11) и (13) получают
(21)
При H_p ≅ РH_з из выражений (6), (7), (11) и (14) получают
M_o= KPρ_вH_вS_з. (22)
Масса ВВ
M_ВВо= S_зH_зρ_вв. (23)
Из выражений (20), (21), (22) и (23) получают

при H_p > P_з;

Из анализа уравнений (15), (16), (24) и (25) следует, что значение С возрастает по мере увеличения концентрации раствора пористости ВВ 1, первоначального уровня воды в скважине, соотношения площадей сечения заряда и скважины, а также по мере уменьшения расчетной высоты заряда и насыпной плотности ВВ, причем концентрация прямой зависимостью связана с температурой раствора. Поэтому для установления границ диапазона увеличения массы заряда определяется С при крайних значениях указанных факторов соответствующих С_мин и С_макс. М_ВВ (C_мин C_макс)·M_c 1,05 2,00 M_c
Меньшему значению С_мин 1,05 cоответствует отрицательная температура воздуха. Соотношение площадей сечения заряда и скважины предельно возможное, при котором можно осуществлять подачу эластичной оболочки 2 в скважину с одновременным размещением в ней ВВ. Плотность соответствует максимальной насыпной плотности ВВ, которые могут быть использованы по предлагаемому способу. Начальный уровень воды определен в соответствии с зависимостью (5). Высота заряда ВВ 1 соответствует максимальной глубине технологических скважин, используемых на карьерах за вычетом длины забойки. Максимальному значению С_макс 2 соответствуют минимальное значение глубины технологических скважин 10 м и максимальный уровень первоначальной длины воды 10 м. Температура, концентрация и плотность раствора соответствуют максимальной t 20^oС. Насыпная плотность заряда наименьшая для применяемых типов ВВ Высота заряда наименьшая, соответствующая максимальной высоте забойки 10 м для скважин диаметром d_з 160 400 мм. Если в эластичной оболочке 2 отсутствуют отверстия (порывы) кроме впускных 4 и 5, то обмен раствора и воды в скважине отсутствует. В случае порыва эластичной оболочки 2 выше впускных отверстий 4 и 5 на Δ H по закону сообщающихся сосудов будут действовать два условия

Из этих условий следует, что
ΔΗ(ρ_в-ρ_р)=0.
Физически это означает, что при расположении отверстий на разной высоте условия (26) и (27) одновременно не к выполняются, т.е. будет осуществляться обмен раствора в эластичной оболочке 2 и воды в скважине до уравнивания плотностей и будет вымываться из состава заряда окислитель. Это приведет к снижению работоспособности заряда. Поэтому при заряжении по предлагаемому способу в условиях, не исключающих порывов рукава, дополнительно в состав заряда необходимо вводить поверхностно-активные, клеящие или цементирующие вещества. Наряду с известной функцией гидрофобизации заряда эти вещества, покрывая пленкой твердые нерастворимые компоненты ВВ, а также самостоятельно в форме нерастворившихся взвешенных частиц, двигаясь с потоком воды, перекрывают более нижние отверстия. Это приводит к резкому снижению и исключению прочности жидкости в эластичной оболочке 2. При этом необходимо, чтобы создаваемые отверстия в эластичной оболочке 2 по своим размерам были меньше нерастворимых компонентов ВВ.

Формула изобретения

1. Заряд для обводненных скважин, включающий взрывчатое вещество из растворимых и не растворимых в воде компонентов, размещенное в эластичной оболочке, на заглушенном торце которой выполнено впускное отверстие, отличающийся тем, что, с целью расширения области использования и повышения эффективности взрывных работ за счет обеспечения приспособления заряда к условиям обводненности скважины, на заглушенном торце эластичной оболочки выполнено по крайней мере одно дополнительное впускное отверстие, а масса взрывчатого вещества определяется по математической зависимости
М_ВВ (1,05 2,0)М_с,
где М_ВВ масса взрывчатого вещества в заряде для обводненной скважины, кг;
М_с масса взрывчатого вещества в заряде для сухой скважины, кг. 2. Заряд по п.1, отличающийся тем, что взрывчатое вещество снабжено поверхностно-активным или клеящим компонентом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 09.06.2007

Извещение опубликовано: 20.02.2009        БИ: 05/2009

---