Способ взрывания скважинных зарядов

 

Изобретение относится к способу взрывания скважинных зарядов из промышленных взрывчатых веществ и может быть использовано в горнодобывающей промышленности при отбойке горных пород. Сущность изобретения: взрывная сеть скважинного заряда содержит один или несколько боевиков, инициируемых одновременно, а по высоте колонки заряда из гранулированного или водосодержащего взрывчатого вещества устанавливают дополнительные промежуточные детонаторы с неэлектрическими инициаторами, воспламенительный узел которых направлен навстречу движения ударной детонационной волны и мгновенно срабатывающий от ее действия, расстояние (L_д) между детонаторами или детонатором и торцом колонки заряда рассчитывается по формуле, приведенной в описании. Способ позволяет повысить равномерность дробления горной породы за счет снижения выхода негабаритной (крупнокусковой) фракции, увеличить выход горной массы с 1 ³, снизить затраты на взрывные работы, повысить производительность погрузочно-транспортного и дробильно-сортировочного оборудования. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способу взрывания скважинных зарядов из промышленных взрывчатых веществ и может быть использовано в горнодобывающей промышленности при отбойке горных пород.

Известно, что взрывание скважинных зарядов из промышленных взрывчатых веществ производится промежуточными детонаторами, срабатывание которых осуществляется с помощью инициаторов взрыва различных типов - электрических и неэлектрических детонаторов или детонирующими шнурами.

Известен способ взрывания скважинного заряда, состоящего из взрывчатого вещества, размещенного в цилиндрическом корпусе, на наружной поверхности которого по спирали расположен детонирующий шнур, нижняя часть которого помещена в патрон-боевик, верхняя - соединена со взрывной сетью [1]. Известны способы взрывания скважинного заряда, при которых по высоте колонки заряда из промышленного взрывчатого вещества размещается детонирующий шнур в виде чередующихся прямолинейных участков и кольцевых петель [2] или плотно скрученных витков спирали детонирующего шнура, соединенного концами в единую непрерывную кольцевую линию [3]. Недостатком вышеназванных способов взрывания скважинных зарядов является сложность монтажа взрывной линии, а использование детонирующих шнуров нормальной чувствительности приводит к образованию канала по заряду ВВ за счет разницы скоростей детонации взрывчатого вещества и детонирующего шнура. При этом по образующемуся каналу часть взрывных газов непроизводительно выбрасывается в атмосферу, что приводит к неполному использованию энергии скважинного заряда промышленного взрывчатого вещества и снижению эффективности ведения взрывных работ.

Известен способ взрывания скважинного заряда, включающий заполнение скважины неоднородной взрывчатой смесью (гранулированного тротила и гранулированной аммиачной селитры), содержащей включения отдельных компонентов размером более 0,03 м с временем горения более 10 м/с, установку мощного промежуточного детонатора типа ТГФ-850 с подсоединенным к нему низкоэнергетическим шнуром, с помощью которых производится взрывание [4], принятый авторами за прототип. Недостатком способа-прототипа является высокая стоимость ведения буровзрывных работ за счет высокой стоимости промежуточного детонатора ТГФ-850, сложности равномерного распределения по объему скважинного заряда крупных включений отдельных компонентов (гранулированного тротила), вводимых для поддержания детонации скважинного заряда, ограниченность применения способа формирования скважинного заряда из взрывчатых веществ, не содержащих в своем составе компонентов с временем горения более 10 м/с (патент предусматривает использование в качестве крупных включений тротила, входящего в состав заряжаемого взрывчатого вещества).

Технической задачей изобретения являлось повышение эффективности ведения взрывных работ за счет снижения стоимости, повышения надежности и полноты детонации заряда, расширения области использования низкочувствительных промышленных взрывчатых веществ, повышения безопасности ведения взрывных работ.

Техническая задача была решена разработкой способа взрывания скважинного заряда из промышленного взрывчатого вещества, включающего заполнение скважин взрывчатым веществом, установку средств взрывания и взрывание, при котором взрывная сеть скважинного заряда содержит один или несколько боевиков, инициируемых одновременно, а по высоте колонки заряда из промышленного взрывчатого вещества, например гранулированного или водосодержащего, устанавливают дополнительные промежуточные детонаторы с инициаторами взрыва, например неэлектрическими детонаторами мгновенного действия, воспламенительный узел которых направлен навстречу движения ударной детонационной волны, срабатывающий от ее действия; расстояние L_д (м) между промежуточными детонаторами или промежуточным детонатором и торцом колонки заряда рассчитывается по формуле:

L_д=К_уL_Р[1+(1-D_ИН/D_BB)x(L_з/L_Р-1)],

где К_у - коэффициент, учитывающий условия распространения детонации по заряду взрывчатого вещества;

К_у=1 при одностороннем распространении детонации на участке заряда между промежуточными детонаторами или промежуточным детонатором и торцом колонки заряда;

К_у=2 при встречном распространении детонации на участке колонки заряда между промежуточными детонаторами или промежуточным детонатором и торцом колонки заряда;

L_Р - длина участка разгона фронта детонации по колонке скважинного заряда при взрыве промежуточного детонатора до стационарного режима детонации промышленного взрывчатого вещества, м;

D_ИН - скорость детонации в колонке скважинного заряда взрывчатого вещества, при которой срабатывает инициатор взрыва, установленный в дополнительном промежуточном детонаторе, равная не менее критической скорости детонации срабатывания инициатора взрыва, м/с;

D_ВВ - скорость детонации промышленного взрывчатого вещества скважинного заряда, м/с;

L_з - расстояние затухания ударной волны в заряде промышленного взрывчатого вещества, (определяется экспериментально), м.

Предлагаемый способ взрывания скважинного заряда поясняется чертежом, на котором приведена схема заявляемой конструкции скважинного заряда, в разрезе.

Скважина 1 заполняется промышленным взрывчатым веществом 2, инициируемым одновременно одним или несколькими боевиками, состоящими из промежуточного детонатора, например, патронов взрывчатых веществ или шашек-детонаторов, 3 и инициаторов взрыва, например, электрических или неэлектрических детонаторов, импульс которым от взрывной сети передается по проводам или ударно-волновой трубке 4. По высоте колонки заряда через предварительно рассчитанные расстояния размещаются дополнительные промежуточные детонаторы 5 с инициаторами взрыва 6, например, неэлектрическими детонаторами низкоэнергетической системы инициирования типа “Нонель”, СИНВ, “Эдилин” и других аналогов, воспламенительный узел которого направлен навстречу распространяющейся по колонке взрывчатого вещества фронта ударной детонационной волны и срабатывает от нее. Срабатывание неэлектрического детонатора, например типа ДБИ-3 системы “Эдилин”, происходит в результате воспламенения зажигательного состава при воздействии на него детонационной волны, распространяющейся по колонке заряда взрывчатого вещества со скоростью не выше критической скорости детонации, равной 1650 м/с. В качестве инициатора взрыва могут использоваться взрывчатые вещества, например, порошкообразные индивидуальные малоплотные взрывчатые вещества типа ТЭН или гексогена, входящие в состав неэлектрических детонаторов, критическая скорость возбуждения детонации в которых находится в пределах 1000-2000 м/с, непосредственно запрессованные в канал промежуточного детонатора или в металлическую гильзу. вставляемую в канал промежуточного детонатора, массой, не превышающей навески взрывчатого вещества неэлектрического детонатора. Кроме того, в качестве инициатора может использоваться отрезок детонирующего шнура, совмещенный с промежуточным детонатором. В верхней части скважины размещается забойка 7. Стрелками 8 показано направление распространения ударной детонационной волны по колонке скважинного заряда взрывчатого вещества.

На фиг.1а приведена схема взрывания скважинного заряда при прямом инициировании; на фиг.1б - при обратном инициировании; на фиг.1в - при встречном инициировании; на фиг.1г, д - боевик установлен во внутренней части заряда взрывчатого вещества.

Скважинный заряд работает следующим образом: после заполнения скважины промышленным взрывчатым веществом установки боевиков и дополнительных промежуточных детонаторов с инициатором взрыва производят подрыв заряда 2 с помощью боевика промежуточного детонатора 3, взрывной импульс которому передается инициатором взрыва 4. В зависимости от параметров промежуточного детонатора 3 (плотность, масса, диаметр, скорость детонации), скважинный заряд промышленного взрывчатого вещества после участка разгона детонации L_Р выходит на устойчивый стационарный режим детонации с максимальной скоростью D_ВВ, характерной для данного компонентного состава взрывчатого вещества, плотности заряжания, степени герметизации заряда и диаметра скважины. Устойчивая (стационарная) скорость детонации D_ВВ гранулированного или водосодержащего взрывчатого вещества при нормальном инициировании обычно устанавливается на расстоянии, равном двум-трем диаметрам заряда от промежуточного детонатора, называемом участком разгона детонации. Образующаяся ударная детонационная волна начинает распространяться по взрывчатому веществу. При взрывании удлиненными зарядами из низкочувствительных взрывчатых веществ невозможно обеспечить устойчивую скорость детонации по всей длине колонки заряда. При недостаточном инициирующем импульсе детонация взрывчатого вещества может протекать в затухающем режиме. Для поддержания режима устойчивой детонации взрывчатого вещества в предлагаемом способе взрывания заряда в нем размещаются на предварительно рассчитанных расстояниях L_д, соответствующих скорости детонации D_ИН, дополнительные внутрискважинные промежуточные детонаторы 5 с установленными в них инициаторами взрыва 6. При этом скорость срабатывания инициатора взрыва должна приниматься в диапазоне D_ВВ≥D_ИН≥D_КР, где D_КР - критическая (минимальная) скорость ударной детонационной волны, при которой возможно срабатывание инициатора взрыва. Ударная волна, распространяющаяся по колонке заряда взрывчатого вещества, вызывает срабатывание инициатора взрыва 6, который инициирует дополнительный промежуточный детонатор 5, который в свою очередь после разгона детонации на участке заряда длиной L_Р приводит к восстановлению скорости детонации D_ВВ низко чувствительного взрывчатого вещества 2 до устойчивого стационарного режима.

Дополнительные промежуточные детонаторы, инициаторы в которых срабатывают от ударной детонационной волны, способствуют более быстрому нарастанию давления и установлению устойчивой скорости детонации в колонке заряда промышленного взрывчатого вещества.

К преимуществу предлагаемого способа взрывания скважинного заряда относится отсутствие эффекта переуплотнения и выгорания части заряда взрывчатого вещества в зоне воздействия на колонку заряда радиального импульса от детонирующего шнура, тем самым исключается преждевременный выход взрывных газов на поверхность до полного подрыва заряда взрывчатого вещества, в результате чего повышается надежность подрыва и уменьшаются потери энергии взрывчатых веществ при взрыве.

При использовании низкочувствительных взрывчатых веществ, например аммиачная селитра - дизельное топливо (АС-ДТ), применяют способ множественного или многоточечного инициирования зарядов, обеспечивающий устойчивую детонацию по всей длине заряда. Предлагаемый способ взрывания скважинного заряда путем установки дополнительных промежуточных детонаторов с инициаторами взрыва из неэлектрических детонаторов, не инициируемых от общей взрывной сети скважинного заряда (“внутрискважинные” детонаторы), позволяет осуществлять множественное инициирование по длине колонки заряда взрывчатого вещества путем управляемого их срабатывания при воздействии продуктов детонации взрывчатого вещества на их воспламенительный узел. Дополнительные детонаторы, обладающие более высокой энергией и плотностью по сравнению со взрывчатым веществом, вызывают вблизи мест их расположения на ограниченном расстоянии повышение плотности энергии и детонационного давления, что обеспечивает улучшение качественных и количественных показателей взрыва, позволяет управлять полем напряжений в горном массиве, процессом дробления и перемещения отбиваемых горных пород. Дополнительные промежуточные детонаторы, установленные по высоте колонки заряда, инициаторы в которых срабатывают в зависимости от скорости детонации взрывчатого вещества, позволяют не только поддерживать незатухающий режим детонации по всей колонке заряда, но и регулировать продолжительность действия продуктов детонации скважинного заряда, удлинять время воздействия взрыва на горный массив при практически одинаковом общем запасе энергии взрывчатого вещества, что повышает эффективность дробления горных пород.

Достоинством заявляемого способа является и то, что промежуточные внутрискважинные детонаторы инициируются за счет ударной детонационной волны, создаваемой продуктами детонации взрывчатого вещества скважинного заряда, не требуется монтажа взрывной линии для их инициирования, что не только упрощает, но и снижает стоимость ведения взрывных работ.

Применение неэлектрических детонаторов, не содержащих в своем составе инициирующих взрывчатых веществ, например типа ДБИ-3 системы “Эдилин”, повышает безопасность ведения взрывных работ, позволяет осуществлять механизированную разборку отказавших скважин.

Предлагаемый способ взрывания скважинных зарядов обеспечивает основной технический результат изобретения:

- повышение надежности работы скважинного заряда из низкочувствительного взрывчатого вещества;

- обеспечение полноты детонации скважинного заряда;

- управление качеством получаемой горной породы;

- снижение стоимости ведения буровзрывных работ;

- повышение безопасности ведения взрывных работ;

- расширение области использования низко чувствительных взрывчатых веществ.

Расчет расстояний между промежуточными детонаторами или промежуточным детонатором и торцом колонки заряда в соответствии с предлагаемым изобретением проводится следующим образом.

Пример 1 (фиг.1б):

- заряд из гранулита Т, имеющего скорость детонации 3400 м/с;

- взрывная сеть состоит из шашки-детонатора и низкоэнергетической системы инициирования “Эдилин”, ударно-волновая трубка которой не передает боковой детонационный импульс гранулиту Т; инициирование обратное;

- диаметр скважины - 0,15 м;

- L₃=8 м (определено экспериментально применительно к скважинным зарядам диаметром до 0,2 м).

Принимая К_у=1 (одностороннее распространение детонации по заряду), L_Р, равное трем диаметрам заряда (0,15× 3=0,45 м) и D_ИН=2500 м/с (по условиям дробления горных пород), расстояние для установки дополнительных промежуточных детонаторов, рассчитанное по приведенной формуле L_д=К_уL_Р[1+(1-D_ИН/D_ВВ)((L_з/L_Р-1)], составляет 2,45 м. Расстояние между промежуточными детонаторами и между промежуточным детонатором и торцом колонки заряда составляет 2,45 м. Количество устанавливаемых в скважине дополнительных промежуточных детонаторов с инициаторами взрыва определяется условиями взрыва (глубиной скважин, длиной колонки скважинного заряда). Работа скважинного заряда из гранулита Т в стационарном и устойчивом режиме детонации гарантируется, так как при расчете принята скорость ударной детонационной волны, равная 2500 м/с, что значительно больше критической скорости детонации для срабатывания воспламенительного узла неэлектрического детонатора ДБИ-3 (1650 м/с).

Предлагаемый способ изготовления зарядов использовался при ведении взрывных работ по породам различной крепости скважинными зарядами различного диаметра из взрывчатых веществ различного компонентного состава.

Ведение буровзрывных работ по предлагаемому способу позволило повысить равномерность дробления горной породы за счет снижения выхода негабаритной (крупнокусковой) фракции на 7-10%, увеличить выход горной массы с 1 м³ на 3-5%, что позволило снизить затраты на взрывные работы, повысить производительность погрузочно-транспортного и дробильно-сортировочного оборудования. По предлагаемому способу взорвано 1,6 млн м³ горной породы.

В процессе проведения взрывов отказов и аномальной работы зарядов не зафиксировано.

Источники информации

1. Патент России №2069836.

2. Патент России №2138771.

3. Патент России №2169899.

4. Патент России №2123661, 1998.

Формула изобретения

1. Способ взрывания скважинного заряда, включающий заряжание скважины взрывчатым веществом, установку средств взрывания и взрывание, отличающийся тем, что взрывная сеть скважинного заряда содержит один или несколько боевиков, инициируемых одновременно, а по высоте колонки заряда из промышленного взрывчатого вещества, например, гранулированного или водосодержащего, устанавливают дополнительные промежуточные детонаторы с инициаторами взрыва, например, неэлектрическими детонаторами мгновенного действия, воспламенительный узел которых направлен навстречу движения ударной детонационной волны, срабатывающий от ее действия, расстояние L_Д (м) между промежуточными детонаторами или промежуточным детонатором и торцом колонки заряда рассчитывается по формуле

L_Д=K_УL_Р [1 +(1 –D_ИН/D_ВВ)•(L_З/L_Р-1)],

где К_У - коэффициент, учитывающий условия распространения детонации по заряду взрывчатого вещества: К_У=1 при одностороннем распространении детонации на участке заряда между промежуточными детонаторами или промежуточным детонатором и торцом колонки заряда; К_У=2 при встречном распространении детонации на участке колонки заряда между промежуточными детонаторами или промежуточным детонатором и торцом колонки заряда;

L_Р - длина участка разгона фронта детонации по колонке скважинного заряда при взрыве промежуточного детонатора до стационарного режима детонации промышленного взрывчатого вещества, м;

D_ИН - скорость детонации в колонке скважинного заряда взрывчатого вещества, при которой срабатывает инициатор взрыва, установленный в дополнительном промежуточном детонаторе, равная не менее критической скорости детонации срабатывания инициатора взрыва, м/с;

D_ВВ - скорость детонации промышленного взрывчатого вещества скважинного заряда, м/с;

L_З - расстояние затухания ударной волны в заряде промышленного взрывчатого вещества (определяется экспериментально), м.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют боевик, состоящий из промежуточного детонатора и инициатора взрыва, в качестве которого используются электрические и неэлектрические детонаторы или низкоэнергетические детонирующие шнуры, не передающие боковой импульс на заряд взрывчатого вещества.

РИСУНКИ

Рисунок 1