Взрывная скважина
Владельцы патента RU 2287773:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Хабаровский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород. Взрывная скважина содержит цилиндрический ствол с нижней частью, заполненной зарядом взрывчатого вещества, и верхней частью, заполненной забоечным материалом, в которой выполнена заполненная забоечным материалом выемка, наибольший диаметр которой равен 1,5-3 диаметрам скважины. Выемка выполнена в виде усеченного конуса, который со стороны большего основания не менее чем на 10% высоты заполнен взрывчатым веществом. Изобретение обеспечивает эффективную отбойку горных пород за счет многократного повышения запирающего эффекта забойки, путем увеличения количества вовлекаемого в движение забоечного материала из выемки. 2 ил.
Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.
Дробление скальных горных пород взрывом на карьерах производят при помощи цилиндрических взрывных скважин, в верхней части которых длиной 1/3-1/4 над зарядом ВВ размещают забойку для запирания продуктов взрыва и увеличения тем самым длительности взрывного импульса. Исследованиями в промышленных условиях [1] установлено, что забойка вылетает во время взрыва в виде сжатого цилиндра до начала разрушения окружающего горного массива. В то же время в лабораторных условиях установлено, что забойка из сыпучих материалов более эффективно сопротивляется ударной нагрузке, которой в первый момент является взрыв заряда ВВ [2]. При этом забойка уплотняется, образуется "пробка", которая затем эффективно сопротивляется возрастающему установившемуся давлению газов газообразных продуктов взрыва за счет увеличения сил трения как между частицами забоечного материала, так и между уплотненной забойкой и стенками скважины.
Основным недостатком цилиндрических взрывных скважин является малая шероховатость их стенок, что снижает сцепление забойки с их стенками. Результаты массовых взрывов на карьерах показывают: при существующих взрывных скважинах забойка находится в скважине в течение 15-18 мс, что в 3-5 раз меньше времени разрушения массива. Малая сопротивляемость забойки значительно ухудшает качество дробления горных пород.
Наиболее близким по существу решаемой задачи является взрывная скважина, содержащая цилиндрический ствол с нижней частью, заряженной зарядом взрывчатого вещества, и верхней частью, заполненной забоечным материалом, в которой на расстоянии 1/2-2/3 длины верхней части от устья скважины выполнена заполненная забоечным материалом сферическая выемка, диаметр которой равен 1,5-3 диаметрам скважины [3].
При взрыве заряда в такой скважине нижняя часть забойки уплотняется и при движении смещает впереди себя остальной забоечный материал. По мнению авторов изобретения, за счет сил трения между частицами в движение вовлекается в основном вся масса забоечного материала, сосредоточенного в сферической выемке, и происходит его закупорка в зоне перехода сферической части скважины в цилиндрическую.
Недостатком этой взрывной скважины, принятой за прототип заявляемому изобретению, является заполнение забоечным материалом сферической выемки. При давлении на этот материал плотной "пробки" меньшего диаметра в сферической выемке будет вовлекаться в движение материал цилиндрической формы с размерами, близкими диаметру скважины. И только небольшая часть материала выемки за счет сил трения будет вовлечена в движение и сможет создать закупоривающий эффект.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение запирающего эффекта забойки путем увеличения количества забоечного материала из выемки, вовлекаемого в движение.
Поставленная задача достигается тем, что во взрывной скважине, содержащей цилиндрический ствол с нижней частью, заполненной зарядом взрывчатого вещества, и верхней частью, заполненной забоечным материалом, в которой выполнена заполненная забоечным материалом выемка, диаметр которой равен 1,5-3 диаметрам скважины, согласно изобретению выемка выполнена в виде усеченного конуса, который со стороны большего основания не менее чем на 10% высоты заполнен взрывчатым веществом.
На фиг.1 изображена взрывная скважина в разрезе в заряженном виде, на фиг.2 - при детонации заряда ВВ.
Взрывная скважина состоит из цилиндрического ствола 1 и выемки 2 конической формы. Верхняя часть цилиндрического ствола 1 и выемки 2 заполнены сыпучим забоечным материалом 3, при этом нижняя часть выемки 2, со стороны большего основания, не менее чем на 10% высоты заполнена взрывчатым веществом заряда 4, заполняющего нижнюю часть цилиндрического ствола 1, к которому подведен проводник инициирующего импульса 5.
В такой взрывной скважине увеличение сопротивляемости забоечного материала 3 действию газообразных продуктов взрыва, образующихся при детонации заряда 4, обеспечивается посредством размещения забоечного материала 3 в верхней части цилиндрического ствола 1 и выемке 2.
При детонации заряда взрывчатого вещества 4 забоечный материал 3 в районе нижнего основания конуса выемки 2 уплотняется давлением газов газообразных продуктов взрыва 6, образуя "пробку" 7. Чем выше скорость приложения нагрузки, тем короче, но плотнее образовавшаяся "пробка" [2]. Эта "пробка" под давлением продуктов детонации начинает смещаться вверх и, как поршнем, запрессовывает забоечный материал 3, находящийся в выемке 2, смещая его по сходящимся стенкам выемки 2 к верхней цилиндрической части 1. Во всей выемке 2 сила трения между частицами забоечного материала 2 возрастает, коэффициент сцепления забоечного материала 3 со сходящимися стенками выемки 2 увеличивается. Сопротивляемость забойки давлению газов газообразных продуктов взрыва 6 многократно возрастает, поскольку происходит запрессовка забоечного материала по всей площади сходящихся стенок конической выемки (а не только в зоне перехода от сферы к цилиндру, как у прототипа), и эффективность взрывного дробления горных пород повышается.
Таким образом, заявляемая взрывная скважина обеспечивает эффективную отбойку горных пород за счет многократного повышения запирающего эффекта забойки путем увеличения количества забоечного материала из выемки, вовлекаемого в движение, и увеличения площади запрессовки забоечного материала.
Источники информации
1. Демидюк Г.П. Роль и эффективность забойки при ведении взрывных работ. М.: Недра, 1965.
2. Гогичев И.И. Эффективная и оптимальная длина забойки шпуровых зарядов // Сб. Взрывное дело №59/16. М.: Недра, 1966. - С.266-269.
3. Взрывная скважина: А.с. СССР №769296, МКИ3 F 42 D 1/08, 1980 /Г.М. Моня, В.Д. Петренко, В.Ф. Джонс (прототип).
Взрывная скважина, содержащая цилиндрический ствол с нижней частью, заполненной зарядом взрывчатого вещества, и верхней частью, заполненной забоечным материалом, в которой выполнена заполненная забоечным материалом выемка, наибольший диаметр которой равен 1,5-3 диаметрам скважины, отличающаяся тем, что выемка выполнена в виде усеченного конуса, который со стороны большего основания не менее чем на 10% высоты заполнен взрывчатым веществом.
