Распорная комбинированная забойка

Изобретения относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород. Распорная комбинированная забойка выполнена из верхней и нижней частей, соединенных между собой силами сцепления твердеющих материалов. Верхняя часть представляет собой монолитную пробку из быстротвердеющих вяжущих материалов. Нижняя - полый металлический цилиндр, в стенках которого по образующей выполнено не менее трех прорезей, имеющий входящее внутрь монолитной пробки днище в виде усеченного конуса с рифленой наружной поверхностью. Длина монолитной пробки из быстротвердеющих вяжущих материалов составляет от 0,6 до 0,8 м. Длина полого металлического цилиндра составляет не менее 5-7 диаметров скважины. В качестве быстротвердеющих вяжущих материалов используют бетонную смесь, приготовленную на расширяющемся цементе, или смесь алебастра с наполнителем. Изобретение позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива и тем самым повысить эффективность использования энергии взрыва на дробление породы. 3 з.п. ф-лы, 1 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.

Известна монолитная распорная забойка из бетона на расширяющемся цементе длиной в 19-20 диаметров заряда, увеличивающая почти в 30 раз объем разрушения горных пород за счет задержки продуктов детонации в зарядной камере до начала разрушения массива и сдвижения пород [1]. Однако, как показали исследования по качеству дробления [2], при монолитной твердеющей забойке ухудшается качество дробления за счет отсутствия воздействия взрывных газов на участок скважины, занятый монолитной забойкой. Для скважин диаметром 100-200 мм эта длина может достигать 1,9-4 м, поскольку увеличение выталкивающей забойку силы пропорционально квадрату диаметра скважины, а рост сил сцепления забойки на боковой поверхности скважины пропорционален диаметру в первой степени. Только уменьшение длины участка, занятого монолитной забойкой, при сохранении ее сопротивляемости, позволит повысить качество дробления массива в районе забойки. Кроме того, из-за высокой стоимости бетона длина монолитной забойки также желательна минимальной.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет полного запирания продуктов детонации в зарядной полости до разрушения окружающей породы укороченной монолитной забойкой с воздушным промежутком над зарядом.

Поставленная задача достигается применением распорной комбинированной забойки, характеризующейся согласно изобретению тем, что она выполнена из верхней и нижней частей, соединенных между собой силами сцепления твердеющих материалов, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из быстротвердеющих вяжущих материалов, а нижняя - полый металлический цилиндр, в стенках которого по образующей выполнено не менее трех прорезей, имеющий входящее внутрь монолитной пробки днище в виде усеченного конуса с рифленой наружной поверхностью.

Длина монолитной пробки из быстротвердеющих вяжущих материалов составляет от 0,6 до 0,8 м.

Длина полого металлического цилиндра составляет не менее 5-7 диаметров скважины.

В качестве быстротвердеющих вяжущих материалов используют бетонную смесь, приготовленную на расширяющемся цементе, или смесь алебастра с наполнителем.

На чертеже схематично изображена распорная комбинированная забойка в рабочем положении в скважине.

Нижняя часть распорной комбинированной забойки выполнена в виде металлического цилиндра 1 с днищем 2 в виде усеченного конуса с нанесенными на его наружную поверхность рифлениями 3. В стенках цилиндра 1 по образующей выполнено не менее трех прорезей 4, а в днище 2 закреплен патрубок 5, на резьбовой конец 6 которого навинчивается трубчатая тяга 7, свободно проходящая через направляющую втулку 8, закрепленную на крестовине 9. Трубчатая тяга 7 снабжена рядом парных отверстий 10, в одну из которых вставляют штифт 11 для соединения трубчатой тяги 7 с направляющей втулкой 8, а в другую - рукоятку 12. Верхняя часть распорной комбинированной забойки выполнена в виде монолитной пробки 13 из быстротвердеющих вяжущих материалов, наружная поверхность которой сцепляется при твердении со стенками скважины 14, а внутренняя - с рифлениями 3 днища 2 цилиндра 1. Нижняя часть днища 2 снабжена резиновой манжетой 15.

Распорная комбинированная забойка работает следующим образом. На поверхности блока ее собирают в конструктивный элемент. Для этого на днище 2 устанавливают резиновую манжету 15, на резьбовой конец 6 патрубка 5 навинчивают трубчатую тягу 7, которую затем вставляют в направляющую втулку 8 крестовины 9. Через трубчатую тягу 7 пропускают проводник инициирующего импульса 16 (провода от электродетонатора, волновод неэлектрической системы или детонирующий шнур), в верхнюю пару отверстий 10 трубчатой тяги 7 вставляют рукоятку 12 и с ее помощью собранный конструктивный элемент устанавливают вертикально у скважины или шпура 14. Нижний конец трубчатой тяги 7 на величину верхней части забойки смазывают консистентной смазкой или оборачивают бумагой для предотвращения сцепления ее с монолитной пробкой 13 при твердении последней. Крестовину 9 размещают на трубчатой тяге 7 на расстоянии 0,6-0,8 м от днища 2, соответствующем длине пробки 13, и фиксируют ее установкой штифта 11 в ближайшую пару отверстий 10. Такая длина пробки 13 принята потому, что наиболее часто размер негабарита на предприятиях составляет 0,6-0,8 м и чаще всего именно на такую глубину наблюдаются сильные нарушения верхней части уступа взрывами на вышележащем горизонте. Образование монолитной пробки 13, сцепленной с поверхностью разрушенной части шпура или скважины, повышает плотность этой части на утечку продуктов взрыва. В то же время непосредственно под пробкой 13 имеется воздушный промежуток в цилиндре 1 длиной 5-7 диаметров шпура или скважины. Расчеты показывают, что именно такая длина разрезной части цилиндра 1 обеспечивает удерживающую способность нижней части забойки при распоре ее газами взрыва. Кроме того, исследования ряда авторов показали, что воздушный промежуток длиной 5-7 диаметров между зарядом ВВ и забойкой позволяет укоротить забойку при сохранении ее запирающих свойств [3]. За рукоятку 12 распорную комбинированную забойку опускают в скважину или шпур. Диаметр цилиндра 1 на 4-6 мм меньше диаметра шпура или скважины 14, что позволяет распорной комбинированной забойке свободно входить в шпур или скважину 14 до расположения крестовины 9 на поверхности уступа. Через проемы крестовины 9 в шпур или скважину 14 подают материал для выполнения пробки 13, например быстротвердеющую бетонную смесь, приготовленную на расширяющемся цементе, или смесь алебастра с наполнителем и, при необходимости, уплотняют ее. Такие смеси прошли испытания практикой и показали надежное сцепление со стенками шпуров. Быстротвердеющие вяжущие материалы сцепляются со стенками шпура или скважины 14 и рифлениями 3 днища 2. Резиновая манжета 15 предотвращает вытекание жидкой части смеси быстротвердеющих вяжущих материалов в скважину. После твердения монолитной пробки 13 с помощью рукоятки 12 трубчатую тягу 7 отвинчивают от резьбового конца 6 патрубка 5, убирают трубчатую тягу 7 с крестовиной 9 из шпура или скважины, и распорная комбинированная забойка готова к работе.

После детонации заряда ВВ в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер, и происходит динамический удар газов по большой поверхности внутренней полости цилиндра 1. В результате этого разрезная часть цилиндра 1 распирается продуктами взрыва в стенки шпура или скважины, воспринимая на себя значительную часть энергии взрыва, и совместно с укороченной монолитной пробкой 13 из быстротвердеющих вяжущих материалов запирает продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива.

Таким положение распорной комбинированной забойки остается вплоть до прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через трещины в разрушенном массиве. Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, такая забойка способствует более полному протеканию вторичных реакций в продуктах детонации и соответственно повышает энергию взрыва; это особенно важно для современных крупнодисперсных ВВ типа гранулитов и граммонитов, у которых значительная доля энергии выделяется в процессе вторичных реакций.

Таким образом, заявляемая распорная комбинированная забойка позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива, причем зона нерегулируемого дробления зарядом ВВ снижается до величины 0,6-0,8 м, занятой монолитной пробкой из быстротвердеющих вяжущих материалов. В результате применения такой забойки эффективность использования энергии взрыва на дробление пород существенно повышается, что позволяет решить поставленную техническую задачу.

Источники информации

1. Легастаев Е.Г. Исследование влияния расширяющейся забойки шпуров на результаты взрыва // Сб. Взрывное дело №59/16. М.: Недра, 1966. - С.262-266.

2. Миндели Э.О., Демчук П.А., Александров В.Е. Забойка шпуров. - М.: Недра, 1967. - 152 с.

3. Алексеенко А.Ф. Совершенствование параметров буровзрывных работ на известняковом карьере Камышбурунского железорудного комбината // Сб. Взрывное дело №59/16. М.: Недра, 1966. - С.125-134.

1. Распорная комбинированная забойка, характеризующаяся тем, что она выполнена из верхней и нижней частей, соединенных между собой силами сцепления твердеющих материалов, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из быстротвердеющих вяжущих материалов, а нижняя - полый металлический цилиндр, в стенках которого по образующей выполнено не менее трех прорезей, имеющий входящее внутрь монолитной пробки днище в виде усеченного конуса с рифленой наружной поверхностью.

2. Распорная комбинированная забойка по п.1, отличающаяся тем, что длина монолитной пробки из быстротвердеющих вяжущих материалов составляет от 0,6 до 0,8 м.

3. Распорная комбинированная забойка по п.1, отличающаяся тем, что длина полого металлического цилиндра составляет не менее 5-7 диаметров скважины.

4. Распорная комбинированная забойка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что в качестве быстротвердеющих вяжущих материалов используют бетонную смесь, приготовленную на расширяющемся цементе, или смесь алебастра с наполнителем.