Комбинированная забойка

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. Технический результат - повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет запирания продуктов детонации в зарядной полости до момента полного разрушения окружающей породы комбинированной забойкой. Комбинированная забойка включает участок над зарядом ВВ или воздушным промежутком, заполненный сыпучим материалом. Участок с сыпучим материалом занимает по высоте скважины не менее трех ее диаметров. Над этим участком установлено металлическое устройство, выполненное в виде разрезанного вдоль оси полого цилиндра с коническим расширением в нижней части, состоящего не менее чем из трех частей одинакового размера, которые вверху снабжены штырями, вставленными, с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, в направляющие втулки, закрепленные на несущем кольце, соединенном распорной трубой с опорным кольцом на поверхности уступа. А снизу в цилиндр вставлен полый распорный конус, соединенный с трубчатой тягой, имеющей резьбу на верхнем конце под гайку и свободно проходящей через распорную трубу, при этом через трубчатую тягу пропущен проводник инициирующего импульса. 1 з.п.ф-лы, 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.

Известен целый ряд конструкций забоек в виде пластмассовых пробок, деревянных и бетонных клиньев [1]. Основным их недостатком является низкая эффективность.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения является комбинированная засыпная забойка, в верхней части тела которой устанавливают пробку из материала более плотного, чем материал забойки [2]. Верхняя плотная пробка при взрыве заклинивается за счет воздействия сейсмических волн на скважину в районе пробки. Эффективность повышается с увеличением разности плотностей материала пробки и материала забойки, а также прочности материала пробки. Следовательно, если выполнить пробку максимально плотной и прочной (из металла), эффективность забойки будет максимальна.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет запирания продуктов детонации в зарядной полости до момента полного разрушения окружающей породы комбинированной забойкой.

Поставленная задача достигается тем, что в комбинированной забойке, включающей участок над зарядом ВВ или воздушным промежутком, заполненный сыпучим материалом, согласно изобретению, участок с сыпучим материалом занимает по высоте скважины не менее трех ее диаметров, над этим участком установлено металлическое устройство, выполненное в виде разрезанного вдоль оси полого цилиндра с коническим расширением в нижней части, состоящего не менее чем из трех частей одинакового размера, которые вверху снабжены штырями, вставленными, с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, в направляющие втулки, закрепленные на несущем кольце, соединенном распорной трубой с опорным кольцом на поверхности уступа, а снизу в цилиндр вставлен полый распорный конус, соединенный с трубчатой тягой, имеющей резьбу на верхнем конце под гайку и свободно проходящей через распорную трубу, при этом через трубчатую тягу пропущен проводник инициирующего импульса.

Полый распорный конус выполнен сменным с различным диаметром.

На фиг.1 схематично изображена комбинированная забойка в рабочем положении в скважине, на фиг.2 - после начала детонации.

Комбинированная забойка состоит из верхней части в виде металлического устройства, включающего полый цилиндр 1 с коническим расширением 2 в нижней части, разрезанный вдоль образующей не менее чем на три равные части, которые вверху снабжены штырями 3, закрепленными в корпусе цилиндра. Штыри 3 вставлены в направляющие втулки 4, закрепленные на несущем кольце 5, с возможностью перемещения внутри втулок 4 в горизонтальной плоскости. Несущее кольцо 5 соединено распорной трубой 6 с опорным кольцом 7. В коническое расширение 2 цилиндра 1 вставлен полый распорный конус 8, соединенный с трубчатой тягой 9, имеющей на верхнем конце резьбу под гайку 10 и свободно проходящей через распорную трубу 6. Металлическое устройство размещено над нижней частью 11 комбинированной забойки, выполненной из сыпучего материала, например бурового шлама или песка, высотой не менее трех диаметров скважины.

Комбинированную забойку формируют следующим образом. На поверхности блока металлическое устройство собирают в конструктивный элемент. Для этого замеряют диаметр скважины и выбирают сменный полый распорный конус 8, исходя из условия, что его нижний диаметр меньше замеренного диаметра скважины на 4-8 мм. Такой подход обусловлен существенным изменением диаметра скважин по мере износа бурового долота. Так, наши замеры в гранодиоритах показали, что при бурении ударным штыревым долотом диаметром 115 мм диаметр скважины изменяется от 118 мм у нового долота до 106 мм у изношенного, т.е. отклонение диаметра пробуренной скважины от номинала составляет до 10%. Затем вставляют соответствующий данному диаметру скважины полый распорный конус 8 снизу в цилиндр 1, пропускают трубчатую тягу 9 через распорную трубу 6 и накручивают на нее гайку 10, подтягивая полый распорный конус 8 до соприкосновения с коническим расширением 2 цилиндра 1. Через трубчатую тягу 9 пропускают проводник инициирующего импульса 12 (провода от электродетонатора, волновод неэлектрической системы или детонирующий шнур). После этого в скважину 13 засыпают нижнюю часть забойки 11 на высоту не менее трех диаметров скважины так, чтобы осталось место под металлическое устройство, которое и опускают нижней частью в скважину 13 до засыпной части 11. Диаметр нижней части цилиндра 1 с вдвинутыми внутрь разрезными частями меньше диаметра скважины 13 на 4-8 мм, что позволяет металлическому устройству свободно входить в скважину 13 до расположения опорного кольца 7 на поверхности уступа. После этого гайкой 10 подтягивают полый распорный конус 8 в коническое расширение 2 цилиндра 1, и его разрезные элементы распираются в стенки скважины 12. 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 нижней части 11 из сыпучего материала. Вначале сыпучий материал уплотняется в виде пробки, воспринимающей первый, самый жесткий удар продуктов детонации, затем продукты детонации сдвигают эту пробку, смешиваются с ее материалом, диспергируют его и этот пылегазовый поток 14 оказывает мощное давление на распорный конус 8, что приводит к вдавливанию его в разрезной цилиндр 1. За счет очень высоких усилий прижатия разрезных частей цилиндра, на порядок и более превышающих прочность пород на сжатие, цилиндр 1 сминает стенки скважины 13 в зоне действия полого распорного конуса 8, образовывая зону раздавливания пород 15, в которую внедряются стенки разрезного цилиндра 1, что приводит к заклиниванию металлического устройства и всей комбинированной забойки в скважине 13. Трубчатая тяга 9 при этом свободно проходит через распорную трубу 6, не нарушая положения опорного кольца 7. Таким положение металлического устройства комбинированной забойки остается вплоть до прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через трещины в разрушенном массиве. Это подтверждено нашими экспериментальными взрывами в гранодиоритах скважин с диаметром 115 мм, массой заряда ВВ 90 кг и металлической забойкой, аналогичной по конструкции металлическому устройству комбинированной забойки: после взрыва следов скольжения корпуса забойки по скважине не обнаружено, зато были видны длинные диагональные вмятины. Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости вплоть до начала разрушения массива, комбинированная 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 комбинированная забойка позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до начала разрушения массива, без потерь их за счет наличия сыпучего материала в нижней части под металлическим устройством, и тем самым повысить эффективность использования энергии взрыва на дробление пород.

Источники информации

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

2. Патент РФ № 2143096 (прототип).

1. Комбинированная забойка, включающая участок над зарядом ВВ или воздушным промежутком, заполненный сыпучим материалом, отличающаяся тем, что участок с сыпучим материалом занимает по высоте скважины не менее трех ее диаметров, над этим участком установлено металлическое устройство, выполненное в виде разрезанного вдоль оси полого цилиндра с коническим расширением в нижней части, состоящего не менее чем из трех частей одинакового размера, которые вверху снабжены штырями, вставленными с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, в направляющие втулки, закрепленные на несущем кольце, соединенном распорной трубой с опорным кольцом на поверхности уступа, а снизу в цилиндр вставлен полый распорный конус, соединенный с трубчатой тягой, имеющей резьбу на верхнем конце под гайку и свободно проходящей через распорную трубу, при этом через трубчатую тягу пропущен проводник инициирующего импульса.

2. Комбинированная забойка по п.1, отличающаяся тем, что полый распорный конус с трубчатой тягой выполнен сменным, с различным диаметром.