Расклинивающаяся металлическая забойка
Владельцы патента RU 2329462:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих щадящие, в том числе под укрытием, взрывные работы в скальных массивах горных пород на дневной поверхности. Расклинивающаяся металлическая забойка включает решетчатый цилиндр, образованный проходящими через отверстия по краю диска рифлеными стержнями с головками сверху и фасками снизу. В решетчатый цилиндр снизу вставлен полый распорный конус, который снабжен снизу упругой манжетой, а сверху - гибкой связью, проходящей через центральное отверстие в диске к соединительному элементу. Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет длительного запирания продуктов детонации в зарядной полости расклинивающейся металлической забойкой до момента полного разрушения окружающей породы. 4 ил.
Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих щадящие, в том числе под укрытием, взрывные работы в скальных массивах горных пород на дневной поверхности.
Известен целый ряд конструкций расклинивающихся забоек в виде пластмассовых пробок, деревянных и бетонных клиньев [1]. Основными их недостатками являются сложность применения и невозможность повторного использования.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности взрывного дробления горных пород за счет длительного запирания продуктов детонации в зарядной полости расклинивающейся металлической забойкой до момента полного разрушения окружающей породы.
Поставленная задача достигается применением расклинивающейся металлической забойки, представляющей собой решетчатый цилиндр, образованный проходящими через отверстия по краю диска рифлеными стержнями с головками сверху и фасками снизу, в который снизу вставлен полый распорный конус, снабженный снизу упругой манжетой, а сверху - гибкой связью, проходящей через центральное отверстие в диске к соединительному элементу.
На фиг.1 схематично изображено положение в скважине расклинивающейся металлической забойки; на фиг.2 - после предварительного распора; на фиг.3 - после детонации заряда ВВ; на фиг.4 показана в плане схема размещения соединительных элементов на поверхности блока.
Расклинивающаяся металлическая забойка представляет собой решетчатый цилиндр 1, образованный рифлеными стержнями 2, выполненными, например, из арматуры с головками 3 сверху и фасками 4 снизу, вставленными в отверстия 5 по краю диска 6 и зафиксированными в них, например, шплинтами 7. Фаска 4 выполнена под углом к вертикали, близким к углу наклона образующей полого распорного конуса 8, вставленного снизу в решетчатый цилиндр 1 и снабженного креплением 9 для присоединения гибкой связи 10, например канатика. Снизу к полому распорному конусу 8 на штырях с головками 11 крепится прочная упругая манжета 12 с тремя-четырьмя разрезами 13, выполненная, например, из резинокордовой конвейерной ленты. Длина упругой манжеты 12 выбирается такой, чтобы ее нижняя часть была по размеру равна или несколько больше диаметра скважины 14. Ее наличие позволяет снизить и даже исключить прорыв продуктов взрыва в атмосферу через зазоры между рифлеными стержнями 2, отстоящими друг от друга на величину разности диаметров стержня 2 и его головки 3.
Расклинивающуюся металлическую забойку устанавливают следующим образом. На поверхности блока ее собирают в конструктивный элемент. Для этого вставляют полый распорный конус 8 с гибкой связью 10 в решетчатый цилиндр 1, пропуская гибкую связь 10 через центральное отверстие 15 в диске 6, распорный элемент 16 и отверстие 17 в опорном элементе 18. Распорный элемент 16 представляет собой кусок трубы, уголка, швеллера и т.п. длиной, равной расчетной глубине установки забойки в скважине от поверхности уступа 19. Опорный элемент 18 выполняют в виде металлической плиты, соединенных между собой для жесткости уголков, швеллера и т.п. После сборки забойки в конструктивный элемент пропускают проводник инициирующего импульса 20 (провода от электродетонатора, волновод неэлектрической системы или детонирующий шнур) между рифлеными стержнями 2, через центральное отверстие 15 в диске 6, через распорный элемент 16 и через отверстие 17 в опорном элементе 18. Затем приставляют распорный элемент 16 к диску 6 и натягивают гибкую связь 10, соединяя в единое целое расклинивающуюся металлическую забойку с натяжным устройством 21. Сжимают упругую манжету 12 в районе разрезов 13 до размеров, меньших диаметра скважины, и расклинивающуюся металлическую забойку на гибкой связи 10 опускают нижней частью в скважину 14, придерживая натянутым проводник инициирующего импульса 20, чтобы он оставался между рифлеными стержнями 2. Наружный диаметр диска 6 и полого распорного конуса 8 на 4-6 мм меньше диаметра скважины 14, что позволяет расклинивающейся металлической забойке свободно входить в скважину 14 до заданной глубины. После этого гибкую связь 10 набрасывают несколькими витками на опущенный нижний конец рычага 22 натяжного устройства 21, расположенного на опорном элементе 18, и, придерживая свободный конец гибкой связи 10, подтягивают полый распорный конус 8 внутрь решетчатого цилиндра 1, нажатием на верхний конец рычага 22. При этом за счет распорного элемента 16 решетчатый цилиндр 1 остается неподвижным. Перемещаясь вверх вдоль фасок 4, полый распорный конус 8 изгибает рифленые стержни 2 и прижимает их нижние концы к стенкам скважины 14, создавая предварительный распор забойки. После этого опорный элемент 18 с натяжным устройством 21 и распорным элементом 16 снимают, гибкую связь 10 присоединяют к соединительному элементу 23, выполненному, например, из изношенных автомобильных шин, имеющих значительную упругость и прочность при деформации во время взрыва. При этом к одному соединительному элементу 23 подсоединяют гибкие связи 10 только от скважин, взрываемых в одной ступени замедления, что позволяет снизить динамические нагрузки на соединительные элементы 23. Расклинивающаяся металлическая забойка готова к работе.
При детонации заряда ВВ в зарядной полости резко возрастает давление продуктов взрыва до величин в десятки тысяч атмосфер и происходит динамический удар газов по большой поверхности упругой манжеты 12 и полого распорного конуса 8. Упругая манжета 12, прилегающая к стенкам скважины 14, препятствует утечке взрывных газов из скважины через зазор между рифлеными стержнями 2: под действием давления этих газов она деформируется, плотно прижимается к стенкам скважины, усиливая свое герметизирующее действие. Громадное давление взрывных газов приводит к вдавливанию полого распорного конуса 8 в решетчатый цилиндр 1. Перемещаясь вдоль рифленых стержней 2, он раздвигает их все шире, поэтому нижняя часть рифленых стержней 2 внедряется в горную породу, образуя зону смятия и раздавливания 24. Чем выше перемещается полый распорный конус 8 вдоль рифленых стержней 2, тем на большую глубину они внедряются в горную породу и тем сильнее расклинивается забойка в скважине. При этом отдельные рифленые стержни 2 могут внедряться на большую величину, если в этом месте сопротивление пород слабее. Такая избирательность способствует лучшей сопротивляемости забойки в целом выталкивающему действию взрывных газов. И наступает момент, когда движение полого распорного конуса 8 прекращается, и забойка окончательно расклинивается в скважине.
Таким положение расклинивающейся металлической забойки остается вплоть до прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через образующиеся в разрушаемом массиве трещины и начала разрушения стенок скважины. Прорыв взрывных газов через трещины массива снимает давление в скважине, а разрушающиеся стенки скважины снимают распор с рифленых стержней 2 решетчатого цилиндра 1, и забойка может быть выброшена из скважины остаточным давлением продуктов взрыва. Гибкая связь 10, присоединенная к соединительному элементу 23, удерживает забойку в случае ее выброса из скважины.
Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, расклинивающаяся металлическая 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.
После взрыва соединительные элементы 23, остающиеся, как подтверждает эксперимент, на поверхности взорванной горной массы, стягивают, например, бульдозером, и они вытаскивают за собой с помощью гибких связей 10 расклинивающиеся металлические забойки. Последние могут располагаться как на поверхности горной массы, если они выброшены из скважины, так и на некоторой глубине, если они остались в разрушенной скважине; учитывая слабую связность взорванной горной массы, она не будет оказывать особого сопротивления этой операции. После извлечения забойки и отсоединения от соединительных элементов, выбивают из решетчатого цилиндра 1 полый распорный конус 8, решетчатый цилиндр 1 калибруют по размеру на 4-6 мм менее диаметра скважины, заменяют упругую манжету 12 и вновь собирают забойку для повторного использования. При этом могут быть заменены отдельные рифленые стержни 2 после удаления шплинтов 7.
Увеличивая диаметр диска 6 и рифленых стержней 2, с одним полым распорным конусом 8 можно обеспечить установку расклинивающейся металлической забойки в разных по диаметру скважинах. Это повышает универсальность и "живучесть" забойки.
Таким образом, заявляемая расклинивающаяся металлическая забойка позволяет длительно запирать продукты взрыва в зарядной полости, вплоть до разрушения массива, 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.
Расклинивающаяся металлическая забойка, представляющая собой решетчатый цилиндр, образованный проходящими через отверстия по краю диска рифлеными стержнями с головками сверху и фасками снизу, в который снизу вставлен полый распорный конус, снабженный снизу упругой манжетой, а сверху - гибкой связью, проходящей через центральное отверстие в диске к соединительному элементу.
