Способ заряжания скважин взрывчатой смесью

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к области заряжания скважин, и может быть использовано при взрывной отбойке горных пород на открытых разработках полезных ископаемых. Способ заряжания скважин, в котором взрывчатое вещество, подаваемое в скважину, обрабатывают влажным теплоносителем с температурой 50-70°С до получения взрывчатой смеси с влажностью 1,0-2,5%. В качестве взрывчатого вещества используют взрывчатые вещества на основе пористой гранулированной аммиачной селитры, содержащие жидкое и/или твердое горючее. Изобретение позволяет повысить степень дробления горных пород, производительность транспортно-погрузочного оборудования, увеличить выход горной массы с 1 м скважины, улучшить проработки подошвы уступа, расширить сетку бурения скважин и сократить удельный расход взрывчатых веществ. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к области заряжания скважин, и может быть использовано при взрывной отбойке горных пород на открытых разработках полезных ископаемых.

Эффективность ведения взрывных работ зарядами из аммиачно-селитровых взрывчатых смесей зависит, прежде всего, от физического состояния основного компонента этих смесей - аммиачной селитры. Пористая аммиачная селитра в виде гранул с пористостью 15-18% и соответственно более высокой адсорбционной способностью по сравнению с плотной аммиачной селитрой может быть получена различными способами как на заводах-изготовителях аммиачной селитры (1-5), так и путем обработки готовых непористых гранул в процессе изготовления взрывчатых смесей (6-9).

Пористая гранулированная аммиачная селитра, изготовленная в заводских условиях, имеет поры в виде неравномерно распределенных газовых включений. При этом замкнутый характер пор ограничивает доступность их к заполнению жидким горючим из-за сплошности перегородок между порами. В процессе хранения и транспортирования взрывчатых смесей на основе такой газонаполненной аммиачной селитры из-за недостаточной удерживающей способности наблюдается самопроизвольное разделение компонентов («вытекание» жидкого горючего из взрывчатой смеси), что ухудшает эффект взрыва.

Производство гранулированной аммиачной селитры с пористостью более 20% из-за многостадийности и сложности технологического процесса в Российской Федерации в заводских условиях не осуществляется. Это вызвано тем, что из-за низкой прочности гранул в процессе транспортирования, хранения и применения (смешение с компонентами взрывчатой смеси) происходит их разрушение, что приводит к потере сыпучести, слеживаемости как аммиачной селитры, так и взрывчатых веществ на ее основе, в результате чего снижается надежность и работоспособность скважинных зарядов. Кроме того, она имеет низкую насыпную плотность, что снижает объемную энергию взрыва зарядами из взрывчатых веществ на ее основе.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению (прототипом) является способ заряжания скважин взрывчатой смесью, в которой плотная гранулированная аммиачная селитра переводится в пористое состояние в процессе изготовления взрывчатой смеси на местах ведения взрывных работ (7). Согласно способу-прототипу жидкое горючее при перемешивании вводят в предварительно нагретую аммиачную селитру, готовую взрывчатую смесь охлаждают при постоянном перемешивании до температуры ниже 32,3°С или до температуры окружающей среды, охлажденную взрывчатую смесь подают в скважину. Допускается проводить нагрев жидкого горючего перед смешением его с нагретой аммиачной селитрой. Плотность заряжания скважин изготовленной взрывчатой смесью не отличается от плотности заряжания взрывчатой смесью, изготовленной без нагрева компонентов. Взрывчатые характеристики получаемой по этому способу взрывчатой смеси превосходят взрывчатые характеристики взрывчатой смеси, изготовленной без нагрева компонентов, и из-за недостаточной пористости уступают аналогам взрывчатых смесей на основе пористой гранулированной аммиачной селитры заводского изготовления. Недостатком способа является повышенная стоимость буровзрывных работ из-за высокой трудоемкости и энергоемкости производства взрывчатой смеси. Указанным способом можно заряжать скважины только простейшими взрывчатыми смесями типа аммиачная селитра - жидкое горючее, так как не предусмотрено изготовление взрывчатых смесей с твердыми горючими компонентами, что ограничивает область ведения взрывных работ.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности ведения взрывных работ за счет повышения работоспособности скважинного заряда, однородности и стабильности компонентного состава взрывчатой смеси по высоте колонки заряда, повышения плотности заряжания, снижения стоимости ведения буровзрывных работ.

Техническая задача была решена разработкой способа заряжания скважин, включающего подачу в скважину взрывчатого вещества, установку боевиков, забойку скважины инертным материалом, при котором взрывчатое вещество, подаваемое в скважину, обрабатывают влажным теплоносителем с температурой 50-70°С до получения взрывчатой смеси с влажностью 1,0-2,5%, в качестве взрывчатого вещества используют взрывчатое вещество на основе пористой гранулированной аммиачной селитры, содержащее жидкое и/или твердое горючее.

Взрывчатые вещества на основе пористой гранулированной селитры содержат в качестве жидкого горючего жидкие нефтепродукты, например дизельное топливо или минеральные масла, или их смесь; в качестве твердого горючего - порошкообразное металлическое горючее, например алюминий, или алюминий кремнистый, или ферросилиций, или силикокалыщй, или их смесь; или индивидуальные взрывчатые вещества, например тротил, гексоген или порох, или их смесь; или порошкообразное органическое горючее, например торф, древесный или каменный уголь и др., а также взрывчатые вещества, содержащие смесь твердых горючих различных типов.

Влажный теплоноситель, которым производится обработка взрывчатого вещества, вырабатывается парогенераторами промышленного производства или парогазовой системой двигателя внутреннего сгорания, установленных на зарядных машинах. Увлажненный пар подается во взрывчатое вещество при его загрузке в зарядную скважину.

Параметры пара или парогазовой смеси регулируют путем его увлажнения с помощью установки ресивера и смесительной камеры барботажного или эжекторного типа в тракт подачи влажного теплоносителя при обработке им взрывчатого вещества.

Экспериментально установлено, что наилучшие результаты обеспечивает термообработка (влажная тепловая обработка) при температуре теплоносителя 50-70°С с получением взрывчатой смеси с влажностью 1,0-2,5%. Влажность взрывчатого вещества увеличивается до 1,0-2,5% за счет конденсации влаги из парогазовой смеси. При обработке взрывчатого вещества, содержащего пористую аммиачную селитру, влажным теплоносителем с температурой теплоносителя более 70°С и менее 50°С не обеспечивается требуемая пористость аммиачной селитры. Взрывчатая смесь с влажностью менее 1,0% и более 2,5% имеет низкую пористость и низкий показатель впитывающей и удерживающей способности по отношению к жидкому горючему.

В результате влажной тепловой обработки взрывчатой смеси, содержащей пористую гранулированную аммиачную селитру, происходит нагрев и увлажнение гранул аммиачной селитры, сопровождающиеся фазовыми переходами с образованием дополнительных трещин и частичным их разрушением. Меняя температуру и влагосодержание парогазовой смеси, можно осуществлять ускоренный нагрев аммиачной селитры до необходимой температуры фазовых переходов. Кроме того, под воздействием повышенной температуры при термообработке парогазовой смесью вязкость жидкого горючего снижается, что способствует более интенсивному его проникновению в образовавшиеся в гранулах аммиачной селитры трещины и поры, в результате чего повышается однородность и плотность заряжания скважин. Использование пористой аммиачной селитры вместо плотной в составе исходного взрывчатого вещества, обработка взрывчатого вещества, содержащего пористую аммиачную селитру, влажным теплоносителем обеспечивает существенное повышение пористости, необходимой не только для заполнения гранул жидким горючим в стехиометрическом соотношении, но и для создания дополнительной свободной пористости для регулирования плотности взрывчатых смесей. Такие незаполненные жидким горючим поры выполняют роль центров инициирования, в результате чего повышается скорость детонации, снижается критический диаметр детонации взрывчатой смеси. Для взрывчатых смесей, не содержащих жидкого горючего, пористость гранул аммиачной селитры также оказывает положительное влияние на ее детонационную способность и восприимчивость к инициирующему импульсу. Скорость детонации аммиачно-селитровых взрывчатых смесей зависит от скорости термического распада гранул аммиачной селитры во фронте детонации. Согласно теории взрывного горения термический распад и газификация гранул аммиачной селитры происходит с поверхности (наружной и внутри пор). Чем больше эта поверхность, т.е. чем больше пористость, тем больше точек воспламенения, тем выше скорость детонации. При влажной тепловой обработке образуется большое количество открытых сообщающихся между собой пор, что повышает равномерность распределения и хороший контакт горючего с окислителем. Чем меньше и разветвленнее поры в гранулах, тем выше детонационная способность - ниже критический диаметр заряда, выше скорость детонации взрывчатого вещества.

Заряжание скважин с обработкой взрывчатых веществ влажным теплоносителем в момент подачи его в скважину, на местах ведения взрывных работ, исключает операции упаковывания в транспортную тару, транспортирования, хранения, что обеспечивает стабильность взрывчатой смеси по компонентному составу по длине колонки скважинного заряда. В процессе и по окончании заряжания взрывчатая смесь подвергается в скважине естественному охлаждению, при этом происходит фазовый переход кристаллов аммиачной селитры с перестройкой кристаллической решетки, сопровождающийся изменением объема и плотности гранул селитры. Снижение температуры заряда в скважине вызывает кристаллизацию образующегося при термообработке насыщенного раствора аммиачной селитры с выпадением большого количества кристаллов, что способствует повышению плотности заряжания и более эффективному и полному разложению взрывчатой смеси при взрыве. Плотность заряжания увеличивается на 20-25% за счет увлажнения взрывчатой смеси при конденсации влаги из влажного теплоносителя, более плотной укладки гранул и частиц, образующихся при разрушении пористых гранул, что приводит к увеличению объемной концентрации энергии скважинного заряда.

Заряжание скважин может осуществляться на местах ведения взрывных работ, например смесительно-зарядными или зарядными машинами, оснащенными бункерами для размещения твердых компонентов, баками для жидких горючих, устройствами для подачи взрывчатой смеси в скважину и системой получения парогазовой смеси. Влажный теплоноситель может быть получен промышленным малогабаритным парогенератором, например парогенератором электродным ПЭ-30, который размещают на смесительно-зарядной машине или другом транспортном средстве, устанавливаемом вблизи места подачи взрывчатого вещества в скважину. Влажный теплоноситель (парогазовая смесь) с температурой 50-70°С подается в устройство подачи взрывчатой смеси в устье скважины (лоток зарядной машины или зарядную воронку, установленную над скважиной).

Преимуществами предлагаемого способа заряжания скважин является:

- повышение работоспособности скважинного заряда вследствие повышения плотности заряжания, скорости детонации, чувствительности к детонационному импульсу;

- повышение однородности и стабильности компонентного состава взрывчатой смеси по высоте колонки заряда вследствие повышения впитывающей и удерживающей способности гранул, улучшения контакта горючего с окислителем;

- снижение стоимости ведения буровзрывных работ за счет снижения удельного расхода взрывчатой смеси, повышения плотности заряжания, скорости детонации, расширения сетки бурения скважин и снижения объема буровых работ.

Заявляемый способ заряжания скважин позволяет использовать все марки взрывчатых веществ на основе пористой гранулированной аммиачной селитры, в том числе содержащие твердые горючие, с различными энергетическими, детонационными и эксплуатационными характеристиками, вести взрывные работы по породам любой крепости.

Реализация существенных признаков заявляемого способа заряжания скважин взрывчатой смесью, получаемой путем обработки взрывчатого вещества влажным теплоносителем, позволяет получить заявляемый технический результат, что доказано экспериментально. Эффективность предлагаемого способа заряжания скважин указанной взрывчатой смесью оценивали по плотности заряжания скважин, скорости и критическому диаметру детонации взрывчатой смеси, работоспособности скважинного заряда. Работоспособность определялась методом воронкообразования - по объему воронки, образующейся при взрыве. При проведении опытных взрывов массы зарядов, типы и массы боевиков, условия инициирования, крепость горной породы, диаметр и глубина скважин для предлагаемой и эталонной взрывчатой смеси брались одинаковыми. По результатам взрывов определялся удельный расход предлагаемой и эталонной смесей. Коэффициент относительной работоспособности (К_вв) - отношение удельного расхода испытуемой взрывчатой смеси (К_ис.см.) к удельному расходу эталонного ВВ (К_эт). Чем меньше коэффициент относительной работоспособности, тем эффективнее ВВ. Эталон - взрывчатое вещество на основе пористой аммиачной селитры заводского изготовления до его тепловой обработки. Взрывчатые смеси по заявляемому способу изготавливались на основе пористой аммиачной селитры марки МП ТУ 2143-036-00203789-2003 производства ОАО «Акрон».

Результаты испытании приведены в табл.1.

Из данных табл.1 видно, что работоспособность скважинного заряда, изготовленного по заявляемому способу, превосходит работоспособность заряда из взрывчатой смеси без термообработки. Скорость детонации, плотность заряжания скважин выше, а критический диаметр детонации заявляемой взрывчатой смеси ниже аналогичных характеристик эталонных взрывчатых смесей.

Пример использования предлагаемого способа изготовления взрывчатых смесей непосредственно на заряжаемом блоке: заряжание скважин осуществлялось существующими смесительно-зарядными и зарядными машинами (МЗ-3А, МЗ-3Б, БЗА, Ульба-400 с различными устройствами подачи взрывчатой смеси в скважину (шнековым, гравитационным, вибрационным, пневматическим), оборудованными системой получения парогазовой смеси. Парогазовая смесь изготавливалась также парогенератором электродным ПЭ-30 (ТУ 1-01-1.0010-90), размещенным как на смесительно-зарядной машине, так и на отдельном транспортном средстве. Парогазовая смесь подавалась в устройство подачи взрывчатого вещества в скважину.

Диаметр заряжаемых скважин - 105-250 мм.

Установка боевиков, средств инициирования, забойка скважин и инициирование осуществлялось общепринятьм в производственной практике способом. Предлагаемым способом производилось заряжание скважин гранулитом ПМ, гранулитом РП, гранулитом ПФ, граммотолом-20, граммонитом 79/21. Исходные взрывчатые вещества изготавливались на основе пористой гранулированной аммиачной селитры марки МП ТУ 2143-036-00203789-2003.

Заряжание скважин по заявляемому способу осуществлялось при ведении взрывных работ на карьерах при отбойке горных пород различной крепости с получением положительных результатов: было достигнуто повышение дробления горных пород, что позволило увеличить производительность транспортно-погрузочного оборудования на 10%; увеличение выхода горной массы с 1 м скважины в 1,1-1,3 раза без ухудшения степени дробления; улучшение проработки подошвы уступа за счет повышения на 20% объемной концентрации энергии заряда; расширение сетки бурения скважин и сокращение удельного расхода взрывчатых веществ.

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

Источники информации

1. Патент США №3966853.

2. Патент США №5540793.

3. АС СССР №1616048.

4. Патент РФ №2265002.

5. Патент РФ №2078065.

6. Патент Польши №95331.

7. Патент РФ №2138009.

8. Патент РФ №2262498.

9. Патент РФ №2211438.

Таблица 1
Результаты испытаний взрывчатых смесей
№№ п/п	Наименование взрывчатого вещества	Способ заряжания скважин	Коэффициент относительной работоспособности по воронке взрыва	Скорость детонации взрывчатого вещества в скважине, км/с	Критический диаметр детонации открытого заряда, мм	Плотность заряжания скважины, кг/м3
1	Гранулит ПМ	Без термообработки	1,0	3,2	70-80	800
2	С термообработкой	0,92	4,2	50-60	1100
3	Гранулит ПФ	Без термообработки	1,0	3,1	40-60	800
4	С термообработкой	0,95	4,1	30-50	1150
5	Граммотол-20	Без термообработки	1,0	3,3	40-50	850
6	С термообработкой	0,89	4,5	30-40	1250
7	Гранулит РП	Без термообработки	1,0	3,9	60-70	850
8	С термообработкой	0,87	4,7	40-50	1200
9	Граммонит 79/21	Без термообработки	1,0	3,4	40-50	850
10	С термообработкой	0,90	4,6	30-40	1250

1. Способ заряжания скважин, включающий подачу в скважину взрывчатого вещества, установку боевиков, забойку скважины инертным материалом, отличающийся тем, что взрывчатое вещество, подаваемое в скважину, обрабатывают влажным теплоносителем с температурой 50-70°С до получения взрывчатой смеси с влажностью 1,0-2,5%, в качестве взрывчатого вещества используют взрывчатые вещества на основе пористой гранулированной аммиачной селитры, содержащие жидкое и/или твердое горючее.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что взрывчатые вещества на основе пористой гранулированной селитры содержат в качестве жидкого горючего жидкие нефтепродукты, например дизельное топливо или минеральные масла, или их смесь.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что взрывчатые вещества на основе пористой гранулированной селитры содержат в качестве твердого горючего - порошкообразное металлическое горючее, например, алюминий, или алюминий кремнистый, или ферросилиций, или силикокальций, или их смесь; или индивидуальные взрывчатые вещества, например, тротил, гексоген, или порох, или их смесь; или порошкообразное органическое горючее, например, торф, древесный или каменный уголь и др.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что взрывчатые вещества на основе пористой гранулированной селитры содержат жидкое и твердое горючее или жидкое и смесь твердых горючих различных типов.