Патент на изобретение №2205168

(54) ВЗРЫВЧАТАЯ СМЕСЬ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СКВАЖИННОГО ЗАРЯДА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области ведения взрывных работ открытым способом и может найти применение в горнорудной промышленности. Согласно изобретению, взрывчатая смесь включает гранулированное взрывчатое вещество – гранулит или граммонит, или граммотол, или граммонал, или гранулотол, или их смесь и порошкообразное взрывчатое вещество – аммонит или аммонал, или диаммон, или их смесь. Предложен способ изготовления скважинного заряда, включающий заполнение скважины взрывчатой смесью, помещенной в цилиндрическую двухслойную оболочку, состоящую из внутренней и наружной оболочек, при этом внутреннюю оболочку выполняют из водонепроницаемого полимерного материала диаметром больше диаметра скважины, наружную оболочку из полимерного материала или бумаги диаметром, равным 0,7-0,8 диаметра скважины, с перфорацией по ее образующей, а боевик крепят к внешней стороне оболочки или размещают под оболочкой. Изобретение направлено на повышение эффективности ведения взрывных работ. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области ведения взрывных работ открытым способом, в частности к разработке неводостойких взрывчатых смесей с насыпной плотностью выше плотности воды и изготовлению зарядов из них для заряжания обводненных скважин.

В практике ведения взрывных работ широкое применение находят сыпучие промышленные взрывчатые вещества (ВВ) на основе аммиачной селитры (АС) как наиболее дешевые и доступные с точки зрения сырья. Существенным недостатком их является растворимость в воде, а следовательно, возможность применения их только в сухих скважинах. Сыпучие промышленные ВВ, содержащие АС, малопригодны для заряжания россыпью обводненных скважин, даже если они содержат гидрофобные (например, стеараты кальция, магния, поливинилхлорид и другие) и водоблокирующие (например, натриевую соль, карбоксиметилцеллюлозы, гуар-гам и другие) добавки, которые придают им ограниченную водоустойчивость [1-6]. Сыпучие промышленные ВВ в зависимости от физического состояния и размера частиц АС или твердого горючего (тротила) условно подразделяются на гранулированные и порошкообразные. Селитросодержащие порошкообразные ВВ, кроме растворимости в воде, непригодны для заряжания обводненных скважин россыпью еще и потому, что они плохо тонут в воде. Гранулированные и порошкообразные селитросодержащие ВВ в качестве скважинных зарядов могут применяться для заряжания обводненных горных пород в виде зарядов к водонепроницаемой оболочке, причем плотность ВВ в патроне или рукаве из водонепроницаемого материала должна быть больше плотности воды (более 1 г/см³) для обеспечения потопляемости.

Для повышения насыпной плотности аммиачно-селитренных ВВ в их состав вводятся добавки-утяжелители, такие как сульфаты и нитраты металлов, оксиды и другие [5, 6], они изготавливаются на полидисперсной аммиачной селитре с размером частиц от 0,10 до 2,8 мм [1, 2, 5]. Недостатком этого способа повышения насыпной плотности является снижение энергетических характеристик ВВ, т.к. добавки-утяжелители являются инертными в энергетическом отношении.

Известно промышленное взрывчатое вещество аммонит 6 ЖВ ГОСТ 21984-76, которое выпускается в виде порошка с насыпной плотностью 0,80-0,85 г/см³ и патронов диаметром до 120 мм с плотностью 1,0-1,2 г/см³, принятое авторами зa прототип. Плотность аммонита в патроне обеспечивается способом изготовления патронов – заполнение бумажной гильзы осуществляется не путем свободной засыпки ВВ, а под давлением. Патроны покрываются сплошным слоем влагоизолирующей смеси из парафина с петролатумом для предотвращения затекания воды в патрон при заряжании обводненных скважин. Патроны, изготовленные без принудительного уплотнения (давления), имеют плотность не более 0,85 г/см³ и не тонут при заряжании обводненных скважин. Ограничение в широком использовании патронированного аммонита в качестве промышленного ВВ является его высокая стоимость.

Техническая задача изобретения – повышение эффективности взрывчатой смеси за счет повышения насыпной плотности, снижения стоимости, расширения области применения неводостойких ВВ для заряжания обводненных скважин, упрощения техпроцесса изготовления скважинных зарядов.

Задача достигнута разработкой взрывчатой смеси, включающей порошкообразное взрывчатое вещество и гранулированное взрывчатое вещество при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Порошкообразное взрывчатое вещество – 25,0-35,0
Гранулированное взрывчатое вещество – 75,0-65,0
В качестве порошкообразного ВВ берутся аммониты, или аммоналы, или диаммоны всех марок, или их смеси в любом соотношении, а в качестве гранулированных – гранулиты, в том числе игданит, или граммотолы, или граммоналы, или граммониты всех марок, или гранулотол, или их смесь в любом соотношении. Промышленные ВВ – гранулит, граммонит, граммонал, граммотол, гранулотол огносятся к гранулированным ВВ, так как аммиачная селитра, тротил, входящие в их состав, берутся в виде гранул или чешуек. Промышленные ВВ – аммонит, аммонал, диаммон относятся к числу порошкообразных ВВ, так как аммиачная селитра, тротил берутся в виде порошка. Гранулированные и порошкообразные ВВ одного и того же химического состава имеют при одинаковых энергетических характеристиках различные детонационные (скорость и критический диаметр детонации), физико-химические (насыпная плотность), взрывчатые (чувствительность к механическим воздействиям), эксплуатационные (сыпучесть, слеживаемость) и другие характеристики.

Гранулированные и порошкообразные ВВ состоят из дискретных соприкасающихся между собой гранул или порошкообразных частиц и пустот междy ними, которые могут быть заполнены воздухом, жидкостью или твердыми частицами меньшего размера.

Известно, что максимальная плотность вещества соответствует плотности его монокристалла, т. е. равна удельному весу вещества. Когда же вещество является зернистым, то его плотность всегда меньше удельного веса и обусловлена конфигурацией упаковки зерен. Объемно-плотностные характеристики зерненого вещества зависят от гранулометрического состава, размера и формы зерен, характера их поверхности, содержания примесей. С уменьшением размеров зерен силы оцепления, возникающие при сближении частиц, резко возрастают по сравнению с их массой, поэтому зерна малых размеров (порошки) образуют рыхлые структуры, препятствующие равномерному, упорядоченному распределению зерен в объеме и их плотнейшей упаковке.

Полидисперсные системы за счет более плотной вкладки частиц обладают большей массой вещества в единице объема. Этот принцип положен в основу создания предлагаемой взрывчатой смеси. Гранулированные промышленные ВВ изготавливаются на основе гранулированной аммиачной селитры с размером гранул 1-3 мм, тротила 1-5 мм, а порошкообразные ВВ – на АС и тротиле с размером частиц до 0,5 мм.

Сущность изобретения иллюстрируется примером (таблица) по результатам экспериментальных данных.

Как следует из данных таблицы, плотность взрывчатой смеси 1,1-1,2 г/см³ может быть достигнута путем распределения поршкообразного ВВ в межгранульном пространстве гранулированного ВВ без принудительного уплотнения (давления подпрессонки), как это имеет место для патронированного аммонита, при этом стоимость заявляемой взрывчатой смеси значительно ниже, чем порошкообразного и тем более патронированного ВВ – аммонита 6 ЖВ.

В качестве гранулированной составляющей предлагаемой взрывчатой смеси могут использоваться все марки ВВ на основе гранулированной аммиачной селитры: гранулиты, включая простейший состав типа игданит, граммониты, граммотолы и граммоналы, выпускаемые отечественной промышленностью, гранулотол, а также их смеси в любом соотношении. В качестве порошкообразной составляющей могут использоваться ВВ на основе порошкообразной аммиачной селитры, например аммониты, аммоналы, диаммоны различных марок, или их смеси в любом соотношении, которые также выпускаются отечественной промышленностью. Предлагаемая взрывчатая смесь может изготавливаться на заводах-изготовителях ВВ или на специализированных пунктах приготовления ВВ предприятий, ведущих взрывные работы, путем смешения гранулированного и порошкообразного ВВ в существующих смесителях производства аммиачно-селитренных ВВ.

Заявляемая взрывчатая смесь относится к неводостойким ВВ и не может использоваться для заряжания обводненных скважин путем засыпки ее в скважину. Заряжание скважин осуществляют или путем размещения в скважине влагонепроницаемого рукава с последующим заполнением его неводостойким ВВ, или патронированными зарядами.

Известны патронированные заряды ВВ, оболочка которых состоит из двух слоев бумаги [7], многослойной бумаги, обработанной по поверхности водостойким парафином с петролатумом [8]. Недостатком этих оболочек является их низкая прочность, особенно в водной среде.

Известен способ выполнения заряда ВВ для заряжания обводненных скважин, состоящий в том, что заряд ВВ размещают в герметизированной одинарной или двойной полиэтиленовой оболочке, длина которой превышает длину размещаемого заряда не менее, чем в 1,2 раза. Оболочку патрона заполняют неводостойким ВВ, например граммонитом, герметизируют, а на горном предприятии-потребителе путем разгерметизации верхней части оболочки при вертикальном положении патрона добавляют 10-12% раствора аммиачной селитры с последующим опусканием патрона в скважину [9]. Недостатком данного способа является высокая трудоемкость изготовления патронированных зарядов с плотностью ВВ в патроне более плотности воды, возможность только ручного заряжания, т.к. заряжание скважин производится разгерметизированными патронами.

Технической задачей данного изобретения является повышение эффективности ведения буровзрывных работ за счет разработки способа размещения неводоустойчивого высокоплотного ВВ в водонепроницаемую оболочку.

Поставленная задача решается за счет того, что ВВ размещается в патроне (упаковке), состоящем из двух цилиндрических оболочек, причем внутренняя оболочка выполнена из водонепроницаемого полимерного материала, например, полиэтилена, полиамида или полипропилена, диаметром (Двн) больше диаметра скважины (Дскв): Двн= (1,05-1,10)Дскв, а наружная – из многослойной бумаги или полимерной пленки с перфорацией по образующей цилиндра диаметром (Днар) меньше диаметра скважины: Днар=(0,7-0,8)Дскв. Торцы оболочек собраны в “чуб” и герметично заклипсованы или завязаны влагостойким шнуром или проволокой, при этом “чуб” внутренней оболочки перегибается на 180^o и заправляется под наружную оболочку. Допускается герметизацию торцов внутренней оболочки осуществлять двойным перегибом с обвязкой проволокой или шнуром. Для предотвращения “кувыркания” патрона в процессе заряжания обводненных скважин длина патрона берется больше его диаметра.

На фиг. 1 изображен патронированный заряд согласно изобретению. Патрон состоит из внутренней оболочки 1 из полимерного материала и наружной оболочки 2 из многослойной бумаги с перфорацией 3 по образующей цилиндра, заполняемого ВВ 4. Торцы внутренней оболочки заварены или собраны в “чуб” 5 (верхний и нижний), заклипсованы или завязаны водоустойчивым шнуром или проволокой 6, перегнуты на 180^o и заправлены под наружную оболочку 2. Торцы наружной оболочки собраны в “чуб” 7, заклипсованы или завязаны водоустойчивым шнуром или проволокой 8. Наружная оболочка имеет перфорацию по всей длине патрона по образующей цилиндра, которая служит для ослабления оболочки патрона.

Торцы наружной и внутренней оболочки могут собираться в один “чуб” и герметизироваться (клипсоваться или завязываться).

На фиг. 2 изображен процесс заряжания и формирования скважинного заряда. При заряжании скважины 9 патрон 10, имеющий Днар=(0,7-0,8)Дскв, свободно перемещается в скважине под действием своего веса. При ударе патрона о дно скважины или поверхность зеркала воды наружная 11, ослабленная пефорацией, оболочка разрывается, а внутренняя влагостойкая оболочка, имеющая диаметр Двн= (1,05-1,10)Дскв, расправляется на все поперечное сечение скважины. Патрон с ВВ 12 под действием собственного веса и веса вышележащих патронов погружается до дна скважины, полностью заполняя все ее поперечное сечение; 13 – боевик, 14 – детонирующий шнур.

Заполнение патрона заявляемой взрывчатой смесью с насыпной плотностью, большей плотности воды, производится путем свободной засыпки без дополнительного уплотнения ВВ, что снижает стоимость и трудоемкость изготовления патронов, не требует разработки и установки специального оборудования для формирования патронов различных габаритно-массовых характеристик. Применение в патроне ВВ с плотностью больше плотности воды обеспечивает хорошую потопляемость патронов.

Заряжание скважин осуществляют следующим образом. Нижний боевик закрепляют на верхнем “чубе” нижнего патрона, патрон опускают в скважину, формируют скважинный заряд из нескольких патронов, верхний боевик закрепляют на верхнем “чубе” предпоследнего патрона. Устанавливают верхний патрон, производят забойку. Инициируют скважинный заряд общепринятым способом.

Скважинный заряд из заявляемой высокоплотной взрывчатой в смеси в оболочке в виде двухслойного рукава из полимерного материала может формироваться непосредственно на заряжаемом блоке (фиг.3а): внутренний рукав 15 выполнен из водонепроницаемого полимерного материала диаметром (Двн) больше диаметра скважины (Дскв), а наружный 16 – из полимерного материала диаметром (Днар), равным 0,7-0,8 диаметра скважины, перфорированного вдоль образующей. Один из торцов 17 рукава герметизируется и помещается в скважину, а со стороны открытого торца 18 заполняется заявляемой взрывчатой смесью 19, например с помощью загрузочной воронки 20.

Высокая плотность заявляемой взрывчатой смеси обеспечивает потопляемость скважинного заряда. Наличие перфорации 21 на наружном рукаве приводит к разрыву наружной оболочки, тем самым обеспечивается высокую степень заполнения скважины взрывчатой смесью. Боевики 22 (фиг.3б) устанавливаются с наружной части рукава (в нижней части колонки заряда) и внутренней части рукава (в верхней части колонки заряда); 23 – детонирующий шнур. Ослабление прочности наружного рукава по его образующей может осуществляться несколькими способами, например путем прошивки петельным швом цельнотянутого или сшивного рукава по всей длине мешкозашивочными машинами или пробития отверстий по длине рукава с пропусканием через них шнура или проволоки. Наружная оболочка должна сохранять свою целостность только при заряжании. Как только упаковка с ВВ достигает дна скважины, наружный рукав должен разорваться под давлением массы ВВ, или при механическом удалении шнура внутренний рукав, больший диаметра скважины (фиг. 3в), расправляется и садится на стенки скважины, а взрывчатая смесь заполняет все сечение скважины (фиг.3в). Это достигается тем, что тип нити, длина стежка, размер отверстий, тип шнура подбирают экспериментально, исходя из диаметра и глубины скважин, массы заряда ВВ.

Данное изобретение обеспечивает заявленный технический эффект: повышение насыпной плотности взрывчатой смеси приводит к повышению объемной энергии взрыва, снижению стоимости за счет замены части порошкообразного ВВ на гранулированное ВВ, упрощение технологического процесса изготовления патронированных зарядов во влагостойкой оболочке, возможность заряжания обводненных скважин, расширяет область применения неводоустойчивых селитросодержащих ВВ, насыпная плотность 1,10-1,20 г/см³ более плотности воды обеспечивает потопляемость взрывчатой смеси при заряжании скважины.

Предлагаемый способ изготовления скважинных зарядов с использованием заявляемой взрывчатой смеси с насыпной плотностью более 1 г/см³ (более плотности воды) был проверен при отбойке обводненных горных пород различной крепости при заряжании скважин диаметром 120-250 мм. Отказов не зафиксировано. Дробление породы, проработка подошвы уступа, заброс за последний ряд скважин, ширина развала – в пределах нормы.

Источники информации
1. Патент Великобритании 2192627, кл. С 06 В 31/28.

2. Заявка WO 91/17132, кл. С 06 В 31/28.

3. Патент России 2125032, кл. С 06 В 31/28, 45/04.

4. Патент России 2009109, кл. С 06 В 31/28.

5. Заявка WO 99/61395, кл. С 06 В 31/28.

6. Патент Великобритании 2054550, кл. С 06 В 31/28.

7. АС СССР 118736, кл. С 06 В 21/00.

8. Аммонит 6 ЖВ ГОСТ 21984-76.

9. Патент России 2117912, кл. F 42 D 1/8.

Формула изобретения

1. Взрывчатая смесь, включающая порошкообразное взрывчатое вещество, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит гранулированное взрывчатое вещество – гранулит, или граммонит, или граммотол, или граммонал, или гранулотол, или их смесь в любом соотношении, а в качестве порошкообразного взрывчатого вещества она содержит аммонит, или аммонал, или диаммон, или их смесь в любом соотношении при следующем содержании компонентов, мас. %:
Гранулированное взрывчатое вещество – 65 – 75
Порошкообразное взрывчатое вещество – 35 – 25
2. Взрывчатая смесь по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве гранулита она содержит игданит.

3. Способ изготовления скважинного заряда, включающий заполнение скважины взрывчатой смесью, помещенной в цилиндрическую двухслойную оболочку, состоящую из внутренней и наружной оболочек, и установку боевика, отличающийся тем, что в качестве взрывчатой смеси используют взрывчатую смесь по п. 1, при этом внутреннюю оболочку выполняют из водонепроницаемого полимерного материала диаметром больше диаметра скважины, наружную оболочку выполняют из полимерного материала или бумаги диаметром, равным 0,7-0,8 диаметра скважины с перфорацией по ее образующей, а боевик крепят к внешней стороне оболочки или размещают под оболочкой.

4. Способ изготовления скважинного заряда по п. 3, отличающийся тем, что внутреннюю и наружную оболочки выполняют в виде патрона, торцы каждого патрона заваривают или собирают в чуб и герметично заклипсовывают или завязывают влагостойким шнуром или проволокой, при этом чуб внутренней оболочки перегибают на 180^o и заправляют под наружную оболочку, а патроны выполняют длиной больше его диаметра.

5. Способ изготовления скважинного заряда по п. 4, отличающийся тем, что торцы наружной и внутренней оболочек собирают в один чуб и герметизируют.

6. Способ изготовления скважинного заряда по п. 3, отличающийся тем, что двухслойную оболочку выполняют в виде рукава, с одного из торцов рукав герметизируют и помещают в скважину, заполнение рукава взрывчатой смесью осуществляют со стороны открытого торца, например, с помощью загрузочной воронки, к которой прикреплен открытый торец рукава.

7. Способ изготовления скважинного заряда по п. 4 или 6, отличающийся тем, что перфорацию наружной оболочки по образующей осуществляют машинным петельным швом.

РИСУНКИ