Способ формирования кумулятивного заряда в горизонтальных скважинах

(51) 42 3/04 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ как подземным, так и открытым способами. Он применяется как для отбойки породы и руды, так и при любых других взрывных работах. Например,этот способ может быть применен при строительстве плотин, дорог и других сооружений для осуществления направленного обрушения взрываемой породы. Заряд выполнен в виде длинного рукава с кумулятивными выемками в виде параболоидов вращения. Количество и размеры кумулятивов может быть различным в зависимости от потребности взрывных работ. Предлагаемый способ позволяет эффективно использовать энергию взрыва ВВ.(72) Цой Лариса Саменовна Цой Самен Югай Владимир Давидович Ниязова Шамсинур Валиевна(54) СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ КУМУЛЯТИВНОГО ЗАРЯДА В ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ СКВАЖИНАХ(57) Способ формирования кумулятивного заряда в горизонтальных скважинах относится к новым технологиям ведения буровзрывных работ при разработке месторождений полезных ископаемых 22942 Изобретение относится к области взрывного дела, в частности, новых технологий добычи полезного ископаемого, используемых энергию взрыва для регулирования гранулометрического состава добываемой руды непосредственно при взрывной отбойке горизонтальными скважинами. Отбойка руды производится кумулятивным зарядом. С помощью кумуляции взрывчатого вещества можно эффективно управлять энергией взрыва, получить концентрацию его энергии и давления на много больше, чем при взрыве обычно применяемого на практике цилиндрического заряда взрывчатых веществ (ВВ). В горном деле имеется опыт применения шпурового заряда с кумулятивной выемкой Э.О.Миндели. Буровзрывные работы при подземной добыче полезных ископаемых. - М. Недра, 1966. - с. 556, с.359-365. Работы проводились на угольных месторождениях Донецкого бассейна. В этих работах была принята конструкция с боковой кумулятивной поверхностью по всей длине заряда. Такой способ формирования кумулятивного заряда была предложена В.Е.Александровым там же. В работе излагается,что Форма выемки в виде одной четверти диаметра заряда позволила осуществить сосредоточение и направление энергии взрыва в сторону кумулятивной поверхности. Кумулятивная струя,образовавшаяся по всей длине заряда, способствует более эффективному образованию дополнительной поверхности. Такие заряды испытывались в оконтуривающих шпурах на угольных месторождениях. Однако, указанный метод в мировой практике эксплуатации месторождений твердых полезных ископаемых до настоящего времени не применяется по причине того, что изготовление и размещение кумулятивного заряда в шпурах являются очень трудоемкими работами и не оправдывается с экономической стороны. Из известных кумулятивных зарядов,применяемых в промышленности, наибольшее распространение получил заряд типа ШКЗ(шпуровые кумулятивные заряды) выпускаемые НПО Кристалл Руководство по применению шпуровых кумулятивных зарядов(ШКЗ).Дзержинск НПО Кристалл. 1990. Заряды ШКЗ представляют собой эластичные шнуры или прутики с продольной кумулятивной выемкой,облицованной металлопластикомвещество на полимерной основе, содержащее значительное(85) количества порошкообразного железа или меди, также как и ВВ, обладающее свойством эластичности. Заряды ШКЗ имеют несколько стандартизированных типоразмеров (от ШКЗ-1 до ШКЗ-6), различающихся калибром (наибольшим размером поперечного сечения). В поперечном сечении они имеют профиль, близкий к полуэллиптическому (принимая за большую полуось высоту заряда, а за малую полуширину) с параболической кумулятивной выемкой. Высота заряда, которую принимают за калибр, изменяется от 9 мм для ШКЗ-1 до 32 мм для ШКЗ-6. Максимальная толщина стального листа,2 разрезаемого зарядом наибольшего калибра,составляет 25 мм. Заряды ШКЗ усовершенствованы предложением применять линейные кумулятивные заряды нового типа. Кумулятивные заряды с использованием линейных или удлиненных кумулятивных поверхностей используются для резки металлов и элементов различных металлоконструкций Способ резки конструкций и линейный кумулятивный заряд для его осуществления. Патент РФ 2091697, опубл. 1997.09.27, 42 3/00, 42 1/02. По данным на 17.10.2007 прекратил действие. Разработанный способ взрывной резки с применением линейного кумулятивного заряда (ЛКЗ) применим для качественной резки крупногабаритных толстостенных конструкций (с толщиной стенки от 40 до 100 мм) и резки под водой. Отличительной особенностью ЛКЗ является то, что заряд выполнен из эластичного взрывчатого вещества позволяющего осуществить укладку заряда, придав форму обводам конструкции. Для изоляции от воды заряд помещают в герметичную оболочку, в которую перед подрывом подается сжатый газ. Заряд ЛКЗ выполнен в виде эластичного профилированного прутка с продольной кумулятивной выемкой, и облицовки кумулятивной выемки, в котором,согласно изобретению, поперечное сечение заряд представляет собой симметричную трапецию с большим основанием В, высотой Н, меньшим основанием 0,3 В, а кумулятивная выемка выполнена со стороны большого основания и представляет в сечении треугольник с высотой 0,45 - 0,55 Н и основанием СВ, кумулятивная выемка выполнена из тяжелого пластичного металла с профилем в зоне контакта с зарядом,соответствующим профилю кумулятивной выемки,воспроизводящей обводы конструкции, при этом облицовка и заряд ВВ образуют контур,соответствующий контуру реза. В качестве материала облицовки в ЛКЗ применены мягкая пластичная сталь (железо), или медь. Облицовка обеспечивает требуемые параметры кумулятивной струи. Крепление такой облицовки может быть осуществлен сваркой, пойкой, а также с использованием мощных постоянных магнитов. Способ резки конструкций и линейный кумулятивный заряд для его осуществления. Опубл. 1997.09.27, 42 3/00, 42 1/02. ЛКЗ замечателен тем, что изменена форма заряда- кумулятивный эффект с узкой струей, который хорош для резки металлов, не приемлем при отбойке руды- при помещении заряда ЛКЗ в скважину невозможна отбойка руды, из-за незначительного содержания ВВ- при увеличении диаметра заряда увеличивается расход облицовочного метриала (металла), что резко повышает стоимость заряжения- эластичность заряда не позволит удержать кумулятив в заданном направлении в скважинном заряде. Отличительными признаками заявляемого способа формирования кумулятивного заряда являются 1) сечение заряда по диаметру скважины имеет форму параболы 2) кумулятивная выемка выполняется в заряде дискретно с некоторым интервалом 3) эффективность работы при отбойке руды определяется размерами параболоида и их расположением в скважине 3) отсутствие материала облицовки 4) подрыв заряда осуществляется детонаторами в определенных точках заряда. Задачей изобретения является использование кумулятивного эффекта при добыче руды горизонтальными взрывными скважинами, что приведет к увеличению эффекта использования энергии взрыва, уменьшению выхода негабарита взорванной горной породы, уменьшению расхода ВВ. Задача изобретения решается за счет выбора конструкции кумулятивного заряда и их определенного расположения внутри горизонтальной скважины. Исполнение. Шьется рукав с вогнутой параболической поверхностью по длинной стороне(Фиг. 1). Рукав представляет собой длинный мешок 1, в который вшиты жесткие параболоиды 2 с крышкой 4, так, чтобы их вершины 5 совпадали с осью мешка, а основания 6 пришиты к его стенкам 1.Число вогнутых параболоидов зависит от необходимого числа кумулятива в скважине. Рукав внедряется в некоторые участки скважины в раскрытом виде. Он удерживается жесткими прутьями на определенной глубине скважины. В него засыпается взрывчатое вещество. Полностью заполненный ВВ рукав с выемкой будет направлен к стенке скважины. Направление кумулятивной струи после взрыва зависит от первоначального расположения рукава. Достигается экономия расхода ВВ как за счет использования горизонтальной скважины, так и за счет введения полостей в заряд. Расположение кумулятивного заряда в скважине показано на Фиг. 2. Скважинный заряд (Фиг. 2) состоит скважины 1,детонирующего шнура 2 с боевиком 3, заряда 4,рукава 5, воздушных промежутков 6, забойки 7. Заявляемый способ осуществляется следующим образом (Заявляемый способ реализуется) в пробуренную горизонтально скважину 1, внедряют детонирующий шнур 2 с боевиком 3, засыпают 4050 кг ВВ 4 и помещают рукав 5 на прутьях 8 с основанием в сторону стенки скважины 1, и снова засыпают порцию ВВ 4 в рукав 5, оставляют (при необходимости) воздушный промежуток 6,засыпают ВВ 4 и снова внедряют рукав 5. Устье скважины оформляют забойкой 7. Кумулятивная выемка может располагаться в шахматном порядке и направляться в любую сторону направляется из параболической выемки в массив. Тогда коэффициент измельчения взорванной массы будет увеличен по сравнению с обычным способом взрывания. В целом заряженная скважина представляет собой массивный заряд с кумулятивными выемками,расположенными с определенным интервалом. Эти выемки выполняются в виде параболоидов вращения и расположены в определенном порядке. При многорядном взрывании скважин предлагается расположить кумулятивные полости в различных направлениях, в зависимости от порядка взрывания скважин. Преимущества предлагаемого способа состоит в том, что 1) энергия взрывной волны усиливается в сторону кумулятивной выемки 2) увеличивается эффективность взрыва ВВ за счет увеличения поверхности заряда 3) сокращается расход ВВ, равный объему параболоидов 4) повышается степень дробления руды за счет повторных динамических нагрузок, производимых взрывом кумулятивных зарядов. Параболоид фокусирует энергию взрыва и создает дополнительный толчок перпендикулярно к стенке скважины в сторону к полости. Дополнительные толчки создают эффект импульсных ударов на взрываемую породу. Рудная масса вокруг скважины подвергается воздействию от обычной детонационной волны и от кумулятивного эффекта, создающего усиление энергии. Этим увеличивается время действия волн напряжений на массив, что приводит к равномерному гранулометрическому составу дробленой руды, так, например, расположение кумулятивных полостей в шахматном порядке в ряду скважин увеличивает степень дробления всей массы отбиваемой руды. Заряд с большей поверхностью обладает большей энергией, потому что химическая реакция протекает более полно. Такой заряд при взрыве способен возбуждать в породе ударную волну большей интенсивности и энергии. Пример размеры рукава и кумулятивной выемки определяются расчетным путем. Исходные данные диаметр взрывной скважины 178 мм, глубина скважины 15 м длина заряженной части 12 м. применяется взрывчатое вещество Аммонит 6 ЖВ, плотность 1,1 г/см 3, давление на фронте детонационной волны 7,6 ГПа. Для диаметра скважины 178 мм, параметр параболы,равен 10,29 мм, площадь поверхности,равен 14,52 м 2. Вычисленная длина основания сечения параболоида составила 323 мм, а ее высота 79 мм. По этим данным шьется выпуклая фигура (параболоид). Полученную фигуру вшивают в отверстие мешка, размер отверстия соответствует диаметру основания параболоида. Диаметр мешка соответствует диаметру скважины, а длина - длине кумулятивного заряда. При необходимости в один мешок можно сшить несколько кумулятивных полостей согласно плану расположения 3 22942 кумулятивных зарядов в скважине. Например, на одном метре мешочка можно разместить 3-4 параболоида. Следует отметить, если параболическая форма сшита из эластичного материала, то ее нужно забить плотно или бумагой, картоном, заполнить плотной формой, так чтобы форма сохранилась при засыпке зарядом мешка и скважины. Сила, действующая в сторону кумулятива, при диаметре скважины 178 мм для вышеуказанного ВВ равна 110,35 МН. Усиление энергии в сторону кумулятива составило в 2,84 раз больше, чем без кумулятива. С помощью кумуляции можно эффективно управлять явлением взрыва, получать концентрацию энергии и давления большую, чем в продуктах взрыва самого взрывчатого вещества. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ формирования кумулятивного заряда в горизонтальных скважинах, заключающийся в размещении кумулятивного заряда в скважине,отличающийся тем, что кумулятивные выемки параболической формы выполнены в рукаве заполняемым зарядом взрывчатых веществ,располагаются на оси скважины, а основания параболоидов прилегают к стенкам скважины.