Способ пневматического заряжания скважин и устройство для его осуществления

(51)7 21 37/00, 42 3/04 КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Фоос Виктор Александрович Шешеня Федор Григорьевич Прокопенко Виктор Петрович(56) Предварительный патент РК 8321, кл. Е 21 С 37/00, 42 3/4, 1999(54) СПОСОБ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ЗАРЯЖАНИЯ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к горной промышленности, к способам и устройствам для получения простейших взрывчатых веществ из селитры и нефтепродукта непосредственно в процессе заряжания. Задача изобретения - разработка способа и устройства пневматического заряжания скважин, в которых непосредственно при пневмотранспортировании смеси через зарядный трубопровод и узел обработки смеси создаются условия для создания насыщенного раствора селитры при подаче в зарядный трубопровод воды. Способ пневматического заряжания скважин включает подачу гранулированной селитры и нефтепродукта в заданном соотношении в нагнетательную камеру, последовательное воздействие на по лученную в нагнетательной камере смесь разрежением и повышенным давлением, пневмотранспортирование смеси в скважину сжатым воздухом через зарядный трубопровод и узел обработки смеси введение в поток смеси жидкой составляющей,причем, согласно изобретению, в поток смеси в качестве жидкой составляющей вводят воду в количестве 2-20 от количества смеси, а в узле обработки смеси готовят смесь с размером частиц селитры не более 0,5 мм. Устройство для пневматического заряжания скважин содержит бак для селитры, бак для нефтепродукта, нагнетательный бак жидкой составляющей, нагнетательную камеру, соединенную с баками с селитрой и нефтепродуктом, эжектор для создания разрежения в нагнетательной камере, зарядный трубопровод с узлом обработки смеси на конце, выполненным в виде циклона или насадки, снабженных выступами, систему управления, включающую краны, клапаны, уровнемеры, расходомеры, коллектор подачи сжатого воздуха, причем, согласно изобретению, бак жидкой составляющей подключен к зарядному трубопроводу после крана подачи взрывчатого вещества в зарядный трубопровод через дополнительный кран, при этом выступы в циклоне или насадке выполнены с возможностью получения в потоке частиц размером не более 0,5 мм. 12111 Изобретение относится к горной промышленности, к способам и устройствам для получения простейших взрывчатых веществ (ВВ) из селитры и нефтепродукта непосредственно в процессе заряжания. Известен способ заряжания скважин по предварительному патенту РК 1447, кл. 42 Д 3/04,С 06 В 21/00, 1994. Данный способ включает всасывание гранулированной селитры и нефтепродукта в заданном соотношении в нагнетательную камеру, последовательное воздействие на смесь разрежением и повышенным давлением, пневмотранспортирование смеси в скважину сжатым воздухом через зарядный трубопровод и узел подготовки смеси, введение в поток смеси водного раствора селитры. Недостаток данного способа в том, что он не позволяет стабильно получать заряды заданной плотности выше 1,25 г/см 3. Так как это можно получить при определнных характеристиках раствора селитры и определнном его количестве. При низкой концентрации селитры в растворе заряд ведт себя как обычная вода, которая дополнительно растворяет селитру, нарушает заданное соотношение компонентов, нарушает структуру заряда, плотность заряда падает. Известен способ по предварительному патенту РК 8321, кл. Е 21 37/00, 42 Д 3/04, 1999. Данный способ пневматического заряжания скважин включает подачу гранулированной селитры и нефтепродукта в заданном соотношении в нагнетательную камеру, последовательное воздействие на полученную в нагнетательной камере смесь разрежением и повышенным давлением, пневмотранспортировку смеси в скважину сжатым воздухом через зарядный трубопровод и узел обработки смеси, введение в поток смеси водного насыщенного раствора селитры в количестве 4-16 от количества смеси при температурах от -18 С до 40 С. При пневмотранспортировании по зарядному трубопроводу и узлу обработки смеси потока из селитры, нефтепродукта и насыщенного раствора селитры происходит интенсивное перемешивание компонентов, при взаимодействии потока со стенками узла обработки смеси происходит структурное изменение ВВ. Образуется смесь измельчнной селитры, насыщенного раствора селитры, диспергированного нефтепродукта и газовых пузырьков. Эта эмульсионно-суспензионная аэрированная смесь формирует плотный заряд из смеси компонентов и газовых включений. Недостаток данного способа в том, что перед заряжанием необходимо предварительно готовить насыщенный раствор селитры. Без предварительной обработки гранулы селитры имеют стандартные размеры (1-3 мм), что замедляет процесс е растворения. Для ускорения растворения часто используют горячую воду, что в производственных условиях,в особенности на карьерах, создат определнные сложности, выражающиеся в создании пунктов е подготовки и доставки к месту зарядки. При этом требуется определнное время на подготовку раствора. Известна зарядно-смесительная установка, позволяющая получить эмульсионно-суспензионное ВВ при заряжании за счт измельчения тврдого компонента ВВ в процессе его смешивания с водой(предпатент РК 4735, кл. Е 21 37/00, С 06 В 21/00,1995). Эта установка включает зарядно-смесительный узел с зарядным трубопроводом на выходе и сосудом для воды, выполненным с возможностью подачи воды в зарядный трубопровод, систему управления, патрубок подачи сжатого воздуха, на конце зарядного трубопровода установлен узел обработки смеси, выполненный в виде циклона. Однако, в этой установке не предусмотрена подача раствора селитры, в процессе заряжания. Насыщенный раствор селитры также не образуется и в процессе перемешивания смеси. Известно заряжаемое устройство по предпатенту РК 8321, Е 21 37/00, 42 Д 3/04, 1999. Устройство для пневматического заряжания скважин имеет бак для селитры, бак для нефтепродукта, бак жидкой добавки, нагнетательную камеру,соединнную с баком для селитры, всасывающим трубопроводом и эжектором для создания разрежения в нагнетательной камере. а также зарядный трубопровод с узлом обработки смеси, систему управления и патрубок подачи сжатого воздуха. Кроме того, устройство содержит бак для приготовления насыщенного раствора селитры, соединнный через краны с эжектором и патрубком подачи сжатого воздуха и всасывающим патрубком с баком для селитры. Бак жидкой добавки выполнен в виде нагнетательного бака для насыщенного раствора селитры,соединнного через краны системы управления с баком для раствора селитры и патрубком подачи сжатого воздуха, а также через кран, регулятор уровня и обратный клапан системы управления с зарядным трубопроводом, бак для нефтепродукта соединн через регулятор уровня, кран, расходомер и обратный клапан системы управления с всасывающим трубопроводом. На внутренней поверхности узла обработки смеси выполнены выступы для дробления гранул селитры. Устройство имеет тот же недостаток, что и способ. Задача изобретения - разработка способа и устройства пневматического заряжания скважин, в которых непосредственно при пневмотранспортировании смеси через зарядный трубопровод и узел обработки смеси создаются условия для создания насыщенного раствора селитры при подаче в зарядный трубопровод воды. Поставленная задача решается в способе пневматического заряжания скважин, включающем подачу гранулированной селитры и нефтепродукта в заданном соотношении в нагнетательную камеру,последовательное воздействие на полученную в нагнетательной камере смесь разрежением и повышенным давлением, пневмотранспортировку смеси в скважину сжатым воздухом через зарядный тру 2 12111 бопровод и узел обработки смеси, введение в поток смеси жидкой составляющей, согласно изобретению, в поток смеси в качестве составляющей вводят воду в количестве 2-20 от количества смеси, а в узле обработки смеси готовят смесь с размерами частиц селитры не более 0,5 мм. Кроме того, пневмотранспортировку смеси в скважину производят через зарядный трубопровод длиной не менее 50 м. Задача также решается с помощью устройства для пневматического заряжания скважин, содержащего бак для селитры, бак для нефтепродукта, нагнетательный бак жидкой составляющей, нагнетательную камеру, соединенную с баками с селитрой и нефтепродуктом, эжектор для создания разрежения в нагнетательной камере, зарядный трубопровод с узлом обработки смеси на конце, выполненным в виде циклона или насадки, снабженных выступами,систему управления, включающую краны, клапаны,уровнемеры, расходомеры и коллектор подачи сжатого воздуха, согласно изобретению, бак жидкой составляющей подключен к зарядному трубопроводу после крана подачи ВВ в зарядный трубопровод через дополнительный кран, при этом выступы в циклоне или насадке выполнены с возможностью получения в потоке частиц размером не более 0,5 мм. Достижение поставленной задачи в способе и устройстве достигается следующим. При подаче в поток ВВ (смеси нефтепродукта и селитры) воды селитра начинает растворяться. Для получения заданного состава взрывчатого вещества необходимо, чтобы в процессе прохождения потока через узел обработки смеси процесс растворения закончился, т. е. образовался насыщенный раствор селитры. Экспериментально установлено, что это происходит при крупности частиц селитры 0,5 мм и менее. При крупности частиц более 0,5 мм процесс растворения селитры происходит и после формирования заряда в скважине, что нарушает заданное соотношение компонентов ВВ. Количество воды от 2 до 20 выбрано из разных условий зарядки. При зарядке обводннных скважин, когда смесь подают в полиэтиленовый рукав, который сплющен водой скважины, необходимо, чтобы образовалась текучая смесь с плотностью, позволяющей преодолеть давление воды на стенки рукава. С этой точки зрения, чем больше воды, тем лучше текучесть и выше плотность, 20 выбрано из условия, когда ещ сохраняется формирование структуры заряда и детонационные свойства ВВ в скважине с плотностью заряда 1,45 г/см 3. Нижний предел 2 выбран из условия заряжания сухих скважин с трещиноватыми стенками, а также восходящих скважин. В этих условиях чем меньше воды, тем лучше, так как возможна утечка жидкой части ВВ в трещины скважин. Однако, при количестве воды меньше 2 заряд в скважине формируется с плотностью менее 1,25 г/см 3, чем снижается качество взрыва. Транспортировка ВВ по зарядному трубопроводу длиной не менее 50 м способствует дополни тельному дроблению частиц и перемешиванию смеси, что дополнительно способствует достижению поставленной задачи. В устройстве подключение бака для воды после крана подачи ВВ в зарядный трубопровод через дополнительный кран обеспечивает опережающую подачу воды на узел обработки смеси, что обеспечивает предварительное смачивание зарядного трубопровода,узла обработки смеси и полиэтиленового рукава, в результате происходит ускоренное растворение селитры и образование насыщенного раствора. Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства. На фиг. 2 показан процесс формирования заряда в обводннной и сухой, восходящей и нисходящей скважинах. Устройство состоит из нагнетательной камеры 1 с эжектором 2 для создания разрежения в нагнетательной камере. Эжектор 2 соединн с нагнетательной камерой 1 патрубком 3. Сжатый воздух к устройству податся от коллектора 4, соединнного с эжектором 2 рукавом 5. Нагнетательная камера 1 соединена с коллектором 4 через эжектор 2, рукав 6,кран 7. Бак для селитры 8 соединн всасывающим трубопроводом 9 через кран 10 с нагнетательной камерой 1. Бак для нефтепродукта 2 (например, дизтоплива) через кран 12, расходомер 13 и обратный клапан 14 соединн с всасывающим трубопроводом 9. Нагнетательная камера 1 в верхней е части подвешена на пружинных весах 15. Бак для воды 16 с одной стороны соединн с нагнетательной камерой 1 через рукав 17, рукав 6, эжектор 2 и патрубок 3, с другой стороны соединн с выходящим патрубком ВВ 18 через кран 19, расходомер 20, обратный клапан 21 и кран 22. Бак 16 снабжн уровнемером 23,всасывающей трубкой 24 и сливным или всасывающим краном 25. Зарядный трубопровод 26 соединн с нагнетательной камерой 1 через выходной патрубок 18, эжектирующее устройство 27, кран подачи ВВ 28 и выходную трубу 29. Нагнетательная камера 1 также соединена с коллектором 4 через выходную трубу 29, рукав 30 и кран продувки днища 31. Эжектирующее устройство 27 соединено с коллектором сжатого воздуха 4 через обратный клапан 32 и кран 33. Коллектор сжатого воздуха 4 имеет кран 34 для подачи питания на устройство. Эжектор 2 состоит из эжектирующего сопла 35, ручки управления 36 и фильтра-глушителя 37. Бак для дизтоплива 2 имеет также мерную шкалу 38, всасывающую трубку 39, заливную горловину 40 и сливной кран 41. В случае заряжания обводннных нисходящих скважин конец зарядного трубопровода 26 подсоединн к соплу 42 узла обработки смеси в виде циклона 43. С циклоном 43 соединн один конец полиэтиленового рукава 44. Другой конец рукава 44 опущен в обводннную скважину 45 с помощью груза 46. В рукав уложена смесь взрывчатого вещества 47. Заряд снабжн патроном-боевиком 48. При заряжании сухих нисходящих скважин 49 полиэтиленовый рукав 44 можно не ставить. При заряжании сухих нисходящих или восходящих скважин 49, 50 3 12111 зарядный трубопровод 26 подсоединн к узлу обработки смеси в виде насадки 51. Внутренняя поверхность узла обработки смеси в виде циклона 43 или насадки 51 покрыта выступами для дополнительного дробления селитры. С помощью насадки уложен заряд 52 в скважинах 49, 50. Краны, уровнемеры,расходомеры, клапаны составляют систему управления. Способ осуществляется с помощью устройства следующим образом. На место заряжания скважин доставляют компоненты ВВ аммиачную селитру (АС), жидкий нефтепродукт, например, дизельное топливо (ДТ) и воду. ДТ заливают в бак 2 для дизтоплива, АС помещают в бак 8, воду заливают или всасывают в бак 16. Для приготовления сухой смеси АС-ДТ всасывают в заданном соотношении в нагнетательную камеру 1 селитру и дизельное топливо при разрежении в нагнетательной камере до 0,03 МПа. При определении заданного соотношения компонентов количество селитры увеличивается с учтом получения насыщенного раствора. В нагнетательной камере на смесь воздействуют сначала разрежением до 0,07 МПа, а затем повышенным давлением до 0,8 МПа. Воздействие кратковременное (1-2 мин.). Далее производят процесс изготовления и заряжания ВВ, состоящий из подачи сухой смеси в заданном соотношении воздух-ВВ по зарядному трубопроводу через узел обработки смеси в скважину и подачи в этот поток воды в заданном соотношении 220 в зависимости от заряжаемых скважин. При заряжании обводннных нисходящих скважин на открытых работах с использованием полиэтиленового рукава в зарядный трубопровод подают 8-20 воды. В этом случае в качестве узла обработки смеси используют циклон и зарядный трубопровод. При заряжании сухих нисходящих скважин с использованием полиэтиленового рукава в зарядный трубопровод подают 2-8 воды. В качестве узла обработки смеси также используют циклон и зарядный трубопровод. В узле обработки смеси селитра потока с большой скоростью ударяется о выступы узла обработки смеси. Размер выступов подбирается экспериментальным путм, чтобы получить размер частичек селитр не более 0,5 мм. В зарядном трубопроводе и в узле обработки смеси вода перемешивается с сухой смесью АС-ДТ,образуя насыщенный раствор селитры, и вместе с измельчнными гранулами селитры и дизтоплива в виде эмульсионно-суспензионной текучей смеси,насыщенной пузырьками воздуха, с плотностью 1,4 г/см 3 - 1,45 г/см 3 попадает в полиэтиленовый рукав. Такая смесь укладывается в рукав, опущенный в скважину с водой, или формирует заряд при заряжании скважин снизу вверх. Способ может быть осуществлн с помощью предлагаемого устройства, которое работает следующим образом. В нагнетательной камере 1 с помощью эжектора 2 создают разрежение. Для работы эжектора 2 ручкой управления 36 подают на эжектирующее сопло 35 сжатый воздух от коллектора 4 по рукаву 5. Открывают кран 10, при этом из бака 8 по всасывающему трубопроводу 9 за счт перепада давления поступает селитра в нагнетательную камеру 1. Открывают кран 12, в результате чего из бака 2 через кран 12, расходомер 13 и обратный клапан 14 в поток селитры во всасывающий трубопровод 9 поступает дизельное топливо в заданном соотношении,которое настраивается по расходомеру 13 краном 12. В потоке селитра перемешивается с дизельным топливом и при разрежении 0,03 МПа поступает в камеру 1. Количество готовой смеси определяют по пружинным весам 15, которые для более точного дозирования установлены в верхней части нагнетательной камеры 1. Одновременно с изготовлением смеси АС-ДТ производят всасывание воды в нагнетательный бак 16, для чего открывают кран 25. Количество воды контролируется по уровнемеру 23. При наполнении бака кран 25 закрывают. При заполнении нагнетательной камеры 1 смесь АС-ДТ вакуумируют, для чего закрывают кран 10 на 30 секунд. При этом эжектор 2 работает,создавая разрежение в камере до 0,07 МПа. Затем ручку управления 36 закрывают, а кран продувки днища 31 открывают, в камеру 1 поступает сжатый воздух от коллектора 4. Происходит обработка смеси давлением, равным 0,50,8 МПа. После обработки смеси кран 31 закрывают, смесь готова к заряжанию. Далее производят заряжание скважин, для чего открывают кран питания 34. Сжатый воздух от коллектора 4 через кран 7, рукав 6, эжектор 2 и патрубок 3 поступает в нагнетательную камеру , одновременно сжатый воздух от коллектора 4 через кран 7, рукав 17 поступает в нагнетательный бак 16 и через кран 33, обратный клапан 32, эжектирующее устройство 27, выходной патрубок 18 в зарядный трубопровод 26. Соотношение воздуха и ВВ регулируют кранами 7 и 33. Затем открывают кран подачи воды 22. Вода в заданном соотношении, которое регулируют краном 19 по расходомеру 20, под давлением через всасывающую трубу 24, кран 19,расходомер 20, обратный клапан 21, кран 22, выходной патрубок 18 поступает в зарядный трубопровод 26. После того, как вода смочит зарядный трубопровод 26 и полиэтиленовый рукав 44, особенно на контакте границ рукав и уровень воды в скважине 45, открывают кран подачи ВВ 28. Смесь АС-ДТ через выходную трубу 29, кран подачи ВВ 28, эжектирующее устройство 27 и в уже псевдоожиженном потоке через выходной патрубок 18 поступает в зарядный трубопровод 26. В зарядном трубопроводе 26 смесь АС-ДТ перемешивается с водой и измельчается, превращаясь в раствор селитры и в этом виде поступает к узлу обработки смеси 43 или 51, где происходит доизмельчение до заданной величины, так как узел обработки смеси имеет выступы на внутренней поверхности. В воде дополнительно растворяется селитра до насыщения. 4 12111 В результате образуется тягучая эмульсионносуспензионная смесь с плотностью 1,40-1,45 г/см 3. В случае заряжания обводннной скважины смесь поступает в рукав 44, одним концом установленный в обводннной скважине 45 с помощью груза 46, а другим - на циклоне 43. Жидкая смесь ВВ 47 обладает большей плотностью, чем плотность воды и необходимыми реологическими свойствами,проходит через контакт вода - воздух, заполняет рукав 44 в нижней части скважины, вытесняет воду из скважины, полностью занимая объм скважины. После выдачи заданной порции ВВ кран подачи ВВ 28 закрывают. После чего идт промывка и продувка зарядного трубопровода 26 и узла обработки смеси 43 или 51. По окончании продувки и промывки закрывают кран 22, а затем кран питания 34. Для продувки днища нагнетательной камеры 1 от остатков смеси АС-ЦТ открывают кран 31. Сжатый воздух от коллектора 4, через кран 31, рукав 30, выходную трубу 29 поступает к днищу камеры и очищает его от остатков, которые затем выдуваются через зарядный трубопровод 26. Патрон-боевик 48 может быть установлен либо до зарядки и установки рукава на любой высоте по колонке заряда, либо после зарядки на поверхности заряда. В сухие нисходящие скважины с трещиноватостью и агрессивными породами и рудами также устанавливают рукава, что способствует эффективности и качеству взрыва, так как жидкая часть эмульсионно-суспензионной смеси не растекается по трещинам и вывалам. Сухие нисходящие и восходящие скважины как на открытых работах, так и в подземных условиях можно заряжать с помощью узла обработки смеси в виде насадки, которая устанавливается на зарядный трубопровод 26 (фиг. 2 б и фиг. 2 в). Зарядный трубопровод 26 с насадкой 51 на конце устанавливается в заряжаемой скважине 45 на заданном расстоянии,равном 610 диаметров скважины. При заряжании по мере формирования заряда 52 насадку 51 отводят от забоя, сохраняя заданное расстояние. Количество воды при заряжании в сухие восходящие и нисходящие скважины варьируется соответственно 2,02,5 . Дополнительное дробление АС-ДТ в узле подготовки смеси в виде насадки происходит на высту пах, расположенных на соплах и цилиндрической части насадки. Таким образом, вышеизложенное подтверждает, что предлагаемые способ и устройство позволяют решить поставленную задачу - получать насыщенный раствор селитры непосредственно в процессе осуществления способа и работы устройства. Наличие же насыщенного раствора селитры в изготавливаемом ВВ в процессе заряжания позволяет формировать высокоплотные заряды. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ пневматического заряжания скважины, включающий подачу гранулированной селитры и нефтепродукта в заданном соотношении в нагнетательную камеру, последовательное воздействие на полученную в нагнетательной камере смесь разряжением и повышенным давлением, пневмотранспортировку смеси в скважину сжатым воздухом через зарядный трубопровод и узел обработки смеси, введение в поток смеси жидкой составляющей,отличающийся тем, что в поток смеси в качестве жидкой составляющей вводят воду в количестве 220 от количества смеси, а в узле обработки смеси готовят смесь с размером частиц селитры не более 0,5 мм. 2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что пневмотранспортировку смеси в скважину производят через зарядный трубопровод длиной не менее 50 м. 3. Устройство для пневматического заряжания скважин, содержащее бак для селитры, бак для нефтепродукта, нагнетательный бак жидкой составляющей, нагнетательную камеру, соединенную с баками с селитрой и нефтепродуктом, эжектор для создания разрежения в нагнетательной камере, зарядный трубопровод с узлом обработки смеси на конце, выполненным в виде циклона или насадки,снабженных выступами, систему управления, включающую краны, клапаны, уровнемеры, расходомеры, коллектор подачи сжатого воздуха, отличающийся тем, что бак жидкой составляющей подключен к зарядному трубопроводу после крана подачи взрывчатого вещества в зарядный трубопровод через дополнительный кран, при этом выступы в циклоне или насадке выполнены с возможностью получения в потоке частиц размером не более 0,5 мм.