Способ пневматического заряжания скважин и устройство для его осуществления

(51)7 42 1/10, 42 3/04 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(73) Товарищество с ограниченной ответственностью Мавра , Товарищество с ограниченной ответственностью Шаркон(56) Предварительный патент РК 1447(54) СПОСОБ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО ЗАРЯЖАНИЯ СКВАЖИН И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Способ для пневматического заряжания скважин и устройство для его осуществления относятся к горной промышленности и могут быть использованы для получения простейших ВВ из селитры и нефтепродукта непосредственно в процессе заряжания. Изобретение позволяет в процессе заряжания формировать заряд более высокой плотности. Для этого в способе пневматического заряжания скважин, включающем всасывание гранулированной селитры нефтепродукта в заданном соотношении в нагнетательную камеру, последовательное воздейст вие на смесь разрежением и повышенным давлением, пневмотранспортирование смеси в скважину сжатым воздухом через зарядный трубопровод и узел подготовки смеси, для введения в поток смеси используют насыщенный раствор селитры с температурой от -18 до -40 С в количестве 4-16 от количества смеси. Устройство для пневматического заряжания скважин, включающее бак для селитры, бак для нефтепродукта, бак жидких добавок, нагнетательную камеру, соединенную с баком для селитры и всасывающим трубопроводом, эжектором для создания разряжания в нагнетательной камере, зарядный трубопровод с узлом подготовки смеси, систему управления и патрубок подачи сжатого воздуха, согласно изобретению, дополнительно содержит бак для приготовления насыщенного раствора селитры,а бак жидких добавок выполнен в виде нагнетательного бака, соединенного с баком для раствора селитры и патрубком сжатого воздуха, а также с зарядным трубопроводом, а бак для нефтепродуктов с всасывающим трубопроводом. 8321 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 изготовления двухкомпонентных взрывчатых веществ при заряжании (патент РК 325, кл. 42 3/04, 1993). Этот способ заключается в том, что аммиачную селитру и нефтепродукт одновременно подают в камеру, находящуюся под разрежением не менее 0,7 атм, а перед подачей смеси на заряжание создают сначала разрежение не менее 0,3 атм, а затем повышенное давление не менее 5 атм. Недостаток данного способа связан со структурой получаемого ВВ в заряде. Заряд не имеет закрытых локальных газовых включений, поэтому с течением времени подвержен проникновению в него воды и вытеснению из него легкой фракции горючего вещества (нефтепродукта), что приводит к переувлажнению заряда и очаговому нарушению компонентного состава. Кроме того, невозможно достичь плотности заряда более 1,25 г/см 3. Частично эти недостатки устранены в ближайшем к изобретению аналоге-способе заряжания скважин по предварительному патенту РК 1447,кл.42 3/04, С 06 В 21/00, 15.12.94. Данный способ включает всасывание гранулированной селитры и нефтепродукта в заданном соотношении в нагнетательную камеру, последовательное воздействие на смесь разрежением и повышенным давлением, пневмотранспортированием 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 определенных характеристиках раствора селитры и определенном его количестве. При низких концентрациях селитры в растворе растворы ведут себя, как обычная вода, которая дополнительно растворяет селитру, нарушает заданное соотношение компонентов, нарушает структуру заряда, плотность заряда падает. Известна зарядно-смесительная установка, позволяющая получить эмульсионно-суспензионное взрывчатое вещество при заряжании за счет измельчения твердого компонента ВВ в процессе его смешивания с водой (предпатент РК 4738, кл. 21 37/00, 0621/00, 16.06.97). 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 подготовки смеси, выполненной в виде циклона. Однако в этой установке не предусмотрена подача раствора селитры в процессе заряжания. 2 Ближайшим аналогом к изобретению (объектустройство) является устройство, с помощью которого осуществляется способ по предпатенту РК 1447. Устройство состоит из бака для гранулированной селитры, бака для нефтепродукта, бака жидких добавок. На выходе из бака для нефтепродукта установлен насос. Насос и бак для селитры соединены всасывающим трубопроводом, на котором установлены датчик расхода и кран загрузки, который связан с нагнетательной камерой. Нагнетательная камера соединена с эжекторным устройством для создания разрежения во всасывающем трубопроводе и нагнетательной камере. Нагнетательная камера через кран соединена с зарядным трубопроводом. Через кран и регулятор расхода подают в нагнетательную камеру сжатый воздух от патрубка подачи сжатого воздуха. Устройство снабжено регулятором перепада давления. Зарядный трубопровод снабжен на конце узлом подготовки смеси. Датчики, краны,регулятор перепада давления входят в систему управления. Недостаток данного устройства такой же, как и способа - невозможность получать заряды плотностью выше 1,25 г/см 3. Задача изобретения - разработка способа и пневматического заряжания скважин и устройства для его осуществления, позволяющих в процессе заряжания формировать заряд более высокой плотности. Для этого 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 разряжением и повышенным давлением, пневмотранспортировку смеси в скважину сжатым воздухом через зарядный трубопровод и узел подготовки смеси, введение в поток смеси водного раствора селитры, согласно изобретению, водный раствор селитры вводят в виде насыщенного раствора при температуре от -18 до -40 С, который подают в количестве 4-16 от количества смеси. Задача решается также с помощью устройства для пневматического заряжания скважин, которое включает бак для селитры, бак для нефтепродукта,бак жидких добавок, нагнетательную камеру, соединенную с баком для селитры и всасывающим трубопроводом, эжектором для создания разрежения в нагнетательной камере, а также зарядный трубопровод с узлом подготовки смеси, систему управления и патрубок подачи сжатого воздуха. Согласно изобретению, устройство дополнительно содержит бак для приготовления насыщенного раствора селитры. Бак жидких добавок выполнен в виде нагнетательного бака для насыщенного раствора селитры, соединенного 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 соединен 8321 через регулятор уровня, кран, расходомер и обратный клапан системы управления с всасывающим трубопроводом. Кроме того, нагнетательная камера может быть снабжена пружинными весами. Кроме того, на внутренней поверхности узла подготовки смеси могут быть выполнены выступы для дробления гранул селитры. Экспериментально установлено, что при наличии в потоке ВВ (смеси нефтепродукта и селитры) раствора аммиачной селитры необходимый эффект достигается только при условии, что раствор имеет не менее определенного количества селитры. Это достигается получением насыщенного раствора при определенной температуре раствора, так как растворимость селитры зависит от температуры,представленной ниже-10 С - 470 С - 5510 С - 6020 С - 6640 С - 7460 С - 81 . При этом необходимо иметь в виду, что растворение селитры идет с поглощением тепла. Насыщенный раствор при температуре от -18 до 40 С обеспечивает возможность формирования заряда плотностью до 1,5 г/см. Ниже температуры -18 С раствор замерзает. Температура 40 С выбрана из условий целесообразности чтобы получить раствор более высокой температуры, необходимо использовать горячую воду, что усложняет способ. При пневмотранспортировании по зарядному трубопроводу и узлу подготовки смеси потока из селитры, нефтепродукта и насыщенного раствора селитры происходит интенсивное перемешивание компонентов, при взаимодействии потока со стенками узла подготовки смеси, со стенками скважины и поверхностью заряда происходит структурное изменение ВВ, которое превращается в механическую смесь тонкоизмельченной селитры. Настоящий раствор селитры, диспергированного нефтепродукта и газовых микропузырьков - эмульсионно-суспензионная аэрированная смесь. В результате формируется плотный заряд из этих компонентов и локализованных газовых включений с давлением в них, равным давлению в полости заряжания, и закрытых от проникновения в них внешней воды за счет того, что межгранульное пространство заполнено водоустойчивой эмульсией. Необходимое количество насыщенного раствора селитры относительно количества ВВ 4-16 также определено экспериментально. Нижний предел 4 определен из условия, при котором начинает формироваться более плотный заряд, что оценивалось по результатам взрыва, а 16- из условия возможных отказов взрыва, так как при этом нарушается заданное соотношение компонентов взрывчатого вещества. Оптимальное количество насыщенного раствора 10 до 10 добавляют при заряжании сухих и восходящих скважин, при этом формируется заряд из твердого ВВ. Более 10 добавляют при заряжании обводненных скважин. При этом ВВ подают в полиэтиленовый рукав,погруженный в воду. Поток ВВ должен преодолеть давление воды на стенки рукава. Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства. На фиг. 2 показан процесс формирования заряда в обводненной и сухой скважинах. Устройство состоит из нагнетательной камерыс эжектором 2 для создания разрежения в нагнетательной камере. Эжектор 2 соединен с нагнетательной камерой краном 3. Сжатый воздух к устройству подается от патрубка 4. Эжектор 2 соединен с патрубком сжатого воздуха 4 краном 5. Бак 6 для селитры соединен всасывающим трубопроводом 7 через кран 8 с нагнетательной камерой 1. Бак 9 для нефтепродукта (например, дизтоплива) через регулятор уровня 10, кран 11, расходомер 12 и обратный клапан 13 соединен с всасывающим трубопроводом 7. Нагнетательная камера 1 подвешена на пружинных весах 14. Бак 15 предназначен для приготовления насыщенного раствора селитры. Бак 15 снабжен краном 16 для залива воды. Через кран 17 бак 15 соединен с эжектором 2, а всасывающим патрубком 12 - с баком для селитры 6. Бак 15 имеет уровнемер 19 для контроля уровня воды и раствора. Краном 20 бак 15 связан с патрубком подачи сжатого воздуха 4. Через кран 21 бак 15 связан с нагнетательным баком 22 для насыщенного раствора селитры. Бак 22 снабжен уровнемером 23. Нагнетательная камера 1 через краны 24, 25, 26 и обратный клапан 27 соединена с патрубком подачи сжатого воздуха 4,который через кран 28, обратный клапан 29 также соединен с зарядным трубопроводом 30, который, в свою очередь, через кран 31 соединен с нагнетательной камерой 1. Краном 32, расходомером 33 и обратным клапаном 34, нагнетательным баком 22 соединена с зарядным трубопроводом 30. В случае заряжания обводненных скважин конец зарядного трубопровода 30 подсоединен к соплу 35 узла обработки смеси в виде циклона 36. С циклоном 36 соединен один конец полиэтиленового рукава 37. Другой конец рукава 37 опущен в обводненную скважину 38 с помощью грузила 39. В рукав подана смесь взрывчатого вещества 40. Заряд снабжен патроном-боевиком 41. При заряжании сухих скважин или восстающих скважин зарядный трубопровод 30 подсоединен к узлу обработки смеси в виде насадки 42. Внутренняя поверхность узла обработки смеси в виде циклона 36 или насадки 42 покрыта выступами для дополнительного дробления селитры. С помощью насадки сформирован заряд 44. 3 8321 Для контроля количества нефтепродукта в баке 9 предусмотрен уровнемер 45, а кран 46 предназначен для слива нефтепродукта. Краны 47 и 48 предназначены для слива раствора селитры из баков 15 и 22,соответственно. Кран 49 предназначен для продувки зарядного трубопровода сжатым воздухом. Краны,уровнемеры, расходомеры, клапаны составляют систему управления 14 - пружинные весы. На выходе эжектора 2 для подавления шума и пыли установлен глушитель 50. Способ осуществляется следующим образом. На место заряжания скважин доставляют компоненты ВВ аммиачную селитру (АС), жидкий нефтепродукт (например, дизельное топливо (ДТ и воду. ДТ заливают в бак 9 для дизтоплива, селитру помещают в бак 6, воду всасывают в бак 15. Предварительно готовят насыщенный раствор селитры и сухую смесь АС-ДТ. Для приготовления насыщенного раствора селитры в бак 15 всасывают селитру. Всасывание обеспечивают тем, что создают разрежение в баке 15, соединяя его через кран 17 с эжектором. Для ускорения получения насыщенного раствора осуществляют барботаж раствора сжатым воздухом, подавая его через кран 20. 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. Затем воздействуют на смесь сначала разрежением до 0,07 МПа, а потом повышенным давлением до 0,8 МПа. Воздействие кратковременное - 1-3 мин. Далее производят процесс заряжания, состоящий из подачи сухой смеси в заданном соотношении воздух - ВВ по зарядному трубопроводу через узел отработки смеси в скважину и подачи в этот поток насыщенного раствора селитры в заданном соотношении 416 . При заряжании обводненных нисходящих скважин в рукав подают 10-16 раствора. В этом случае в качестве узла обработки смеси используют циклон. При заряжании сухих скважин, в том числе восходящих, подают до 8 раствора. В качестве узла обработки смеси используют насадку. В узлах обработки смеси происходит дополнительное измельчение гранул селитры и дизтоплива,перемешивание этих частиц с насыщенным раствором селитры, получение эмульсионно-суспензионной текучей смеси с плотностью 1,4-1,5 г/см 3. Такая смесь позволяет пополнить рукав, опущенный в воду(вниз), и сформировать заряд при заряжании вверх. Способ может быть осуществлен с помощью заявляемого устройства, которое работает следующим образом. В нагнетательной камере 1 с помощью эжектора 2 при открытом кране 3 создают разрежение. Для работы эжектора 2 открывают кран 5 и подают сжатый воздух от патрубка 4. Открывают кран 8, при 4 этом из бака 6 по всасывающему трубопроводу 7 за счет перепада давления поступает селитра в нагнетательную камеру 1. Открывают кран 11, в результате из бака 9 через регулятор уровня 10, кран 11,расходомер 12 и обратный клапан 13 в поток селитры в всасывающий трубопровод 7 поступает дизельное топливо в заданном соотношении, которое настраивается по расходомеру 12 краном 11. В потоке селитра перемешивается с дизельным топливом и при разрежении 0,03 МПа поступает в камеру 1. Количество готовой смеси определяется по пружинным весам 14. Насыщенный раствор селитры размещается в баке 15, в который либо подается в готовом виде через кран 16 за счет разрежения, создаваемого эжектором 2, связанным с баком 15 через кран 17, либо изготавливается из воды и гранулированной селитры путем подачи чистой воды через кран 16 и селитры по всасывающему трубопроводу 18. Сначала подается вода, количество которой контролируется по уровнемеру 19. Затем кран 16 закрывают и открывают кран 17. Происходит всасывание селитры, количество которой также контролируется по уровнемеру 19. Затем через кран 20 в бак 15 подается сжатый воздух для барботажа (растворения) селитры. Готовый раствор из бака 15 подают в нагнетательный бак 22, открывая для этого кран 21. Количество раствора контролируется по уровнемеру 23. При наполнении бака кран 21 закрывают. При заполнении камеры 1 смесь АС-ДТ вакуумируют, для чего закрывают кран 8 на 30-60 сек. При этом эжектор 2 работает, создавая разрежение в камере до 0,07 МПа. Далее краны 3 и 5 закрывают,а кран 24 открывают, в камеру 1 поступает сжатый воздух. Происходит обработка смеси давлением. При давлении 0,50,8 МПа кран 24 закрывают смесь готова к зарядке. Далее производят заряжание скважин, для чего открывают краны 25 и 26. Сжатый воздух через эти краны и обратный клапан 27 поступает в нагнетательную камеру. Через кран 28 и обратный клапан 29 сжатый воздух подают в зарядный трубопровод 30, краном 31 в зарядный трубопровод подают псевдоожиженный поток воздуха - ВВ. Соотношение воздуха и ВВ настраивают кранами 26 и 28. При открытии крана 32 через него, расходомер 33 и обратный клапан 34 в зарядный трубопровод поступает раствор селитры в заданном соотношении, которое настраивают краном 32. По зарядному трубопроводу 30 поток смеси поступает через сопло 35 на выступы внутренней поверхности узла обработки смеси (циклон 36 или насадка 42), где происходит измельчение до заданной величины. В результате образуется тягучая эмульсионно-суспензионная смесь с плотностью 1,4-1,5 г/см 3. В случае заряжания обводненной скважины смесь поступает в рукав 37, одним концом установленный в обводненной скважине 38 с помощью грузила 39, а другим - на циклоне 36. 8321 Текучая смесь ВВ 40 обладает плотностью больше плотности воды и необходимыми реологическими свойствами, проходит через контакт вода - воздух, заполняет рукав 37 в нижней части скважины,вытесняет воду из скважины, полностью занимая объем скважины. После выдачи заданной порции ВВ кран 31 закрывают, зарядный трубопровод 30 продувают и кран 25 закрывают. При необходимости зарядный трубопровод 30 продувают открытием крана 49. Патрон-боевик или шашка может быть установлена либо до зарядки после установки рукава 37 на любой высоте по колонке заряда, либо после зарядки на поверхности заряда. Сухие скважины заряжают без установки рукава 37, подавая ВВ непосредственно в полость скважины. В сухие скважины с трещиноватостью и агрессивными породами и рудами (например, сульфидами) также устанавливают рукава. Заряжание в подземных условиях, включая восстающие скважины, отличается тем, что зарядный трубопровод 30 перед зарядкой (фиг.2 а) с насадкой 42 на конце устанавливается в заряжаемой скважине 43 на заданном расстоянии равно 610 диаметров скважины. При заряжании, по мере формирования заряда 44, насадку 42 отводят от забоя, сохраняя заданное расстояние. Количество раствора селитры варьируется от 0 до 8 , при этом плотность заряда варьируется от 1,1 до 1,4 г/см 3. В процессе заряжания скважины вначале подают 6-8 насыщенного раствора для заряжания конца скважины с плотностью до 1,4 г/см 3, а затем краном 32 по расходомеру 33 снижением расхода раствора селитры снижают плотность до 1,1-1,2 г/см 3, что позволяет равномерно распределить энергию ВВ в массиве при веерном расположении скважин, а также создать повышенную концентрацию энергии на дне скважины. Боевик устанавливается на поверхности заряда. Аналогично можно заряжать сухие скважины на открытых черных работах, включая обводненные скважины при небольшом количестве воды, которую выдувают из скважины. Применение данного способа и устройства позволяет также проводить работы при отрицательных температурах до -18 С, например, в условиях вечной мерзлоты. Таким образом, из вышеприведенного следует,что введение насыщенного раствора селитры при заявляемой температуре и заявляемом количестве при пневмозаряжании позволяет получить ВВ такой структуры, которая обеспечивает формирование заряда повышенной плотности, что позволяет повысить объемную концентрацию энергии заряда. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ пневматического заряжания скважин,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 подготовки смеси,введение в поток смеси водного раствора селитры,отличающийся тем, что для введения в поток смеси используют насыщенный раствор селитры с температурой от -18 С до 40 С в количестве 4-16 от количества смеси. 2. Устройство для пневматического заряжания скважин, содержащее бак для селитры, бак для нефтепродукта, бак жидких добавок, нагнетательную камеру, соединенную с баком для селитры и всасывающим трубопроводом, эжектор для создания разрежения в нагнетательной камере, зарядный трубопровод с узлом подготовки смеси, систему управления, включающую краны, клапаны, уровнемеры,расходомеры, и патрубок подачи сжатого воздуха,отличающееся тем, что оно дополнительно содержит бак для приготовления насыщенного раствора селитры, бак жидких добавок выполнен в виде нагнетательного бака для насыщенного раствора селитры, соединенного 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, а бак для нефтепродукта соединен через регулятор уровня, кран, расходомер и обратный клапан системы управления с всасывающим трубопроводом. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что нагнетательная камера снабжена пружинными весами. 4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем,что на внутренней поверхности узла подготовки смеси выполнены выступы для дробления гранул селитры.