книги из ГПНТБ / Кутузов, Б. Н. Взрывные работы учебник

На зарубежных карьерах применяют большое число различных пневмоударных станков для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 76—200 мм.

Погружные пневмоударники и инструмент. В качестве основного рабочего органа пневмоударных станков применяют погружные пневмоударники, одна из наиболее совершенных моделей которых показана на рис. 37.

Поршень-ударник в пневмоударнике совершает поступательно­ возвратное движение, нанося при рабочем ходе удар по хвостовику

Рис. 36. Пневмоударный станок СБУ-160

долота. Особенностью данной модели является ее простота, выпол­ нение бесклапанного воздухораспределения самим поршнем и роли­ ковое крепление долота в цилиндре, что намного уменьшает потери энергии удара на трение в узле крепления по сравнению с погруж­ ными пневмоударниками, выпускаемыми в настоящее время (рис. 38).

На базе этой конструкции выполнен типажный ряд бесклапан­

ном бурении применяются долота трехперые с опережающим лез­ вием и крестовые, лезвия которых армированы пластинками твердого сплава ВК8В, ВК15. Разработаны долота, породоразрушающие элементы в которых выполнены в виде цилиндрических вставок твердых сплавов со сферической рабочей поверхностью. Некоторые типы долот для пневмоударного бурения показаны на рис. 39.

Сменная производительность пневмоударных станков изменяется в пределах от 10 до 40 м в зависимости от крепости породы и, особенно,

60

трещиноватости и разрушенности верхней части уступа. Стойкость долот до перезаточки 10—40 м в зависимости от абразивности пород, при трех-пяти переточках общая стойкость долот составляет 30— 200 м. Проходка на один пневмоударник 200—800 м. Разработанные

особенно большое влияние на скорость бурения. С увеличением давления сжатого воздуха с 5 до 10 кгс/см2 скорость бурения, по зарубежным данным, также увеличивается в два раза. Ограничи­ вающими факторами здесь будут прочность деталей пневмоударника

62

и долота, а также отсутствие компрессоров для повышенного до 10—15 кгс/см2 давления сжатого воздуха.

Осевое давление оказывает влияние на скорость бурения: с его увеличением улучшаются условия передачи энергии и эффективность разрушения. Большие осевые давления приводят к увеличению

§10. Ударно-канатное бурение скважин

Втечение почти четырех десятилетий, с 30-х годов, способ ударно­ канатного бурения был основным на карьерах, разрабатывавших

63

При ударно-канатном бурении буровой снаряд 1 (рис. 41) мас­ сой 1000—3000 кг со стальным долотом диаметром 200—300 мм долотчатой, крестовой или копытообразной формы, подвешенный на канате 2, поднимается на высоту 0,8—0,9 м, а затем падает на забой скважины, нанося удар и разрушая породу. После каждого удара буровой снаряд с помощью канатного замка поворачивается на некоторый угол.

Подъем I и сбрасывание I I бурового снаряда осуществляются кривошипно-шатунным механизмом 3. От бурового снаряда канат, огибая головной блок 4 с амортизатором, проходит под оттяжным блоком 5 балансира и, огибая блок 6, закрепляется на барабане 7.

При опускании шатуна 3 блок 5 также опускается и, натягивая канат, поднимает буровой снаряд над забоем. При быстром подъеме блока канат освобождается и буровой снаряд свободно падает на забой скважины.

Во время бурения в скважину непрерывно или периодически подается вода. Измельченная порода, смешиваясь с водой, перехо­ дит во взвешенное состояние, образуя шлам. В процессе бурения его периодически удаляют из скважины с помощью желонки. Произ­ водительность станков изменяется от 30 до 4 м/смену при увеличении крепости пород / с 6 до 18, а стоимость бурения 1 м скважины при этом увеличивается с 1,5 до 15 руб.

§11. Огневое бурение скважин

Сувеличением крепости пород эффективность механических спо­ собов разрушения снижается, а стоимость бурения растет. Поэтому испытываются и внедряются способы бурения, эффективность кото­ рых не зависит от крепости буримых пород. К их числу относится огневое бурение, при котором порода разрушается в результате бы­ строго разогрева поверхностного слоя породы раскаленными струями газа, вылетающими из горелки (рис. 42, б) со скоростью более 2 км/с

ипри температуре более 2000° С.

Вследствие низкой теплопроводности горных пород в поверхност­ ном слое образуется очень резкий перепад температур, в результате чего в нем возникают высокие термические напряжения. Кроме того, кварц при температуре около 500° С переходит в другие кри­ сталлические модификации со значительным изменением объема. При этом с поверхности отслаиваются чешуйки породы, которые

подхватываются потоком раскаленных газов и выносятся из сква­ жины.

В применяемых горелках тепловой поток образуется при сгора­ нии горючего (бензин или керосин) в смеси с кислородом или сжатым воздухом. Общий вид станка СБО-5 для огневого бурения показан на рис. 42, а.

Недостаток огневого бурения — в избирательности буримых пород. Этим способом эффективно разрушаются в основном кварц­ содержащие породы, по которым сменная производительность до-

64

Глава III

ОСНОВЫ ТЕОРИИ И СВОЙСТВА ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ

§ 12. Классификация взрывов

По своей природе взрывы делятся на:

Ф и з и ч е с к и е , при которых происходят только физические преобразования веществ (беспламенное взрывание с помощью жидкой углекислоты и сжатого воздуха, взрывы паровых котлов, баллонов со сжиженным газом, электрические разряды и т. д.).

Х и м и ч е с к и е , при которых происходят чрезвычайно бы­ стрые химические реакции с выделением тепла 800—1400 ккал/кг

игазов (взрывы ВВ, метана, угольной пыли).

Яд е р н ы е, при которых происходят цепные реакции деления ядер с образованием новых элементов. Существует два способа выделения атомной энергии при взрыве: превращение тяжелых ядер

в более легкие (радиоактивный распад и деление атомных ядер) и образование из легких ядер более тяжелых (соединение и образо­ вание новых атомных ядер). Например, при термоядерном взрыве из тяжелого водорода образуется гелий. При ядерном и термоядер­ ном взрыве выделяется в миллионы раз больше тепла на единицу взрываемого вещества, чем при химическом: 1,6-1010 ккал/кг при ядерном и 1011 ккал/кг при термоядерном, а при взрыве химиче­ ского ВВ выделяется в среднем ІО3 ккал/кг. Ядерные взрывы являются наиболее мощными из известных человечеству в настоящее время.

При взрывных работах на карьерах применяются химические взрывы ВВ, которые и рассмотрены в учебнике. Имеются техни­ ческие возможности применения ядерных взрывов для вскрытия

§ 13. Характеристика взрыва промышленных взрывчатых веществ

В з р ы в ч а т ы м и в е щ е с т в а м и называются химические соединения или механические смеси, которые под действием внешнего импульса способны взрываться (детонировать), т. е. чрезвычайно

быстро со сверхзвуковой скоростью в результате прохождения по заряду ВВ детонационной волны вступать в химическую реакцию с выделением тепла и газов, способных производить разрушение и перемещение окружающей среды.

Если в заряде обеспечены условия нормального распространения детонации, то она происходит с постоянной характерной для данного типа ВВ и заряда скоростью, т. е. процесс детонации имеет самораспространяющийся характер, не требующий для своего нормального протекания дополнительного подвода энергии, кроме начального импульса.

Известно большое число химических соединений и смесей, спо­ собных взрываться, но к промышленным ВВ (пригодным для при­ менения в промышленных взрывах) относятся соединения и смеси, достаточно безопасные в изготовлении и обращении, эффективные в применении, технически и экономически доступные в изготовлении, не меняющие своих химических и физических свойств при длитель­ ном хранении.

Энергия при взрыве промышленных ВВ выделяется вследствие протекания химической реакции окисления содержащихся в составе ВВ водорода — в воду и углерода — в окись (СО) или дву­ окись (С02) углерода кислородом, входящим также в состав молекул компонентов ВВ. Это обеспечивает высокую концентрацию энергии в единице объема ВВ (объемную концентрацию энергии).

При обычном горении веществ реакция окисления происходит за счет кислорода воздуха. Так, при сжигании 1 л стехиометрической смеси (смесь, в которой все компоненты полностью вступают в реак­ цию) спирт — кислород выделяется всего 3,5 ккал, водород — кисло­ род — 1,8 ккал, а при взрыве 1 л мощного жидкого ВВ нитроглице­ рина выделяется 2350 ккал тепла. Низкая объемная концентрация энергии 1 л смеси обычных горючих и кислорода объясняется тем, что на сжигание 1 л спирта требуется около 2000 л кислорода и при его теплотворной способности 7100 ккал/кг теплота на 1 л смеси будет 7100/2000, т. е. 3,5 ккал.

В то же время тепловая энергия (теплота взрыва, выделяющаяся при взрыве 1 кг ВВ и составляющая примерно 1000 ккал/кг) значи­ тельно меньше теплоты сгорания обычных горючих: керосина 11 000 ккал/кг, каменного угля 7000 ккал/кц и т. д. У промышлен­ ных ВВ скорость распространения реакции равна 2—8 км/с. Это обеспечивает получение чрезвычайно большой мощности взрыва, характеризуемой количеством энергии, выделяемой в единицу вре­ мени.

Так, при взрыве патрона аммонита № 6JKB весом 200 г при теплоте

ции ВВ 3500 м/с в момент взрыва выделяется мощность, равная

15-ІО8 Дж, или 14,6-10® кВт.

В момент взрыва ВВ образуется значительное количество газов (600—1000 л на 1 кг). Выделяемое при взрыве тепло нагревает про­

68

дукты взрыва до температуры 1900—4500° С, что обеспечивает полу­ чение чрезвычайно высокого давления газов взрыва (100 тыс. кгс/см2 и больше) в начальный момент.

Взрыв сопровождается определенным звуковым эффектом, так как ударная волна, распространяющаяся от заряда, на некотором расстоянии от центра взрыва переходит в звуковую.

Таким образом, отличительными признаками взрыва ВВ явля­ ются: высокая объемная концентрация энергии; большая ско­ рость выделения энергии; экзотермичность процесса; образование газообразных продуктов.

§ 14. Общие сведения о взрывчатых веществах и их классификация

По своему физическому состоянию известные ВВ могут быть: твердыми соединениями или смесями (гексоген, аммиачная селитра + -1-тротил и т. д.); смесями жидких и твердых веществ (аммиачная

дых или жидких веществ с газами (угольная, древесная и т. п. орга­ ническая пыль, брызги керосина, бензина с воздухом и т. д.); жид­ кими веществами (нитроглицерин, нитрогликоль); смесями жидких веществ (тетранитрометан + бензол, четырехокись азота + + соляровое масло и т. д.).

Практическое применение в качестве промышленных ВВ имеют первые две группы, наибольшее распространение получили взрыв­ чатые смеси из твердых веществ. Для взрывного бурения приме­ няются ВВ из смеси жидких компонентов.

Существуют три основные формы химического превращения ВВ: детонация, медленное химическое превращение, горение.

П р и д е т о н а ц и и энергия по заряду ВВ передается дето­ национной волной, которая распространяется по ВВ со сверхзву­ ковой скоростью от 2 до 8 км/с. Это нормальный процесс взрыва промышленных ВВ.

М е д л е н н о е х и м и ч е с к о е превращение протекает при относительно низких температурах по всему объему вещества. Этот процесс может протекать при неблагоприятных условиях хране­ ния ВВ и недостаточной его химической стойкости. При горении и детонации химическая реакция протекает в определенной, довольно узкой зоне — фронте химической реакции, который перемещается по ВВ. Скорость его перемещения определяется величиной выде­ ляющейся энергии и способом передачи ее к соседним слоям вещества. П р и г о р е н и и тепло передается путем теплопередачи. Это сравнительно медленный процесс, поэтому и скорость горения может быть от долей сантиметра до десятков метров в секунду.

По характеру действия на окружающую среду ВВ делятся на две группы: б р и з а н т н ы е (дробящие) ВВ и м е т а т е л ь ­ н ы е ВВ (пороха).

69