книги из ГПНТБ / Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие

а м п у л ь н о е и л и п а т р о н н о е , когда на забой с помощыо воды или воздуха подается заряд жидкого или твердого ВВ в оболочке. Заряд инициирует или в результате его удара о забой, или от инер­ ционного детонатора накольного типа;

в процессе подачи их на забой взрывчатую смесь. В струю подается инициатор (эвтектический сплав калия и натрия), который вызывает сначала горение, а затем взрыв жидкого плоского заряда на поверх­ ности забоя.

Взрыв каждого заряда разрушает некоторый объем породы, кото­ рый затем с помощью жидкости или воздуха выносится на поверх­ ность. В результате многократных последовательных взрывов обра­ зуется скважина.

Патронный способ бурения глубоких скважин. В случае примене­ ния ж и д к и х в з р ы в ч а т ы х с м е с е й разрушение породы происходит при взрыве на забое скважины ампул-зарядов в пластмас­ совой оболочке. В ампуле имеются два отделения, разделенных хрупкой перегородкой, которые заполняются жидкими компонен- тами-горючим и окислителем, в отдельности они не взрываются.

ряженные ампулы, вводимые с заданной частотой в поток промы­ вочной жидкости, следуют по колонне труб, ускоряются метательным соплом и при ударе о забой взрываются. При прохождении ампулы через суженную часть метательного сопла ее внутренняя перегородка разрушается, и компоненты смешиваются, образуя высокочувстви­ тельное ВВ. Время смешивания исходных компонентов ~1,5 с, поэтому частота подачи ампул на забой не должна превышать 40 в минуту. Зазор между метательным соплом и забоем во время буре­ ния поддерживается равным 200—500 мм для того, чтобы ампулы взрывались в центре забоя и сопло не повреждалось при взрывах. При взрыве порода непосредственно под зарядом разрушается и отде­ ляется от массива, образуя зону дробления (рис. 200).

За пределами зоны дробления образуются трещины и другие нару­ шения сплошности породы. Эта область называется з о н о й п р е д - р а з р у ш е н и я . При многократном повторении взрывов увели­ чивается число и протяженность трещин и частицы породы отделяются при напряжениях, меньших разрушающих.

Разрушение породы происходит также и в боковом направлении с постепенным увеличением диаметра скважины, в результате чего призабойная часть скважины имеет коническую форму. Стенки сква­

происходит под влиянием многократно возникающих знакоперемен­ ных напряжений и расклинивающего действия жидкости, заполня­ ющей трещины в породе. Размер зоны гидравлического действия по

т. е. при взрывном бурении прочностные характеристики пород ока­ зывают существенно меньшее влияние на эффективность процесса, чем при механических способах проходки. Объем разрушения

за взрыв в значительной степени зависит от пластичности

ВВ на границе воздух — порода большая часть энергии взрыва пере­ дается воздушной среде. Из-за большой сжимаемости воздуха проис­ ходят необратимые потери энергии, и воздействие взрыва на боковые

форму (см. рис. 200).

Экспериментальное бурение осуществлялось зарядами флегматизированного гексогена и тротила (рис. 201) весом 300—500 г в пласт­ массовом корпусе с капсюлем накольного действия (плотность ВВ 1,56—1,58 г/см3 ). Заряд с капсюлем соединяется автоматически непо­ средственно перед пуском заряда в скважину.

В период 1958—1964 гг. бурение экспериментальных скважин на карьерах осуществлялось при помощи взрывобура, навешенного на ударно-канатный станок БС-1. Принципиальная схема бурения патро­ нами твердого ВВ показана на рис. 202.

При испытаниях этого способа порода разрушалась в основном на куски размером 10—15 мм, которые за 8—10 с полностью выноси­ лись из забоя. При этом частота посылки патронов не должна превы­ шать 8 в минуту, расчетная скорость бурения скважины диаметром

200 мм составляет 10—15м/ч. Было пройдено семь скважин глубиной от 9 до 20 м.

Средний расход патронов на 1 м скважины на Бакальском место­ рождении в сидеритах и доломитах 26, в кварцитах — 15. Удельный расход ВВ 0,16—0,3 кг/дм3 . Скважину предварительно забуривали в верхнем нарушенном слое уступа станками ударно-канатного бурения и ее устье обсаживали стальной трубой.

Оптимальная форма заряда — цилиндрическая с отношением высоты к диаметру около единицы. Увеличение этого отношения больше единицы ведет к увеличению диаметра скважины, так как уве­ личивается число взрывов, воздействующих на стенки скважины.

Углубление скважины за взрыв можно определить по формуле

Q— вес заряда, кг;

т^ 1/2 — показатель степени.

Нижний срез рабочей штанги располагается на расстоянии 250— 500 мм от забоя. Во время опытов на забой подавали два—четыре патрона ВВ при неподвижной штанге, а затем корректировали рас­

где п = х /з — показатель степени.

Исследование зависимости между свойствами пород и величиной углубления на взрыв при бурении скважин зарядами твердого ВВ позволило установить, что эта величина возрастает с уменьшением плотности породы и повышением ее крепости. Сопротивляемость различных горных пород взрывному бурению целесообразно оцени­ вать по прямой технологической пробе, т. е. путем определения вели­ чины проходки в данной горной породе в результате взрывов несколь­ ких зарядов и вычисления среднего значения.

ИГД им. А. А. Скочинского предложены бескапсюльные заряды жидкого ВВ (смесь четырехокиси азота и солярового масла), которые предусматривается приготавливать автоматически на станке, пода­ вать в трубопровод и разгонять для устойчивой детонации при ударе о забой до скорости 100—120 м/с. Разработаны патроны для бурения скважин диаметром 150, 200 и 250 мм зарядами соответственно весом 150, 200 и 300 г.

Основные недостатки бурения зарядами твердого ВВ: сложность забуривания скважин; невозможность проходки скважин в трещино­ ватых породах; невозможность бурения обводненных скважин; зна­ чительные затраты времени на продувку после каждого взрыва;

В процессе работы струйными взрывобурами наилучшие резуль­ таты получены при использова­ нии трехкомпонентного взрывного механизма с непрерывной подачей горючего и окислителя и импульс­ ной подачей инициатора. Этот ва­ риант, оказавшийся наиболее удач-

правляющая на мачте

ным, разрабатывали первоначально во ВНИИБТ, а затем его приняли в качестве основного в разработках ЦНИИПодземмаша.

Все взрывобуры в зависимости от схемы подачи ВВ на забой де­ лятся на три группы: с подачей ВВ в центр забоя, на периферию забоя и в центр и на периферию забоя одновременно. В настоящее время разрабатываются аппараты второго типа.

Исследованиями установлено, что оптимальный угол отклонения струи ЖВВ составляет 25°. При этом достигается цилиндрическая форма скважины (220—280 мм) с достаточно ровными стенками. Скорость вращения принята при экспериментах 8 об/мин.

Принципиальная схема станка микровзрывного бурения доста­ точно проста: на раме станка находятся емкости с окислителем, горю­ чим, инициатором и водой, компрессор и гидравлическая аппаратура, обеспечивающая подачу компонентов жидкого ВВ к забою скважины. Трубки с компонентами проходят внутри взрывобура, в нижней части которого находится струйный взрывоаппарат, формирующий заряд на забое скважины. Взрывобур в транспортном положении распола­ гается вдоль оси станка, в рабочем положении — поднят вертикально и опускается при бурении по направляющим опорной мачты. Станок монтируется на мощном автомобиле типа КРАЗ (рис. 203).

Принципиальная схема струйного взрывоаппарата показана на рис. 204, а конструктивная схема взрывобура — на рис. 205. При работе окислитель и горючее вытекают из выходных каналов фор­ сунки непрерывно. В центре взрывоаппарата расположен электро­ магнитный клапан подачи инициатора, частота открытия которого определяет частоту взрывов. Объем единичной порции инициатора 0,1—0,2 см3 . Подпорные клапаны горючего и окислителя исключают подтекание компонентов ВВ при прекращении бурения.

Окислитель и горючее сливаются в общую струю в 20—30 мм от торца взрывоаппарата. Струя ЖВВ направлена под углом к оси взры­ вобура, и заряды формируются на периферии забоя, что повышает эффективность микровзрывов. При горении и взрыве заряда часть ЖВВ теряется, а вся струя от сопла до забоя уничтожается. Участву­ ющее в детонации ЖВВ распределено по забою тонким слоем, скорость детонации в котором невысока. В результате коэффициент использо­ вания потенциальной энергии взрыва при микровзрывном бурении

Критический диаметр смеси 0,7 мм.

Основной недостаток смеси: при температуре свыше 8° С она ин­ тенсивно испаряется с выделением окислов азота.

При последовательном взрывании жидких зарядов с большой час­ тотой порода разрушается вследствие действия ударных волн, газов взрыва и высокой температуры. Высокая температура отрицательно влияет на устойчивость процесса, так как при определенной темпера­

шается. Забуривание в слое нарушенной породы осуществляется при высокой частоте взрывов — 1100 и больше. При таких частотах вели­ чина отдельного заряда 9 см3 и устье скважины получаются доста­ точно устойчивым. Из рис. 206 видно, что для проходки устья сква­ жины необходимо применять минимальный вес зарядов.

При экспериментальном бурении скважины глубиной до 11 м на Первомайском руднике СевГОКа в крепких породах (/ = 18-^17) получены скважины диаметром от 250 до 390 мм при скорости чистого бурения от 16 до 30 м/ч. Удельный расход ЖВВ 0,3—0,5 л/дм3 .

Скорость бурения скважины максимальна при величине заряда 15—17 см3 и зависит от крепости пород (рис. 207). Удельный расход

ВВ уменьшается с увеличением величины заряда (рис. 208), что сви­ детельствует о целесообразности применения максимальных величин заряда при условии устойчивости устья и стенок скважины. В нижней части скважин можно образовывать котлы диаметром 500—600 мм. Для этого уменьшается подача взрывобура на забой, увеличиваются расстояние до забоя и величина заряда.

Промышленные испытания станка ВН-1 для взрывного дробления негабарита на СевГОКе показали, что за 20—50 с происходит разру­ шение негабарита, независимо от его размера и свойств. Была дока­ зана также экономическая целесообразность применения станков ВН-1.

/ = 1 5 - 5 - 1 7

При разработке крупных месторождений (Кривбасса, КМА и др.) для бурения, первичного и вторичного взрывания перспективно использование только таких жидких ВВ .

Для широкого промышленного применения таких станков необ­ ходимо разработать надежную систему газопылеподавления; обеспе­ чить максимальный коэффициент использования ЖВВ в процессе взрыва; уменьшить шум при работе станка; обеспечить надежность работы всех узлов станка.

§ 87. Разрушение пород потоком раскаленных газов

Огневое бурение скважин основано на быстром нагревании по­ верхностного слоя породы раскаленными до температуры 2000° С и выше газами, образующимися в специальных горелках и вылета­ ющими из них со скоростью 2000 м/с и выше. При этом в породе раз­ виваются высокие термические напряжения, вызывающие разрушение породы.Особенно высокая скорость бурения (до 12 м/ч) и сменная про­ изводительность (до 35 м) станков СБО-2, СБО-5 (рис. 209) дости­ гается в кварцсодержащих породах типа неокисленных железистых