CC BY
29
© A.B. Лешинский, Е.Б. Шсвкун, 2013
УДК 622.271: 622.235
А.В. Лешинский, Е.Б. Шевкун
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАКЛИНИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЩЕБНЯ В КОМБИНИРОВАННОЙ ЗАБОЙКЕ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН
Для определения заклинивающей способности щебня различного размера при заклинивании им закладного элемента в виде бетонного конуса проведен лабораторный эксперимент. Выяснено, что независимо от относительной высоты бетонного конуса высота заполнения пространства щебнем между бетонным конусом и стенкой скважины зависит от среднего размера его кусков. Лучшей заклинивающей способностью обладают куски щебня крупных размеров. Ключевые слова: забойка, скважина, мелкий щебень, буровой шлам.
Забойка играет существенную роль в работе взрыва: обеспечивает выделение наибольшего количества энергии взрыва данного заряда; повышает степень использования энергии взрыва на дробление увеличением продолжительности импульса взрыва, а также предотвращает опасный разброс кусков породы в процессе истечения газов взрыва через устье скважины. Экспериментальными исследованиями различных авторов установлено, что рациональная длина забойки зависит от многих факторов, характеризующих свойства взрывчатого вещества (ВВ) и забоечного материала, конструкции заряда, а также среды, в которой производится взрыв. В связи с этим рекомендации по выбору длины забойки весьма противоречивы.
Широко применяемые засыпные забойки из инертных материалов эффективны при большой их длине (до 20-30 диаметров заряда). Такая длина неизбежно приводит к увеличению негабарита из зоны нерегулируемого дробления. Общеизвестно, что с увеличением времени запирания продуктов детонации в зарядной полости по-
вышается доля энергии, используемой на дробление горных пород. Поэтому, с точки зрения использования энергии взрыва, наиболее эффективны укороченные забойки с увеличенным сопротивлением выбросу из скважин.
В качестве забойки взрывных скважин нами предложена комбинированная засыпная забойка с закладным элементом, выполненным в виде распорного бетонного конуса, между монолитным конусом и стенками скважины размещен щебень (патент РФ на изобретение № 246688). Для определения заклинивающей способности щебня различной крупности при засыпке им закладного элемента в виде бетонного конуса проведен лабораторный эксперимент.
На первом этапе определялась заклинивающая способность щебня различных фракций. В качестве имитатора скважины использовалась прозрачная труба внутренним диаметром 100 мм (рис. 1, а). В трубу на шнуре опускались два полых усеченных конуса, во внутреннюю полость верхнего конуса засыпался щебень, который через отверстия в его обечайке пересыпался в полость
я*
И
а б в г
Рис. 1. Определение заклинивающей способности щебня различных фракций:
а - оборудование для эксперимента и начало засыпки щебня; б - фракция 10-25 мм; в -фракция 5-10 мм; г — фракция 10-25 мм
между конусами и стенкой скважины. Диаметр большего основания конусов на 2 мм меньше внутреннего диаметра трубы. Конусы опускались в скважину на глубину 2,0-2,5 ее диаметра.
Засыпка из щебня фракции 10-25 мм заклинила конусы в скважине, которые не проваливались даже под уложенной на них нагрузкой 4 кг (рис. 1, б).
Щебень фракции 5-10 мм заклинился в скважине, но проваливался вниз под нагрузкой 2 кг (рис. 1, в). Щебень фракции 0-5 мм также заклинился в скважине, но проваливался вниз под нагрузкой 1 кг (рис. 1, г).
Исходя из результатов проведенного лабораторного эксперимента, можно сделать вывод, что чем больше размер кусков щебня относительно диаметра скважины, тем лучше он в ней заклинивается.
На втором этапе эксперимента определялись оптимальные размеры кусков щебня, используемого для заклинивания бетонных закладных элементов конической формы комбинированной забойки.
В качестве имитатора взрывной скважины использовались прозрачные
трубы внутренним диаметром 110 мм (рис. 2, а), а бетонные закладные элементы конической формы были изготовлены с диаметром основания ^ = 100 мм и высотой 2 диаметра.
Засыпка распорных конусов осуществлялась фракциями щебня разных размеров, причем в каждой фракции отклонение размеров кусков от среднего размера составляла ± 20 %.
Например, на рис. 2 представлены результаты засыпки распорного конуса различной высоты щебнем фракции 25-35 мм со средним размером 29 мм. Как эксперимент, так и расчеты показывают, что заполнение пространства между распорным конусом различной высоты и стенками взрывной скважины происходит только в верней части, а высота заполнения зависит от крупности кусков щебня и не зависит от относительной высоты распорного конуса.
Мелкий щебень занимает большее пространство между распорным конусом и стенками скважины, плотнее упаковывается. Однако по мере уменьшения диаметра конуса к его вершине количество кусков щебня ме-
а б в
Рис. 2. Засыпка закладного элемента конической формы щебнем фракции 25-35 мм со средним размером 29 мм: а - высотой 2<^ б - высотой 3,5<^ в - высотой 5d
жду распорным конусом и стенкой скважины на одном уровне увеличивается до 2-3 и более, что резко снижает его заклинивающую способность.
По окружности скважины щебень распределяется довольно неравномерно. Это объясняется, во-первых, наличием наиболее крупных кусков, заклинивающихся в верхней части зазора между конусом и стенками сква-
жины и не пропускающих другие куски в нижнее пространство. Во-вторых, ось закладного элемента может сместиться относительно продольной оси скважины, что затрудняет поступление кусков щебня со стороны сближения осей.
Таким образом, в результате проведенных исследований можно сделать вывод о том, что независимо от
Рис. 3. Схема засыпки закладного элемента конической формы щебнем различных фракций: а - схема для расчета размера среднего куска фракций; б — расчетная схема для определения объема отдельных засыпаемых фракций щебня
относительной высоты закладного элемента высота засыпки щебнем зависит от среднего размера его кусков. Поскольку в результате экспериментов выявлено, что лучшей заклинивающей способностью обладают куски щебня крупных размеров, то предлагается засыпку щебнем выполнять следующим образом. Для повышения газонепроницаемости засыпки в нижнюю треть пространства между распорным конусом и стенками скважины сначала засыпать буровой шлам (рис. 3, а). Затем засыпать фракцию щебня со средним размером кусков относительного размера ¿/О = 0,25, а сверху засыпать фракцию щебня со средним размером кусков относительного размера ¿к/О = 0,5.
На практике при засыпке щебня различных фракций по высоте распорного конуса необходимо знать объем каждой фракции. На рис. 3, б приведена расчетная схема для опре-
деления объема каждой засыпаемой фракции щебня.
Высота нижней части пространства между закладным элементом и стенками скважины, засыпаемой буровым шламом, Ьн определяется выражением:
К - ,
н О
где — dк — средний размер кусков щебня; О - диаметр взрывной скважины; К — высота конического закладного элемента.
Объем промежуточной фракции щебня, нижние куски которой находятся на высоте Кн, а верхние куски достигают высоты Ьв, определится как разность объема цилиндра диаметром О и высотой Ьв — Ьн и объема усеченного конуса этой же высоты: Объем цилиндра Уц равен:
V (ь„ - К),
а объем усеченного конуса VK определится из зависимости:
V = -
jdl - d2) 12
(К - К).
В свою очередь диаметр ¿н, находящийся в горизонтальном сечении распорного конуса на высоте Ьн, можно записать следующим выражением:
d„ =
d (h - Ьн )
h
а диаметр ¿в, находящийся в горизонтальном сечении распорного конуса на высоте Ив, выразится зависимостью:
в (ь - ьв)
d„ =■
h
Объем засыпки У3 данной фракции щебня определится следующим образом:
*( Ьв - Ьн )
V = V. - V, =■
4
D2--
((h - Ьн )2 - Результа-
3Ь2
(ь - Ьв))) .
ты проведенных лабораторных исследований были проверены при проведении массового взрыва в карьере ОАО «Корфовский каменный карьер». Закладной элемент в скважине 1 диаметром 130 мм (рис. 4) был закли-
нен щебнем фракции 10—25 мм, в скважинах 2 и 3 закладные элементы заклинены щебнем средним размером 60 мм, забойка в 4 скважине выполнена из бурового шлама.
На рис. 5 представлена видеограмма начала взрыва в скважинах 14. Через 40 мс после начала взрыва виден выброс забоечного материала из скважин 1 и 4, в то время как в скважинах 2 и 3, где распорные конусы заклинены крупных щебнем, выброс забоечного материала не наблюдается.
Таким образом, в результате проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
• независимо от относительной высоты закладного элемента высота засыпки щебнем зависит от среднего размера его кусков.
• лучшей заклинивающей способностью обладают куски щебня крупных размеров,
• в нижнюю треть пространства между распорным конусом и стенками скважины предлагается сначала засыпать буровой шлам. Затем засыпать фракцию щебня со средним размером кусков относительного размера df/D = 0,25, а сверху засыпать фракцию щебня со средним размером кусков относительного размера d^/D = 0,5. гггге
2
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Лещинский Александр Валентинович - профессор, доктор технических наук, Шевкун Евгений Борисович - профессор, доктор технических наук Тихоокеанский государственный университет, тел./факс: (4212) 37-52-02
_Д
