CZ417198A3 - Zařízení pro pneumatické dodávání emulzních výbušnin - Google Patents

Abstract

Zařízení pro pneumatické vytlačování emulzní výbušniny do vrtu sestává z tlakové nádoby (2), pro udržování emulní výbušniny pod tlakem, zdroje (1) tlakové vody, zejména z tlakové nádrže pro udržování vody pod tlakem, z výstupu (10) z tlakové nádoby (2), z vodní vstřikovací trysky (14) spojuj ící výstup (10) s výtlačnou hadicí (16) a z potrubí (9), jako je hydraulická hadice, pro dodávání tlakové vody do vodní vstřikovací trysky (14). Způsob dodávání emulzní výbušniny do vitu se provádí tak, že (a) se emulze pneumaticky vytlačuje z tlakové nádoby výstupem, vycházejícím z této tlakové nádoby, (b) se zajišťuje tlaková voda o tlaku alespoň o 68,95 kPa vyšším než je tlak emulzní výbušniny, přičemž se vytváří prstencovitý proud vody kolem emulzní výbušniny, při jejím vytlačování z výstupu, a (c) se dodává emulzní výbušnina z výstupu do vrstu výtlačnou hadicí, přičemž prstencovitý proud vody provádí mazání proudu emulzní výbušniny pří průchodu výtlačnou hadici.

Description

Zanzení pro pneumatické dodávání emulzních výbušnin

Oblast techniky '

K

Vynález se týká zařízení a způsobu pro pneumatické dodávání emulzních výbušnin z tlakové nádoby do vrtu. Zařízení a způsob zejména zahrnují pneumatické vytlačování emulzní výbušniny z tlakové nádoby výtlačnou hadicí do vrtu. Proud emulzní výbušniny procházející výtlačnou hadicí do vrtu se maže vstřikováním prstencovitého proudu tlakové vody mezi vnější povrch emulze a vnitřní povrch výtlačné hadice. Spojení pneumatického vytlačování a vodního vstřikového mazání vytváří bezpečný a jednoduchý systém dodávání emulzní výbušniny do vrtu.

Dosavadní stav techniky

Emulzní výbušniny podle vynálezu sestávají z emulzí vody v oleji, které jsou velice dobře známé ze stavu techniky, jak je například uvedeno v patentovém spisu US 4 931 110. Tyto výbušniny obsahují průběžnou organickou tekutou palivovou fázi, v níž jsou rozptýleny kapičky vodné nebo vodou misitelné fáze solného roztoku anorganického okysličovadla. Výraz „voda voleji“ znamená jakoukoliv vysoce polární, hydrofilní kapalinu nebo taveninu, jako je „voda“ nebo ekvivalentní materiál, přičemž za hydrofobní, nepolární kapaliny jsou považovány „oleje“. Pro vytvoření emulze se používá obvykle emulgátor.

Emulzní výbušniny jsou obvykle tekuté právě po uskladnění při teplotě okolního prostředí, mohou se tedy čerpat z nádrže do obalů nebo do vrtů. Jedním z problémů při čerpání nebo přečerpávání emulzních výbušnin je však vysoká požadovaná úroveň čerpacího tlaku, z důvodu poměrně vysoké viskozity emulzní výbušniny. Jsou však vyžadovány i viskózní emulze, aby byly odolné proti zatečení do prasklin a puklin ve vrtech, dále proti erozním účinkům dynamického působení vody a proti vylekání působením gravitace. když jsou plněny do vrrů. který směřují vzhůru. Pří dosavadních snahách o čerpání poměrné viskózních emulzníeh výbušnin byla vyžadována nákladná, vy soce výkonná čerpadla, která byla schopná vyvinout velkou dopravní výšku. Taková čerpadla a výsledné tlaky nebo potenciální tlaky vytvářejí bezpečnostní problémy při důlních operacích a také mohou vyvolávat destruktivní síly na stabilitu emulze nebo jejích složek.

Jelikož Čerpání emulze s výbušninami zahrnuje vstup dy namické nebo kinetické energie do výbušniny, nastávají průvodní bezpečnostní problémy. Kromě potenciálně vysokého provozního tlaku vyžadovaného pro čerpadlo, čerpadlo běžící proti mrtvé výšce může přidávat značnou energii do čerpaného média. t.j. do emulzní výbušniny, by mohlo způsobit nežádoucí výbuch. Kromě toho. když čerpadlo běží „na sucho. t.j.. když se nečerpá žádná emulze, jakýkoliv zbytkový produkt může mít v praxi značný energetický potenciál v takovém rozsahu, že se může přehřát a může způsobit samočinný výbuch. Proto byly zkonstruovány sofistikované monitorovací a vypínací systémy pro čerpadla a byly zabudovány do různých konkrétních použití při Čerpání emulzníeh výbušnin. Avšak montáž těchto detekčních systémů je nákladná a jejich údržba v provozním režimu je obtížná. Proto existuje potřeba zařízení pro dodávám emulzníeh výbušnin do ντώ. které nezahrnuje použití nákladných vysokotlakých čerpadel.

Podstata vy nálezu

Vynález vytváří zařízeni a způsob, jimiž se může emulzní výbušnina vytlačovat pneumaticky a poměrně za nízkého tlaku z tlakové nádoby výstupem a výtlačnou hadicí. Přidáním vodního vstřikovacího zařízení se vytváří prstencovitý proud kolem vytlačované emulze pro její mazání při průchodu výtlačnou hadicí. Toto zařízení a tento způsob mají následující výhody';

1. Náklady na zařízení tvoří zlomek nákladů na progresivní čerpací zařízeni.

2. Obsluha zařízení je jednodušší a potřeba údržby je nižší než u uvedeného čerpacího zařízení.

3. Toto zařízení je podstatné bezpečnější než uvedené čerpací zařízení, jelikož se zabrání potenciálně vysokým tlakům a teplotám.

4. Toto zařízeníje podstatně tišší při provozu než uvedené čerpací zařízení, což je žádoucí zejména pří použití v podzemí.

Použiti vodního vstřikovacího systému při dodáváni emulzní výbušniny výtlačnou hadicí je známé ze stavu techniky, jak je uvedeno například v patentových spisech US 4 273 147 a 4 615 752. Pomáhá to ke snížení požadavků na Čerpací tlak čerpacího zařízení, za předpokladu, že se udržuje vodní prstenec, Ze stavu techniky však není známé použití takového systému ve spojení s pneumaticky dodávanými emulzními výbušninami. Kombinace pneumaticky ovládané tlakové nádoby pro vytlačováni emulzní výbušniny a vodního vstřikovacího systému pro mazání proudu emulzní výbušniny při průchodu výtlačnou hadicí vytváří synergické (vzájemně působící) výhody tohoto vynálezu. Ne jenom, že se eliminují dynamická rizika při ovládání nákladného čerpacího zařízení, ale vodní vstřikovací systém také umožňuje dodávání emulzní výbušniny za poměrně nízkého výtlačného tlaku, a hlavně za tlaku, který je snadno dostupný u většiny důlních operací.

Tento vynález vytváří zařízení pro pneumatické vytlačování emulzní výbušniny do vrtu. Zařízeni sestává z tlakové nádoby pro udržováni emulzní výbušniny pod tlakem, ze zdroje tlakové vody (zejména nádrže pro udržování vody pod tlakem), z výstupu z nádoby s emulzí. z vodní vstřikovací trysky spojující výstup s vý tlačnou hadici a s potrubím (jako je hydraulická hadice) k dodávání tlakové vody do vodní vstřikovací trysky. Výraz ..emulzní výbušnina, jak je zde použitý, bude také zahrnovat nesenzitizovanou emulzní fázi. Když se emulze vytlačí výstupem do vodní vstřikovací trysky, tlaková voda se vstřikuje jako prstencovitý proud kolem emulzní výbušniny a maže její proud ve výtlačné hadici. Způsobem podle vynálezu se pneumaticky vytlačuje emulzní výbušnina z tlakové nádoby výstupem, vychází z této tlakové nádoby, dále se zajišťuje tlaková voda, jako prstencovitý proud

- 4 kolem emulzni výbušniny. když je vytlačována z tohoto výstupu a do vodní vstřikovací tiysky a emulzni výbušnina se dodává do vrtu výtlačnou hadici, která je spojena s vodní vstřikovací tryskou, přičemž prstene ovitý proud vodv maže proud emulzni výbušniny při jejím průchodu výtlačnou hadicí. Takže zařízení a způsob podle vynálezu vytváří jednoduchou a poměrné nenákladnou cestu dodávání emulzni výbušniny do vrtu, přičemž zařízení a způsob jsou zejména přizpůsobitelné k plnění podzemních vrtů malých průměrů.

Přehled obrázků na vvkrese

Zařízeni bude blíže osvětleno na jediném obr.l. představující jeho zjednodušené schematické znázornění.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení obsahuje zdroj tlakové vody. který· je zejména tvořen vodní tlakovou nádrží i. i když tlaková voda by mohla být dodávána z netlakové nádrže a z čerpadla. Zařízení dále obsahuje tlakovou nádobu 2 s emulzi. Zdroj tlakového nebo stlačeného vzduchu 3. který není znázorněn, dodává tlakový vzduch do vodní nádrže 1 a do tlakové nádoby 2 s emulzí tlakovým regulátorem 4. Zařízení je s výhodou opatřeno neznázoměnými bezpečnostními tlakovými ventily, jak pro vodní nádrž l, tak pro tlakovou nádobu 2. V tlakové nádobě 2 s emulzí je uložena emulzni výbušnina, která se má vytlačovat z nádoby do vrtu. Emulzni výbušnina se pneumaticky vytlačuje z emulzni nádoby tlakem vzduchu nebo plynu. Jestliže pro duhu podmínky není dostupný stlačený vzduch, potom by se molúa například použít nádrž se stlačeným vzduchem nebo dusíkem. Když se otevře kulový ventil U, emulze proudí výstupem LQ a převodníkem 19 do vodní vstřikovací trysky 14. Tlak emulze je monitorován manometrem 12. Vodní vstřikovací tryska 14 je upravena k vytvářeni tenkého prstence tlakové vody kolem proudu emulze vytlačené z výstupu l_0. Tento tenký vodní prstenec kolem vytlačované emulzní výbušniny maže její proud pri průchodu první hadicí 17, spojkou 15 a výtlačnou * hadicí 16. *

Voda se dodává do vodní vstřikovací trysky 14 pneumaticky z vodní nádrže I potrubím 9. Voda zejména prochází vodním filtrem 5. převodníkem 18, otevřeným kulovým ventilem 7 a průtokomérem 8,

Tlak vody dodávaný do vodní vstřikovací trysky 14 se rovná nebo je vyšší než — tlak emulze. Tlak vody se zejména udržuje na úrovni alespoň o 68,95 kPa (10 psi) vyšší než je tlak emulze. Tento požadavek tlaku byl shledán jako nezbytný pro udržení integrity mazacího prstence z vody. Tlakový rozdíl mezi tlakem emulze a vody se může měnit v závislosti na reologii emulze. Vstřikování vody je významným aspektem vynálezu, jelikož se tak provádí mazání proudu emulze pri jejím průchodu výtlačnou hadici a udržuje se požadavek vytlačovacího tlaku na přijatelně nízké úrovni. Vstřikováni vody by mělo probíhal těsně u výstupu z tlakové nádoby s emulzí, pro udržování co nejnižšího vytlačovacího tlaku.

Další cestou k udržováni nízkého vytlačovacího tlaku je udržování vnitřního průměru výstupu 10. vodní vstřikovací trysky U a první hadice 17 co největší, zejména kdy ž výtlačná hadice 16 musí mít zmenšený průměr v takovém řádu, aby se mohla zasunout do vrtů menšího průměru. Kromě toho, délka tohoto sníženého průměru by měla být minimalizována na délku nezbytnou pro naplněni vrtu o dané hloubce. Spojka 15 je převáděcí tvarový kus. zejména určený k postupnému snižování průměru průřezu vytlačovaného proudu emulze a prstencovité vrstvy vody z vnitřního průměru první hadice 17 na snížený vnitřní průměr výtlačné ' hadice 16. Zejména vnitřní konec spojky 15 je spojen s větším průměrem první hadice 17 a vnější konec je spojen s menším průměrem vý tlačné hadice 16. za účelem udržeiú co nejmenšíeh vnitřních přechodových povrchů a rozměrů tak, aby byla udržena integrita vodního prstence. Tato všechna nejrůznéjší uspořádání jsou určena ke snížení třecí síly na vytlačované emulzi a k udržováni integrity vodního prstence tak, aby vytlaeovaeí tlak byl udržován na přijatelně nízké úrovni.

- 6 Výběr příslušných součástí tohoto zařízení je možný v rámci schopností odborníka v tomto oboru. Vodní nádrž .1 a tlaková nádoba 2 s emulzi musí být schopné vydržet tlak. a jsou zejména vyrobeny z nerezové oceli. Například pro malé průměry k použití v podzemí, by vodní nádrž I měla mít kapacitu 37,85 litrů (10 galonů) a tlaková nádoba 2 s emulzí 752.74 kg (1600 liber). Voda je zejména vstřikována v poměru asi 5°o nebo nižším k hmotnosti vMlaěované emulze, a ve výhodnějším provedení v poměru asi 3°o nebo nižším. Voda může být nahrazena solným roztokem okysličovadla nebo jiným vodným roztokem, známým ze stavu techniky. Například, přítomnost povrchově aktivního činidla ve vodném roztoku může zvýšit mazivost vodního prstence a pomáhá udržovat vodní prstenec během vypínacích cyklů. Výraz „voda, jak je zde použit bude zahrnovat takové vodné roztoky. Nejrůznější ventily, potrubí, hadice, průrokomerv a tlakové regulátory mohou být standardní, skladové položky. Vodní vstřikovací tryska může mít konstrukci běžně používanou ve stavu techniky. Vnitřní povrchy spojky 15 a výtlačné hadice 16 by měly být hladké pro udrženi integrity prsíencovitého vodního proudu. Přestože je výtlačná hadice 16 pružná, musí mít dostatečný stupen tuhosti. aby mohla být zasunuta do vrru.

Jestliže je v dole zdroj tlakového vzduchu, alespoň 551,6 kPa (80 psi) nebo více. potom se může takový zdroj tlaku snadno použít k natlakováni vodní nádrže a tlakové nádoby s emulzí. U emulze, která má standardní viskozitu asi 14 000 centipoise Jednotka dynamické viskozity) a výtlačné hadice 16. která má vnitrní průměr asi 19 nun (0,75 palce), by tlak v tlakové nádobě s emulzí musei být asi 551.6 kPa (80 psi) nebo více, a tlak vody by měl být odpovídajícím způsobem zejména asi 620,5 kPa (90 psi) nebo více. Tyto parametry vytvoří průtok asi 38.5 kg (85 liber) emulze za minutu a asi 1.13 kg (2,5 libry) vody za minutu. Těchto parametrů a rozměrů zařízení se může dosáhnout jednotlivě nebo v nejruznějších kombinacích pro vytvoření požadovaného rozsahu průtoku. Teplota vody a emulze může být jako teplota okolí.

- 7 Příklad I

Byl prováděn test. píi kterém byla tlaková nádoba natlakována na 551.6 kPa (80 psi) a vodní nádrž byla natlakována na 620.5 kPa (90 psi). Zařízeni bylo * použito k naplnění vrtů ve štole, které obsahovaly asi 55 děr. hlubokých 3.648 m (12 stop) a o průměru 44 mm (1.75 palců), emulzí o viskozitě 14 000 eentipoise.

Výstup z tlakové nádoby s emulzí, vodní vstřikovací tiyska a pivní hadice měly vnitřní průměr 25.4 mm (1 palec). První hadice byla z pružné gumy o délce 7.6 metru (25stop), Výtlačná hadice byla z pružné gumy. měla vnitřní průměr 19 mm (0.75 palce) a délku 4.56 m (15 stop). Naplnění každé díry trvalo asi 5 až 7 sekund, pří rychlosti. která je srovnatelná s progresivním čerpacím zařízením. Po ukončení naplnění, byl zbývající materiál v hadici vytlačen tlakovou vodou.

Operace plnění emuizní tekutiny do vrtů byla jednoduchá, přímá a tichá, ve srovnání s uvedeným čerpacím zařízením.

Příklad 2

Byl prováděn test. při kterém byla tlaková nádoba natlakována na 241,3 kPa (35 psi) a vodní nádrž byla natlakována na 379.2 kPa (55 psi). Emuizní výbušnina měla viskozitu 14 000 eentipoise. Výstup z tlakové nádoby s emulzí, vodní vstřikovací tryska a pivní hadice měly vnitřní průměr 25.4 mm (1 palec).

První hadice byla z pružné gumy o délce 9,12 metru (30 stop). Výtlačná hadice byb z pružné gumy, měla vnitřní průměr 19 mni (0,75 palce) a délku 5,16 m (17 stop). Rychlost plnění emulze byla 49.9 kg (110 liber) za minutu, což je srovnatelná s dosažitelnou rychlost: plnění progresivním čerpacím zařízením.

Během operace pinč tú docházelo periodicky k přerušeni nebo vypínání po dobu 15 až 20 minut bez přetržení vodního prstence, který stále zajišťoval mazání po opětném zahájeni vytlačovacího procesu.

Jak již bylo naznačeno, výraz „emuizní výbušnina bude iake zahrnovat nesenzitizovanou emulz.ni fázi, která může být senzitizována po vyllačení z tlakové nádoby s emulzí přidáním chemických přísad pro vyvíjení plynu nebo řízením objemové hustoty , jak je známo ve stavu teclinikv.

- 8 I když byl tento vynález popsán s odkazem na určité zobrazené příklady a přednostní provedení. budou pro odborníky v oboru zřejmé nejrůznější modifikace, přičemž se předpokládá. že všechny tyto modifikace jsou v rámci rozsahu vynálezu, jak je stanoveno v přiložených nárocích.

Claims (6)

1. PATEK ΐO YE \A R O ΚY <

   >

   1. Zařízení pro pneumatické vstřikování emulzní výbušniny clo vitu.

   vyznačující se t i m. že sestává (a) z tlakové nádob} pro udržování emulzní výbušnin}' pod tlakem opatřené výstupem, kterým může být etnulzní výbušnina pneumaticky vytlačována.

   (b) z vodní vstřikovací trysky spojené s výstupem, pro vyrváření prstencovitého proudu tlakové vody kolem emulzní výbušniny.

   (c) ze zdroje tlakové vody k dodáváni tlakové vody do vodní vstřikovací trysky pod tlakem alespoň o 68,95 kPa (10 psi) vyšší než je tlak emulzní výbušniny a (d) z výtlačné hadice vystupující z vodní vstřikovací trysky pro dodávání emulzní výbušniny z tlakové nádoby s emulzí do vrtu, přičemž prstencovitý proud tlaková vody provádí mazání proudu emulzní výbušniny při průchodu výtlačnou hadicí.
2. 2. Zařízení podle nároku l. vyznačující se t í m. že zdroj tlakové vodv sestává z tlakové vodní nádrže a potrubí vedoucího z této vodní nádrže do vodní vstřikovací trysky.
3. 3. Zařízení podle nároku l. vyznačuj í c i se t í m. že vnitřní průměr výtlačné hadice je menši než vnitrní průměr výstupu a vodní vstřikovací tiyskv.

   přičemž výtlačná hadice je spojena s vodní vstřikovací ryskou spojkou, j uspořádanou k nepřeruš ovánému udržování prstencovitého proudu vod} kolem proudu emulzní výbušnin} .
4. 4. Zařízení podle nároku 3. vyznačující se t í m, že mezi vodní vstřikovací tryskou a spojkou je uspořádána první hadice.

   - ΙΟ
5. 5. Způsob dodávání emulzní výbušniny do vrtu. v y z n a č u j i c í se t i m, že (a) se emulze pneumaticky vvtlacuje z tlakové nádoby výstupem vycházejícím z této tlakové nádoby, (b) se zajišťuje tlaková voda o tlaku alespoň o 68,95 kPa (10 psi) vyšší než je tlak emulzní výbušniny, přičemž se vytváří prstencovirý proud vody kolem emulzní výbušniny, při jejím vytlačování z výstupu, a (c) se dodává emulzní výbušnina z výstupu do vrtu výtlačnou hadicí.

   přičemž prstencovitý proud vody provádí mazání proudu emulzní výbušniny při průchodu výtlačnou hadicí.
6. 6. Způsob podle nároku 5, vy zn a č uj í c í se t í m. že průměr výtlačné hadice je menší než průměr výstupu,