PL239058B1 - Sposób odgazowania pokładów zwłaszcza węgla - Google Patents

Abstract

Sposób odgazowania pokładu węgla charakteryzuje się tym, że do otworu wiertniczego wykonanego w pokładzie węgla wprowadza się ładunek kolumnowy, zawierający co najmniej dwa naboje kumulacyjne z materiałem wybuchowym połączone ze sobą poprzez wypustki i gniazda w ten sposób, że do naboju kumulacyjnego materiału wybuchowego o obudowie (1) w kształcie obustronnie zamkniętego walca zawierającego wewnątrz obudowy (1) materiał wybuchowy ograniczony na całej wysokości ścianami obudowy (1) i przegrodą (2) o kącie α od 45° do 60° w postaci wkładki akumulacyjnej oraz posiadający na powierzchni czołowej co najmniej trzy wypustki, a na powierzchni tylnej co najmniej trzy gniazda, przy czym ilość i rozmieszczenie gniazd jest tożsame z ilością i rozmieszczeniem wypustek, gdzie kształt wypustek jest dopasowany do kształtu gniazd, przyłącza się kolejny nabój kumulacyjny o tej samej budowie poprzez dopasowanie powierzchni czołowej i powierzchni tylnej naboju, przy czym kolejne naboje ładunku są ułożone w ten sposób, że ich przegrody (2) są w jednej osi lub przegrody (2) są wzajemnie obrócone, i poddaje detonacji znanymi sposobami.

Description

Przedmiotem wynalazku sposób odgazowania pokładów zwłaszcza węgla.

Znane ładunki kumulacyjne składają się z trzech elementów, obudowy scalającej elementy ładunku kumulacyjnego tj., materiału wybuchowego oraz stożkowej lub sferycznej wkładki kumulacyjnej. W tego typu konstrukcjach masa materiału wybuchowego ściśle wypełnia przestrzeń pomiędzy obudową a wkładką kumulacyjną. Kształt tej ostatniej, materiał z którego została wykonana oraz rodzaj materiału wybuchowego decydują o kształcie i parametrach fizyko-mechanicznych niszczącego otoczenie strumienia kumulacyjnego bądź uformowanego z wkładki pocisku.

Konstrukcje ładunków kumulacyjnych, w tym ładunków polimerowych, umożliwiają przebijanie, cięcie dowolnej materii bądź tłoczenie oraz łączenie metali. Zasięg niszczącego działania wybuchu, zależy od jego masy uformowanego wkładką materiału wybuchowego oraz masy materiału z którego wykonaną wkładkę oraz jej kształtu nadającemu kierunek strumieniowi kumulacyjnemu. Nadanie kierunku strumieniowi kumulacyjnemu, poprzez stożkowe, sferyczne bądź klinowe uformowanie kształtu materiału wybuchowego jest znane. Brak jest powszechnie stosowanych nabojów materiałów wybuchowych nie będących mieszaninami materiału wybuchowego z polimerami, których kształt byłby zbliżony do kształtu ładunku kumulacyjnego.

W górnictwie wykonywanych jest szereg prac, których celem jest zmiana własności mechanicznych ośrodka skalnego. W przypadku konieczności intensywnego zeszczelinowania skały w otoczeniu otworu strzałowego o zasięgu większym od zasięgu jaki uzyskuje się w wyniku zastosowania typowych konstrukcji ładunków strzelniczych należy zastosować ładunki kumulacyjne. Zastosowanie nabojów materiału wybuchowego o konstrukcji ładunku kumulacyjnego zwiększa zasięg strefy spękań i nadaje jej oczekiwany kierunek.

Znany jest z RWU056030 nabój do strzelań obrysowych i gładkościennych znajdujący zastosowanie w otworach strzałowych, zwłaszcza w górnictwie. Nabój charakteryzuje się tym, że materiał wybuchowy zawierający od 0,1-2,0% wagowych mączki guarowej umieszczony jest w tulei zamkniętej z jednej strony korkiem wspartym na zwinięciu tulei. Z drugiej strony na tuleję nasunięty jest łącznik z przegrodą w środku, dzielącą łącznik na dwie równe części. Wszystkie elementy otoczki naboju wykonane są z tworzywa sztucznego.

Znany jest z PL224305 ładunek kumulacyjny charakteryzujący się tym, że zawiera obudowę, w której osadzona jest wkładka kumulacyjna i tuleja. W tulei umieszczony jest zasadniczy ładunek materiału wybuchowego, natomiast pomiędzy tuleją a obudową pomocniczy ładunek materiału wybuchowego. Z kolei pokrywa posiada w środkowej części łącznik z otworami wypełnionymi materiałem wybuchowym, w którym umieszczony jest detonator z zapalnikiem. Pokrywa posiada również materiał wybuchowy inicjujący w kształcie pierścienia stożkowego z otworem i zaokrąglonego na końcach, który przylega do zasadniczego ładunku materiału wybuchowego, pomocniczego ładunku materiału wybuchowego oraz poprzez materiał wybuchowy do detonatora.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu, który w sposób szybki i modułowy umożliwiał dokonanie odgazowania kierunkowego pokładu zwłaszcza węgla.

Istotą wynalazku jest sposób odgazowania pokładu węgla, w którym do otworu wiertniczego wykonanego w pokładzie węgla wprowadza się co najmniej jeden ładunek wybuchowy złożony z co najmniej dwóch nabojów kumulacyjnych o zorientowanym kierunku działania, mających obudowę w kształcie obustronnie zamkniętego walca, zawierających wewnątrz obudowy materiał wybuchowy ograniczony na całej wysokości ścianami obudowy, który następnie poddaje się detonacji znanymi metodami charakteryzuje się tym, że ładunek kolumnowy zawiera pustkę o kształcie wycinka walca o kącie α od 450 do 600 oraz posiada na powierzchni czołowej co najmniej trzy wypustki a na powierzchni tylnej co najmniej trzy gniazda, przy czym ilość i rozmieszczenie gniazd jest tożsame z ilością i rozmieszczeniem wypustek, gdzie kształt wypustek jest dopasowany do kształtu gniazd, które to naboje łączy się ze sobą w sposób szeregowy za pomocą wypustek i odpowiadających im gniazd znajdujących się na obudowach tych naboi, jednocześnie odpowiednio dopasowując powierzchnię czołową naboju pierwszego do powierzchni tylnej naboju następnego i zachowując warunek, by ich przegrody były ułożone w jednej osi lub by ich przegrody były obrócone względem siebie o kąt nie mniejszy niż 60°. Korzystnie stosuje się naboje wykonane z materiału antystatycznego korzystnie papieru lub tworzywa sztucznego. Korzystnie stosuje się naboje, które posiadają na powierzchni czołowej wypustkę centralną o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy. Korzystnie stosuje się naboje, które

PL 239 058 B1 posiadają na powierzchni tylnej gniazdo centralne o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy. Korzystnie stosuje się naboje, w których wypustki i gniazda rozmieszczone są w równej odległości od środka okręgu powierzchni czołowej i tylnej obudowy. Korzystnie stosuje się naboje, w których ilość wypustek i gniazd jest identyczna i zależna od wielkości i kształtu przekroju poprzecznego każdego naboju.

Poszczególne naboje można łączyć ze sobą modułowo, w dowolnej ilości. Obudowa naboju umożliwia szybkie i trwałe ich łączenie za pomocą systemu wypustek i odpowiadających im gniazd, umożliwiające jednocześnie uzyskiwanie wielu kombinacji połączeń gniazd i wypustek nabojów z możliwością ich osiowego obrotu o zadany kąt w trakcie łączenia kolejnych nabojów.

Aktywna profilaktyka tąpaniowa poprzez ukierunkowane zeszczelinowanie warstwy wstrząsogennej bądź pokładu węgla w obszarze koncentracji naprężeń/energii daje możliwość wykonania serii otworów strzałowych w których umieszcza się ładunek kolumnowy z nabojów o zorientowanym kierunku działania wybuchu, co powoduje zniszczenie struktury skały akumulującej naprężenia/energię o znacznie większym zasięgu niż klasyczne ładunki kolumnowe. W ten sposób uzyskuje się obniżenie poziomu zagrożenia sejsmicznego i tąpaniami w wybranym obszarze górotworu naruszanego bądź naruszonego eksploatacją górniczą.

Wyprzedzający eksploatację drenaż metanu z pokładu węgla w wyniku zeszczelinowania pokładu węgla o dużej metanonośności jest warunkiem jego odmetanowania w złożu. Odpalenie serii otworów strzałowych, w których umieszczono ładunek kolumnowy z nabojów o zorientowanym kierunku działania wybuchu powoduje ukierunkowane kolejnymi nabojami w kolumnie zniszczenie struktury węgla o znacznie większym zasięgu niż klasyczne ładunki kolumnowe. Jednoczesne odpalenie serii tego typu otworów, w których kolejne naboje wg. zaproponowanej konstrukcji są wzajemnie osiowo obrócone na ich łączeniu o zadany kąt w taki sposób, że strefy ich kumulacyjnego działania wybuchu nie pokrywają się, natomiast znacznie zwiększają zasięg spękań. Opracowanie metryki strzałowej, w której kolejne otwory będą niszczyć strukturę pokładu w wybranych obszarach spowoduje jego intensywne odmetanowanie zarówno w fazie po strzelaniu jak i w fazie oddziaływania na zniszczony i niezniszczony takim strzelaniem fragment pokładu pod wpływem ciśnień eksploatacyjnych.

Nabój według wynalazku zapewnia stałą masę materiału wybuchowego, co gwarantuje porównywalną energię wybuchu oraz wytrzymałość i sztywność niezbędną dla jego bezpiecznego transportu i manewrowania nabojem w otworze strzałowym. Tak przedstawiona konstrukcja pozwala na trwałe i ścisłe przyleganie nabojów w otworze tzn. bez pustek między kolejnymi nabojami oraz szybkie łączenie nabojów w sposób umożliwiający zadanie kierunkowego działania efektu jego wybuchu, niezależnie od jego położenia w otworze strzałowym, w tym możliwości wzajemnego obrotu o zadany kąt, kolejno łączonych nabojów. Zastosowanie ładunków pozwala uzyskać asymetryczne strefy intensywnego spękania skały w otoczeniu otworu strzałowego. Zasięg takich stref w kierunku normalnym i równoległym do osi otworu jest zależny od własności mechanicznych skał w otoczeniu otworu strzałowego, masy naboju, jego długości oraz kąta rozwarcia wycinka przekroju masy materiału wybuchowego w naboju nadającemu kierunkowość strumieniowi gazów postrzałowych.

Łączenie kolejnych nabojów modułowych kumulacyjnych, w zależności od wzajemnego położenia pustki w naboju pozwala na wytworzenie obszarów silnej destrukcji pokładu węgla. W wyniku wybuchu poszczególnych nabojów ładunku w pokładzie wytworzona zostanie ukierunkowana strefa spękań wzdłuż osi otworu bądź wokół otworu strzałowego w postaci spirali bądź w kształcie fragmentu spirali. Wytworzona strefa spękań w wyniku wybuchu naboju ma zwiększony zasięg spękań, w porównaniu do uzyskanego wybuchem standardowego naboju materiału wybuchowego.

Stosowanie ładunków materiału wybuchowego zbudowanego z nabojów modułowych kumulacyjnych materiału wybuchowego pozwala zwiększać efektywność odmetanowania/odgazowania pokładu poprzez wydłużenie w czasie procesu pękania węgla pokładu, co jest warunkiem niezbędnym dla desorbcji zawartego w nim metanu/gazu.

Wynalazek został uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 ujawnia obudowę z wpustami, fig. 2 - budowę naboju, fig. 3 - obudowę z wypustami do modułowego łączenia nabojów, a fig. 4 - zestawienie naboi do odgazowania pokładu do przeprowadzenia sposobu.

P r z y k ł a d I. Modułowy nabój kumulacyjny materiału wybuchowego wykonany z tworzywa sztucznego elektrostatycznego ma obudowę w kształcie obustronnie zamkniętego walca. Wewnątrz obudowy 1 zawiera materiał wybuchowy 3 ograniczony na całej wysokości ścianami 6 obudowy 1 i pustką 2 o kształcie wycinka walca i kącie α 60°, oraz posiada na powierzchni czołowej 9 trzy wypustki 4 a

PL 239 058 B1 na powierzchni tylnej trzy gniazda 5, przy czym rozmieszczenie gniazd 5 jest tożsame z rozmieszczeniem wypustek 4, a kształt wypustek 4 jest dopasowany do kształtu gniazd 5. Nabój posiada na powierzchni czołowej 9 wypustkę centralną 7 o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy 1. Średnica wypustki centralnej 7 o kształcie koła 7 ma średnicę 1 cm. Nabój posiada na powierzchni tylnej 10 gniazdo centralne 8 o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy 1. Gniazdo centralne 8 i wypustka centralna 7 są dopasowane do siebie. Wypustki 4 i gniazda 5 rozmieszczone są w równej odległości od środka okręgu powierzchni czołowej 9 i tylnej 10 obudowy. Poszczególne naboje obracają się o kąt 60%.

Sposób odgazowania pokładu węgla polega na tym, że do otworu wiertniczego wykonanego w pokładzie węgla wprowadza się ładunek kolumnowy zawierający dwa naboje kumulacyjne o budowie jak powyżej. Naboje połączone są ze sobą poprzez dopasowanie i dociśnięcie powierzchni czołowej 9 jednego naboju i powierzchni tylnej 10 drugiego naboju, przy czym kolejne naboje ładunku ułożone w ten sam sposób, tak że ich przegrody są w jednej osi i poddaje detonacji znanymi sposobami. Detonacja następuje poprzez stosowanie zapalników elektrycznych, lontu detonacyjnego.

P r z y k ł a d II. Modułowy nabój kumulacyjny materiału wybuchowego wykonany z sztywnego papieru, ma obudowę w kształcie obustronnie zamkniętego walca. Wewnątrz obudowy 1 zawiera materiał wybuchowy 3 ograniczony na całej wysokości ścianami 6 obudowy 1 i pustką 2 o kształcie wycinka walca i kącie α 45°, oraz posiada na powierzchni czołowej 9 cztery wypustki 4 a na powierzchni tylnej cztery gniazda 5, przy czym rozmieszczenie gniazd 5 jest tożsame z rozmieszczeniem wypustek 4, a kształt wypustek 4 jest dopasowany do kształtu gniazd 5. Nabój posiada na powierzchni czołowej 9 wypustkę centralną 7 o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy 1. Średnica wypustki centralnej 7 o kształcie koła 7 ma średnicę 1,5 cm. Nabój posiada na powierzchni tylnej 10 gniazdo centralne 8 o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy 1. Gniazdo centralne 8 i wypustka centralna 7 są dopasowane do siebie. Wypustki 4 i gniazda 5 rozmieszczone są w równej odległości od środka okręgu powierzchni czołowej 9 i tylnej 10 obudowy. Poszczególne naboje obracają się o kąt 45°.

Sposób odgazowania pokładu węgla polega na tym, że do otworu wiertniczego wykonanego w pokładzie węgla wprowadza się ładunek kolumnowy zawierający siedem naboi kumulacyjnych o budowie jak powyżej. Naboje połączone są ze sobą poprzez dopasowanie i dociśnięcie powierzchni czołowej 9 jednego naboju i powierzchni tylnej 10 drugiego naboju, i tak kolejno każdy z naboi. Kolejne naboje ładunku sa wzajemnie obrócone i ułożone w ten sam sposób że ich przegrody 2 są obrócone w stosunku do siebie o 45° w osi naboju, i poddaje detonacji znanymi sposobami. Detonacja następuję poprzez detonatory.

P r z y k ł a d III. Modułowo, nabój kumulacyjne materiału wybuchowego wykonany z elektrostatycznego tworzywa sztucznego dopuszczonego do warunków atmosfery wybuchowej ma obudowę w kształcie obustronnie zamkniętego walca. Wewnątrz obudowy 1 zawiera materiał wybuchowy 3 ograniczony na całej wysokości ścianami 6 obudowy1 i pustką 2 o kształcie wycinka walca i kacie α 60°, oraz posiada na powierzchni czołowej 9 osiem wypustek 4 a na powierzchni tylnej osiem gniazd 5, przy czym rozmieszczenie gniazd 5 jest tożsame z rozmieszczeniem wypustek 4, a kształt wypustek 4 jest dopasowany do kształtu gniazd 5. Nabój posiada na powierzchni czołowej 9 wypustkę centralną 7 o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy 1. Średnica wypustki centralnej 7 o kształcie koła 7 ma średnicę 2 cm. Nabój posiada na powierzchni tylnej 10 gniazdo centralne 8 o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy 1. Gniazdo centralne 8 i wypustka centralna 7 są dopasowane do siebie. Wypustki 4 i gniazda 5 rozmieszczone są w równej odległości od środka okręgu powierzchni czołowej 9 i tylnej 10 obudowy. Poszczególne naboje obracają się o kat 60%.

Sposób odgazowania pokładu węgla polega na tym, że do otworu wiertniczego wykonanego w pokładzie węgla wprowadza się ładunek kolumnowy zawierający dwadzieścia naboi kumulacyjnych o budowie jak powyżej. Naboje połączone są ze sobą poprzez dopasowanie i dociśnięcie powierzchni czołowej 9 jednego naboju i powierzchni tylnej 10 drugiego naboju, i tak kolejno każdy z naboi. Kolejne naboje ładunku są wzajemnie obrócone i ułożone w ten sam sposób, tak że ich przegrody 2 są obrócone w stosunku do siebie o 90° w osi naboju, i poddaje detonacji znanymi sposobami. Detonacja następuje poprzez detonatory.

PL 239 058 B1

Claims (6)

1. Sposób odgazowania pokładu węgla, w którym do otworu wiertniczego wykonanego w pokładzie węgla wprowadza się co najmniej jeden ładunek wybuchowy złożony z co najmniej dwóch nabojów kumulacyjnych o zorientowanym kierunku działania, mających obudowę w kształcie obustronnie zamkniętego walca, zawierających wewnątrz obudowy materiał wybuchowy ograniczony na całej wysokości ścianami obudowy, który następnie poddaje się detonacji znanymi metodami znamienny tym, że ładunek kolumnowy zawiera pustkę (2) o kształcie wycinka walca o kącie α od 45° do 60° oraz posiada na powierzchni czołowej (9) co najmniej trzy wypustki (4) a na powierzchni tylnej (10) co najmniej trzy gniazda (5), przy czym ilość i rozmieszczenie gniazd (5) jest tożsame z ilością i rozmieszczeniem wypustek (4), gdzie kształt wypustek (4) jest dopasowany do kształtu gniazd (5), które to naboje łączy się ze sobą w sposób szeregowy za pomocą wypustek (4 i 7) i odpowiadających im gniazd (5) znajdujących się na obudowach (1) tych naboi, jednocześnie odpowiednio dopasowując powierzchnię czołową (9) naboju pierwszego do powierzchni tylnej (10) naboju następnego i zachowując warunek, by ich przegrody (2) były ułożone w jednej osi lub by ich przegrody (2) były obrócone względem siebie o kąt nie mniejszy niż 60°.

2. Sposób wg zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się naboje wykonane z materiału antystatycznego korzystnie papieru lub tworzywa sztucznego.

3. Sposób wg zastrz. 1 lub 2 znamienny tym, że stosuje się naboje, które posiadają na powierzchni czołowei (9) wypustkę centralna (7) o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy (1).

4. Sposób wg zastrz. 2 i 3 znamienny tym, ze stosuje się naboje, które posiadają na powierzchni tylnej (10) gniazdo centralne (8) o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy (1).

5. Sposób wg zastrz. 4 znamienny tym, że stosuje się naboje, w których wypustki (4) i gniazda (5) rozmieszczone są w równej odległości od środka okręgu powierzchni czołowej (4) i tylnej (10) obudowy.

6. Sposób wg zastrz. od 1 do 5 znamienny tym, że stosuje się naboje, w których ilość wypustek (4) i gniazd (5) jest identyczna i zależna od wielkości i kształtu przekroju poprzecznego każdego naboju.