RU2814691C1

RU2814691C1 - Способ взрывореактивной проходки скважин и переносное устройство для его реализации

Info

Publication number: RU2814691C1
Application number: RU2022131151A
Authority: RU
Inventors: Виктор Олегович Соловьев; Алексей Антонович Франскевич; Александр Сергеевич Карпов; Олег Александрович Жерелов
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2024-03-04

Abstract

Группа изобретений относится к области проходки скважин различного целевого назначения проектной глубиной до 30 м в породах различной категории крепости. Устройство содержит последовательно срабатывающие кассеты, автономный источник питания, многоразовый дистанционный пульт управления, блок электрического инициирования, скрепленный с рабочим органом, где рабочий орган представляет собой набор скрепленных между собой самопогружаемых одноразовых кассет со сквозными отверстиями вдоль центральной осевой линии, оснащенных зарядами взрывчатого вещества и средствами инициирования. Корпус блока электрического инициирования выполнен в виде цилиндра с внутренней полостью в виде цилиндра или усеченного конуса, у которого наружный диаметр не превышает наружный диаметр кассет рабочего органа, а внутренний в зоне крепления не меньше внутреннего диаметра рабочего органа и не больше наружного диаметра рабочего органа в верхней его части. Программное устройство блока электрического инициирования оснащено таймером, которое в запрограммированном режиме, при наличии токов эмиссии, или с замедлением инициирует электрические детонаторы. Рабочий орган комплектуется из 2, 3 и 7 кассетных рабочих модулей, которые жестко скреплены между собой в заводских условиях, что позволяет варьировать количеством кассет в рабочем органе от 2 до 21 кассеты. Кассеты дополнительно оснащены набором зарядов взрывчатого вещества цилиндрической формы с кумулятивными выемками, которые размещены в тонкостенных цилиндрических отражателях со сквозными отверстиями со стороны крепления к кольцевым прижимным и забойным зарядам взрывчатого вещества, при этом общая масса прижимных зарядов больше массы забойных зарядов взрывчатого вещества в 1,1-5,0 раз, а время срабатывания прижимных зарядов взрывчатого вещества перекрывает время срабатывания забойных зарядов кассеты. Каждая кассета оснащена дублирующим капсюлем-детонатором, а также имеет сквозные каналы, оснащенные взрывчатым веществом, в стенке, разделяющей забойные и прижимные заряды взрывчатого вещества. Данные каналы расположены с двух сторон от электрического детонатора и капсюля-детонатора на одинаковом расстоянии, определяющем время замедления срабатывания кольцевого забойного заряда по сравнению с кольцевым прижимным зарядом взрывчатого вещества. Обеспечивается повышение надежности и производительности работ, а также снижение затрат при производстве буровых и буровзрывных работ. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к переносным устройствам для ускоренной проходки скважин различного целевого назначения проектной глубины до 30 м в породах различной категории крепости, которые могут быть использованы в военном деле, геологоразведке, горном и строительном деле, при аварийно-спасательных и восстановительных работах, в т.ч. при ограниченном ресурсе времени и трудозатрат в труднодоступных и неблагоприятных условиях для выработки скважин (под закладку зарядов взрывчатого вещества (ВВ), под извлечение образцов породы, под погружение свай и опор, под крепление и установку другого оборудования, а также для других работ).

Известен ряд способов и устройств для взрывного образования скважин в горных породах [1-5].

Устройство [1] содержит центральную трубу, через которую на забой подается промывочная жидкость. Между стенкой скважины и центральной трубой находится промывочная жидкость, при этом в промывочной жидкости расположены самоуничтожаемые кассеты, оснащенные набором разделяющихся боеголовок, осевые линии которых направлены под углом к центральной точке забоя. Кассеты перемещаются в сторону забоя с помощью роликов, вращаясь по центральной трубе. При этом наружные ролики кассеты периодически прижимаются к стенке скважины, чтобы обеспечивать центральное положение трубы в скважине. Разделяющиеся боеголовки представляют собой заряды ВВ с кумулятивными выемками, которые размещены в головных частях боеголовок, а в хвостовых частях боеголовок размещены либо снаряды, либо ракеты, либо торпеды. Пуск разделяющихся боеголовок осуществляется после выхода за конец трубы очередной кассеты. Разделяющаяся боеголовка в забое разделяется на головную часть - кумулятивный заряд и хвостовую часть - либо снаряд, либо ракету, либо торпеду, которые оснащены зарядами ВВ. Разделение боеголовки осуществляется с помощью пиропатрона, размещенного в его средней части. Оси выемок кумулятивных зарядов направляются вдоль боковой поверхности конуса и заряды синхронно инициируются. При этом кумулятивные струи сталкиваются в одной точке - центральной линии трубы в породе, а затем внутрь полостей, образованных кумулятивными зарядами, подают снаряды, ракеты или торпеды, которые одновременно взрываются. Разрушенную горную породу вымывают промывочной жидкостью. После чего на забой по трубе подается очередная кассета, и процесс взрывной проходки скважины продолжается.

К недостаткам способа кумулятивной проходки скважин и устройства для его реализации [1] относятся его большие массово-габаритные характеристики, потребность в наличии направляющих труб, большего объема промывочной жидкости и насосов для ее прокачки, кроме того, изделие обладает низкой надежностью в виду его сложной конструкционной реализации.

Также следует отметить, что наличие последовательных операций: наращивание направляющей трубы, установка кассет на направляющую трубу, промывка разрушенной породы жидкостью делает процесс проходки скважин трудоемким и длительным.

Известны жидкостные (бинарные) взрывогенераторы (ВГ) и способ их работы для взрывной проходки скважин пород в результате последовательной подачи бинарных зарядов ВВ и инициирования их на забое с одновременным удалением продуктов взрыва (ПВ) разрушенной породы [2]. Работа струйного ВГ осуществляется при подаче из раздельных емкостей жидкого горючего - керосина или дизельного топлива, и окислителя - четырехокиси азота (N₂O₄). Вытекая непрерывно из струйного аппарата, компоненты смешиваются вне конструкции. Периодически в эту струю впрыскивается инициатор - эвтектический сплав калия и натрия, и непосредственно при ударе о преграду компонентов инициатора организуется взрыв. Частота взрывов зависит от частоты впрыска инициатора, скорости и объема впрыскиваемых компонентов и может достигать 25 Гц. Давление ПВ в точке Чепмена-Жуге достигает 18,2⋅10³МПа.

Для проходки скважин диаметром 0,25-0,4 м в скальных породах была разработана установка ВН-2. Бурение скважин на глубину до 1 м осуществляется без опускания манипулятора, а на глубину до 1,8 м с его опусканием. В породах с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьяконова 4≤ƒ≤18 (до X по СНиП IV-50) скорость проходки составляет (0,83-1,67)⋅10^-3 м/с или 30-60 м/ч при расходе смеси 0,33 кг/с. Скорость бурения мерзлых грунтов составляет (1,67-3,33)⋅10^-2 м/с или 1-2 м/мин [2-4].

Установка ВН-2 монтируется на шасси автомобиля КРА3-257К и работает от сети 380 В или от системы отбора мощности автомобиля. Расход взрывчатой смеси составляет 0,12-0,2 л/с. Запас компонента на борту автомобиля - 2700 кг. Масса установки с автомобилем составляет 21000 кг.

Для проходки скважин диаметром 0,6 м и глубиной 4,5 м в вечномерзлых породах был разработан взрывогенератор КВР-4 (ВГ-П). Скорость бурения для КВР-4 (ВГ-П) составляет (0,75-1,5)⋅10^-2 м/с или 0,45-0,9 м/мин [2-4].

Взрывогенератор КВР-4 (ВГ-П) работает от автономного дизеля. Расход бинарных ВВ - 0,12-0,33 м/с. Запас ВВ на борту ВГ-П составляет 2500 кг, на КВР-4 - 400 кг и в первом случае струйные ВГ монтировались на железнодорожной платформе, для второго случая на борту КРА3-250К или гусеничном тягаче.

ВН-2, КВР-4 и другие аналогичные средства для работы на объектах с малыми объемами разрушения и в труднодоступных для транспорта местах непригодны, т.к. имеют большие габариты и массу. Струйные ВГ имеют серьезные ограничения для широкого применения, т.к. используемый окислитель обладает высокой токсичностью (окислитель - N₂O₄). Частота импульсов данных ВГ зависит от скорости химической реакции, а наличие химической реакции от внешних факторов (влажность, запыленность, стекание компонентов и т.п.).

К основным недостаткам струйных ВГ и способам их работы относятся:

1. Низкий КПД процесса из-за использования накладных зарядов ВВ.

2. Низкая частота инициирования зарядов ВВ (не более 25 Гц), что не позволяет выбрасывать шлам ПВ из скважин глубиной более 2 м.

3. Большие массово-габаритные характеристики изделий, требующие специальной транспортной базы.

4. Высокая токсичность компонентов бинарных ВВ и ПВ, требующая специальных средств защиты и последующей дезактивации местности.

5. Низкая живучесть конструкций, находящихся в контакте с ПВ.

Наиболее близким к заявляемому устройству и способу его работы является самопогружаемое взрывореактивное устройство [5] для образования скважин в горных породах различной категории крепости. Переносное взрывореактивное устройство (ПВУ) состоит из набора скрепленных между собой одноразовых кассет, а также многоканального блока электрического инициирования (БЭИ) многоразового применения, который перед работой крепится к набору кассет. В наружной и внутренней части каждой кассеты выполнены полости-отражатели в виде кольцевых полостей, в которых расположены заряды ВВ, причем продольные оси кольцевых полостей направлены под углом к продольной оси устройства, в полостях имеются отверстия для размещения средств инициирования. Вдоль продольной оси кассеты могут иметь сквозные отверстия, а заряды ВВ кумулятивные выемки. Каждая кассета оснащена специально разработанными, в т.ч. и для ПВУ, электрическими детонаторами (ЭД) [6], которые инициируются последовательно со стороны забоя с помощью многоканального БЭИ многоразового применения.

Способ работы ПВУ с последовательно срабатывающими кассетами [5] включает в себя следующие этапы:

1. На месте работ производят сборку рабочего органа (РО) из набора кассет, выбранных в соответствии с предполагаемыми характеристиками скважины (прежде всего ее глубины) и в соответствии с физико-механическими характеристиками разрабатываемых горных пород (не более 7 или 10 шт., в зависимости от количества рабочих электрических каналов, предусмотренных в предлагаемой модификации БЭИ).

2. Рабочий орган состыковывают с БЭИ.

3. К блоку электрического инициирования присоединяют электрические провода, а к ним дистанционный пульт управления (ДПУ) и автономный источник питания (АИП).

4. С помощью ДПУ оператор устанавливает на БЭИ:

- требуемую частоту инициирования кассет;

- режим зарядки конденсаторов.

5. После зарядки конденсаторов оператор с помощью ДПУ дистанционно запускает режим инициирования кассет РО от БЭИ, при этом каждый рабочий цикл работы ПВУ включает:

- последовательное инициирование заряда ВВ очередной кассеты;

- направленное истечение ПВ из отражателей кассет на разрушаемую породу, при этом по времени и силе тяги воздействия на изделие ПВ прижимных зарядов ВВ превышают воздействие ПВ забойных зарядов ВВ;

- разрушение рабочей кассеты, наступающее после завершения истечения ПВ на породу и ее локального разрушения, что обеспечивает автоматическую подачу новой кассеты на забой при ее инициировании;

- самопроизвольное удаление ПВ из забоя на поверхность фрагментов разрушенной породы и кассеты, при этом ПВ создают относительно продолжительную подъемную силу за счет высокой частоты инициирования ВВ в кассетах, обеспечиваемой многоканальным БЭИ.

Перед применением оператор устанавливает рациональный диапазон работы ПВУ, который находится в диапазоне от 50 до 1000 Гц, в зависимости от решаемых задач и крепости пород. Продукты взрыва при работе ПВУ позволяют выбрасывать разрушенную на забое породу (шлам) и фрагменты конструкции на регулируемую высоту от 1,5 до 30 м. Допустимый верхний диапазон инициирования, определяемый временем разрушения кассет, составляет 100000 Гц.

Основным недостатком наиболее близкого технического решения и способа его работы является отсутствие возможности проходки скважин и колодцев требуемой (заданной) глубины, что приводит:

1. К перерасходу рабочих кассет переносного ПВУ,

2. К перерасходу сосредоточенных зарядов ВВ для разработки пород взрывом на выброс.

3. К излишним логистическим операциям с их доставкой и доставкой ВВ.

При проведении большого объема работ, а также работ в экстремальных и труднодоступных условиях данные недостатки приводят к большим финансовым затратам, которые возможно минимизировать за счет:

- сочетания требуемого количества кассет, для обеспечения проектных глубин проходки скважин взрывным способом;

- повышения надежности работ кассет за счет дополнительного использования дублирующей (не электрической) системы их инициирования;

- повышения производительности работ за счет использования более эффективной компоновочной схемы кассет, работающих с более высоким КПД чем у прототипа.

Технической задачей данного изобретения является обеспечение более высокой надежности и производительности работ, а также снижения затрат при производстве буровых и буровзрывных работ по сравнению с известными устройствами данного класса [1-5].

Это достигается за счет того, что способ сборки РО ПВУ осуществляется на месте проведения работ из рабочих модулей (РМ), которые состоят из скрепленных между собой (в заводских условиях) самопогружаемых кассет в количестве 2, 3 и 7 шт. со сквозными отверстиями вдоль центральной осевой линии и БЭИ. Сквозное отверстие в корпусе БЭИ имеет диаметр, соответствующий или превышающий диаметр каналов кассет (по месту их крепления). Блок электрического инициирования обеспечивает регулируемый режим инициирования ЭД [6] кассеты на забое. Электрическим детонатором оснащена каждая кассета, имеющая прижимные и забойные кольцевые полости-отражатели, снаряженные кольцевыми прижимными и забойными зарядами ВВ, а также набором тонкостенных цилиндрических отражателей, оснащенных сосредоточенными кумулятивными зарядами ВВ, ПВ которых истекают рассосредоточенно по окружностям направленными потоками под оптимальными углами на боковые стенки скважины и рациональными углами на забой.

Задачей применения устройства является уменьшение времени подготовки к работе и количества используемых в нем кассет для проходки скважин требуемой (проектной) глубины, а также массы сосредоточенных зарядов ВВ, используемой при разработке пород взрывом на выброс. Рабочий орган ПВУ собирается на месте работ из РМ вариацией требуемого количества кассет предложенной комплектации, при этом количество кассет в РО за один пуск не должно превышать количество электрических рабочих каналов БЭИ.

Для повышения надежности и эффективности работы ПВУ, кассеты оснащаются:

1. Дублирующей не электрической системой инициирования кассет, включающей в себя специально разработанные, в т.ч и для ПВУ, капсюли-детонаторы (КД), оснащенные водостойкими пиротехническими замедляющими составами, которые срабатывают от воздействия ударной волны, ранее сработавшей кассеты, во временном диапазоне, не превышающем срабатывание двух кассет, при их электрическом инициировании в штатном режиме [7, 8].

2. Регулируемой и надежной системой синхронно-перекрывающего срабатывания прижимных зарядов ВВ по сравнению с забойными зарядами.

3. Сегментно разрушаемыми отражателями и кассетами, что по сравнению с фрагментарно разрушаемыми отражателями и кассетами обеспечивают более высокую направленность и полноту истечения ПВ на разрушаемую породу.

Изобретение позволяет повысить эффективность применения ПВУ при разрушении и выбросе пород, а также снизить:

1. Массу кассет за счет устранения силы лобового сопротивления БЭИ и создания ими дополнительной силы прижатия ПВУ к забою.

2. Количество кассет при проходке скважин за счет точной разработки проектной глубины, а также массу сосредоточенных зарядов ВВ, используемую при разработке пород взрывом на выброс.

3. Сроки выполнения задач и общее время на образование скважин заданной глубины при проведении буровзрывных работ.

Для повышения эффективности работы ПВУ - изделие имеет возможность проходки скважин проектной глубины в диапазоне до 30 м и снабжено:

1. Наборным РО, комплектуемым из РМ, которые состоят из скрепленных между собой (в заводских условиях) кассет вдоль продольной оси устройства в количестве 2, 3 и 7 шт. Сочетание РМ, оснащенных предложенным количеством кассет, позволяет набирать требуемое количество кассет в РО в количестве от 2 до 21 шт. за время от 3 до 5 мин. Максимальное количество кассет в одном ПВУ и количество рабочих электрических каналов в БЭИ ограниченно общей массой ПВУ допустимой для переносимых изделий. Данная комплектация позволяет проходить скважины глубиной от 1 до 5 м в грунтах и не менее 1 м в породах с коэффициентом крепости по М.М. Протодьяконову ƒ=20. При необходимости увеличения глубины скважины на забой опускается новый ПВУ (без опорного устройства), при этом шлам и фрагменты разрушенных кассет удаляются ПВ работающего устройства самостоятельно с глубин до 30 м.

Рабочий орган прототипа оснащался отдельными кассетами в количестве не более 7 или 10 шт., в зависимости от количества рабочих электрических каналов, предусмотренных в предлагаемой модификации БЭИ [5]. На количество рабочих электрических каналов БЭИ оказывает влияние, прежде всего массогабаритные характеристики используемых накопительных конденсаторов, которые зависят от энергии инициирования используемых ЭД. Прототипы оснащались ЭД с энергией инициирования от 2,5 до 2,0 Дж [6]. В заявленном изобретении (на момент подачи заявки) энергию инициирования удалось снизить до 0,25 Дж, что позволило для ПВУ довести допустимое количество рабочих электрических каналов БЭИ и максимальное количество кассет в РО до 21 шт.

2. Многоканальным БЭИ, позволяющим инициировать до 21 кассеты (снизу в верх) в управляемом режиме. В отличие от прототипа [5] корпус данного БЭИ имеет форму:

- цилиндра с внутренней полостью в виде цилиндра (цилиндрического сопла), у которого внутренний и наружный диаметры совпадают с размерами крепящихся к нему кассет РО;

- цилиндра с внутренней полостью в виде усеченного конуса (конусного сопла), у которого наружный диаметр не превышает наружный диаметр кассет РО, а внутренний (в зоне крепления) не меньше внутреннего диаметра РО и не больше наружного диаметра РО в верхней его части.

Такая конструкция позволяет полностью устранить силу лобового сопротивления БЭИ и дополнительно создать прижимную силу тяги изделия к забою, тем самым снизить массу прижимных зарядов ВВ в кассете, как следствие толщину их стенок, а также массу кассет РО в целом.

Цель изобретения - повышение эффективности и снижение стоимости взрывной проходки скважин и буровзрывных работ, в т.ч. в экстремальных и труднодоступных условиях.

Поставленная цель достигается:

1. Снижением количества кассет при взрывной проходке скважин ПВУ, а также себестоимости проводимых работ за счет вариации комбинаций РМ с заданным количеством кассет в РО для проходки скважин проектной (фиксированной) глубины в породах различной категории крепости, а также расхода сосредоточенных зарядов ВВ при последующей разработке пород взрывом на выброс.

2. Снижением массы единичных кассет за счет снижения силы лобового сопротивления и создании силы тяги корпусом БЭИ, корпус которой выполнен в виде цилиндрического сопла, у которого внутренний и наружный диаметры корпуса соответствуют диаметрам крепящихся к нему кассет или в виде конического сопла, у которого наружный диаметр не превышает наружный диаметр кассет РО, а внутренний (в зоне крепления) не меньше внутреннего диаметра РО и не больше наружного диаметра РО в верхней его части.

Изобретение поясняется рисунками, где на фиг. 1 и 2 показано устройство кассеты, которое представляет собой одноразовый стальной усеченный конуса - 1 с центральным отверстием и кольцевыми проточками с наружной и внутренней стороны, разделенных между собой стенкой - 11. В кольцевые проточки, с двух сторон стенки - 11, установлены кольцевой прижимной - 2(a) и кольцевой забойный - 2(б) заряд ВВ типа пластит, в которые вмонтированы донной частью прижимные - 5 и забойные - 6 цилиндрические отражатели, оснащенные соответственно кумулятивными прижимными - 9 и забойными -10 зарядами ВВ. При этом прижимные заряды ВВ - 9 превышают по массе забойные заряды ВВ - 10 от 1,1 до 5,0 раз. Донная часть прижимных - 5 и забойных - 6 цилиндрических отражателей имеет отверстия для передачи детонации от кольцевых зарядов - 2(а, б) соответственно прижимным - 9 и забойным - 10 зарядам ВВ. Штатное инициирование осуществляется от БЭИ по электропроводам, соединенных с электропроводами - 4 ЭД - 3 каждой кассеты, который инициирует кольцевой прижимной заряд - 2(a) с наружной стороны кассеты - 1, а он в свою очередь инициирует кумулятивные прижимные заряды ВВ - 9. После инициирования кольцевого прижимного заряда ВВ - 2(a) с наружной стороны кассеты - 1 детонация на ее внутреннюю сторону передается через сквозные каналы, в разделяющей стенке - 11, оснащенные зарядами ВВ - 13. Каналы с зарядами ВВ - 13 расположены симметрично с двух сторон от ЭД - 3 и КД - 12 (оснащенных замедляющими пиротехническими составами) на расстоянии, обеспечивающем замедление и перекрытие по времени срабатывание забойных зарядов - 10 по сравнению с прижимными зарядами - 9, что обеспечивает прижатие кассеты - 1 и ПВУ - 22 к забою.

При отказе ЭД - 3, ток эмиссии не подается обратно по электрическим проводам на управляющее устройство БЭИ, что приводит к увеличению интервала времени подачи следующего электрического импульса на ЭД очередной кассеты. Инициирование прижимных зарядов ВВ - 9 кассеты - 1 осуществляется дублирующим КД (оснащенным замедляющим пиротехническим составом) - 12, срабатывающего от воздействия ударной волны ранее инициируемой кассеты - 1, которое не должно превышать по времени инициирование двух кассет в режиме управляемого электрического инициирования. Инициирование осуществляется от ударной волны ранее сработавшей кассеты - 1, которая воспламеняет замедляющий пиротехнический состав, размещенный в КД - 12, что приводит к его срабатыванию и инициированию кольцевого прижимного заряда ВВ - 2(a) с наружной стороны кассеты - 1, детонация на ее внутреннюю сторону передается через каналы с зарядами ВВ - 13, размещенных в разделяющей стенке - 11. По аналогии с штатным инициированием, каналы с зарядом ВВ - 13 расположены симметрично с двух сторон от КД - 3 на расстоянии, обеспечивающем замедление и перекрытие по времени срабатывание забойных зарядов - 10 по сравнению с прижимными зарядами - 9, что обеспечивает прижатие кассеты - 1 и ПВУ - 22 к забою.

На фиг. 3 представлен общий вид опорного устройства - 23 для взрывореактивной проходки скважин, в котором устанавливаются скрепленные между собой БЭИ - 20 и наборный РО - 18, собираемый из РМ - 21.

Крепление кассет - 1 в РМ - 21 (рис. 3), в количестве 2, 3 и 7 шт., осуществляется с помощью винтов или шпилек по резьбовым отверстиям - 7 (рис. 2 и 3) в заводских условиях. Предложенная комбинация кассет -1 в РМ - 21 в комплекте ПВУ обеспечивает пошаговую (плюс одна кассета) вариативную сборку РО - 18 от 2 до 21 кассеты, что в свою очередь обеспечивает различную проектную глубину.

Для разработки скважин глубиной до 30 м требуется, в зависимости от крепости пород, от 6 до 30 комплектов ПВУ.

Рабочие модули - 21 и БЭИ - 20 перевозятся в контейнерах - 24, которые собираются в опорное устройство - 23 и с помощью раздвижных штанг - 15 устанавливаются на разрабатываемую породу - 25 под требуемым углом. Для большей надежности крепления опорного устройства - 23 раздвижные штанги - 15 имеют крепежные башмаки - 14, с помощью которых они крепятся к породе - 25. Перед началом работ к БЭИ - 20, с помощью электрического кабеля - 19, присоединяется АИП - 16 и ДПУ (пульт зарядки и запуска) - 17 БЭИ - 20 ПВУ - 22.

Все контейнеры - 24 для хранения и перевозки РМ - 21 имеют по три проушины, расположенные через 120° в одной плоскости. Контейнеры - 24 комплектуются тремя раздвижными штангами - 15, которые оснащаются крепежными башмаками - 14.

Способ работы переносного устройства для взрывореактивной проходки скважин.

Рабочий орган - 18 (см. фиг. 3) собирается на месте проведения работ из 2, 3 и 7 кассетных РМ - 21, имеющих заводскую комплектацию, что позволяет сократить время сборки устройства от 3 до 5 мин. Общее количество РМ - 21 собираемых в РО - 18 во всех случаях не превышает 4-х и зависит от требуемого количества кассет, которое находится в диапазоне от 2 до 21 шт., применяемых для взрывореактивной проходки скважины на требуемую (проектную) глубину при известной крепости разрушаемых пород.

Для крепления РМ - 21 в РО - 18 и к БЭИ - 20 используются реперно-поворотные фиксаторы с защелками различной конструкции, обеспечивающие электрический контакт электрическим проводам, проложенных в вертикальных сквозных отверстиях - 8 в разделяющей стенке - 11 (см. фиг. 1 и 2), которые соединяют БЭИ - 20 с электропроводами - 4 и ЭД - 3 каждой кассеты. Рабочие модули - 21 и БЭИ - 20 хранятся и перевозятся в контейнерах - 24.

Для обеспечения большей жесткости опорного устройства - 23 в рабочем положении, контейнеры - 24 крепятся между собой с помощью откидных болтов, оснащенных барашковыми гайками.

Ориентация ПВУ - 22 на поверхности породы - 25 под требуемым углом, осуществляется раздвижными штангами - 15, которые с помощью болтов и барашковых гаек, крепятся к проушинам одного из контейнеров - 24 опорного устройства - 23. Раздвижные штанги - 15, для обеспечения большей устойчивости ПВУ - 22 под заданным углом к породе - 25, имеют крепежные башмаки - 14 с отверстиями под крепежные дюбеля (см. фиг. 3).

После фиксации ПВУ - 22 на поверхности породы - 25, с помощью разъема к БЭИ - 20, пристыковывается электрокабель - 19, к которому на противоположном конце присоединяется ДПУ - 17 с АИП - 16 (см. фиг. 3).

Оператор выставляет на ДПУ - 17 требуемую частоту инициирования кассет - 1 и подключает АИП -16 для зарядки конденсаторов БЭИ - 20 (см. фиг.3).

После того, как индикатор ДПУ - 17 покажет, что зарядка БЭИ - 20 завершена, оператор нажимает кнопу «пуск» на ДПУ - 17.

Далее в автоматическом режиме БЭИ - 20 последовательно подает электрические импульсы на ЭД - 3 кассет - 25 РО - 75, в направлении снизу-вверх, с установленной на ДПУ - 17 частотой (см. фиг. 3).

После срабатывания ЭД - 3 осуществляется инициирование кольцевого прижимного заряда ВВ - 2(a), расположенного вдоль разделяющей стенки - 11 в наружной кольцевой полости кассеты - 1, при этом процесс детонации кольцевого прижимного заряда ВВ - 2(a) начинает развиваться как в правом, так и в левом направлении от зоны его начального инициирования (см. фиг. 1).

После достижения процесса детонации в кольцевом прижимном заряде ВВ - 2(a) очередных отверстий в донных частях прижимных цилиндрических отражателях - 5 осуществляется инициирование очередного кумулятивного прижимного заряда ВВ - 9 (см. фиг. 1).

После инициирования кольцевого прижимного заряда ВВ - 2(a) в наружной кольцевой полости кассеты - 1, детонация на кольцевой забойный заряд ВВ - 2(б), размещенный во внутренней кольцевой полости кассеты - 1, передается через каналы с зарядом ВВ - 13 в разделяющей стенке - 11. Каналы с зарядами ВВ - 13 расположены симметрично с двух сторон от ЭД -3 на расстоянии, обеспечивающем замедление и перекрытие по времени срабатывание забойных зарядов ВВ - 10 по сравнению с прижимными зарядами ВВ - 9, что обеспечивает прижатие рабочей кассеты - 1 и соответственно всего ПВУ - 22 к забою (см. фиг. 1 и 3).

После инициирования зарядов ВВ - 13, расположенных в симметричных каналах с двух сторон от ЭД - 3, детонация передается на кольцевой забойный заряд ВВ - 2(б) и распространяется как вправо, так и влево от зон первоначального инициирования, а также инициирует сосредоточенные кумулятивные заряды ВВ - 10, расположенные внутри отражателей, через сквозные отверстия, расположенные в днищах забойных отражателей - 6. После инициирования прижимных - 9 и забойных - 10 зарядов ВВ размещенных в прижимных - 5 и забойных - 6 цилиндрических отражателях ПВ истекают направленными струями на боковые стенки и забой образуемой скважины, осуществляя разрушение породы на скол и растяжение.

Процесс истечения ПВ на боковые стенки скважины начинается раньше, за счет первоначального инициирования кольцевого прижимного заряда - 2(a) на внешнем контуре кассеты - 1 и заканчивается позже, т.к.:

1. При использовании однотипного заряда (имеющего одинаковую скорость детонации) полупериметр кольцевого прижимного заряда ВВ - 2(a), уложенного в наружной кольцевой полости кассеты - 1, за вычетом отрезка от ЭД - 3 до канала с зарядом ВВ - 13, имеет большую длину, чем полупериметр кольцевого забойного заряда ВВ - 2(б) уложенного во внутренней кольцевой полости кассеты - 1.

2. При использовании кольцевых зарядов ВВ разных марок (скорость детонации прижимных зарядов ВВ - 2(a) в наружной кольцевой полости кассеты - D₁, меньше скорости детонации кольцевых забойных зарядов ВВ -2(б) во внутренней кольцевой полости кассеты, т.е. D₁<D₂) должно выполняться условие

где L₁ и L₂ - длина кольцевых прижимных и забойных зарядов ВВ в наружных и внутренних кольцевых полостях кассет;

- расстояние от осевой линии инициирования кольцевого прижимного заряда ВВ в наружном кольцевом контуре кассеты, до осевой линии каналов с зарядами ВВ, размещенных в разделяющей стенке (см. рис. 1 и 2).

Таким образом, в заявленном способе взрывореактивной проходки скважин и переносном устройстве для его реализации, достигнут технический результат, заключающийся в снижении затрат при производстве буровых и буровзрывных работ по сравнению с известными установками данного класса, а также в обеспечении более высокой надежности и производительности работ, в т.ч. в экстремальных и труднодоступных условиях.

Список литературы:

1. Богданов И.Г., Богданов В.И. Богданова способ кумулятивного бурения и устройство для его реализации. Патент на изобретение RU №2491402 С1 от 27.08.2013 г. Заявка №2012116642/03 от 26.04.2012 г.

2. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород взрывом. - М.: Недра, 1983, с. 287.

3. Щеголевский М., Гордиенко Б. Взрывогенераторы - новая отрасль техники // На стройках Родины. - 1972. - №9. - С. 15-20.

4. Щеголевский М., Гордиенко Б., Волов В. и др. Взрывогенератор // Наука и жизнь. - 1985. - №10. - С. 60-61.

5. Соловьев В.О. Устройство для взрывореактивного бурения. Патент на изобретение RU №2064040 С1 от 20.07.1996 г. Заявка №92015219/03 от 29.12.1992 г.

6. Думенко В.И., Соловьев В.О. Электродетонатор и электровоспламенитель для него. Патент на изобретение RU №2056034 С1 от 10.03.1996 г. Заявка №5039891/23 от 30.03.1992 г.

7. Соловьев В.О. Капсюль-детонатор. Патент на изобретение RU №2070708 С1 от 20.12.1996 г. Заявка №94030335/08 от 17.08.1994 г.

8. Соловьев В.О. Замедляющие пиротехнические составы. Патент на изобретение RU №2230053 С2 от 10.06.2004 г. Заявка №99126200/02 от 14.12.1999 г.

9. Соловьев В.О. Факторы, влияющие на КПД многоимпульсных взрывных устройств с отражателями // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 2002. - №3. - С. 50-55.

Claims

1. Способ работы самопогружаемого переносного взрывореактивного устройства для образования скважин в горных породах различной категории крепости с последовательно срабатывающими кассетами, снаряженного автономным источником питания, многоразовым дистанционным пультом управления, обеспечивающим зарядку и запуск блока электрического инициирования, а также набором скрепленных между собой одноразовых кассет, оснащенных зарядами взрывчатого вещества и средствами инициирования, отличающийся тем, что

рабочий орган комплектуется на месте проведения работ, по мере необходимости в количестве от 2 до 21 кассеты из рабочих модулей, имеющих заводскую сборку из 2, 3 и 7 кассет, после чего пристыковывается 21 канальный блок электрического инициирования с регулируемой частотой их срабатывания, а также аварийным режимом разрядки, к блоку электрического инициирования подсоединяют электрические провода, а к ним дистанционный пульт управления и автономный источник питания и с помощью:

дистанционного пульта управления оператор удаленно устанавливает на блоке электрического инициирования требуемую частоту инициирования кассет в диапазоне от 50 до 1000 Гц и режим зарядки конденсаторов, и после зарядки конденсаторов с помощью дистанционного пульта управления запускает режим инициирования кассет рабочего органа блоком электрического инициирования;

далее в автоматическом режиме блок электрического инициирования по каналам подает электрические импульсы на электрические детонаторы кассет рабочего органа в направлении снизу вверх с установленной на дистанционном пульте частотой;

после срабатывания электрического детонатора осуществляется инициирование кольцевого прижимного заряда взрывчатого вещества, расположенного вдоль разделяющей стенки в наружной кольцевой полости кассеты, при этом процесс детонации кольцевого прижимного заряда взрывчатого вещества начинает развиваться как вправо, так и влево от зоны первоначального инициирования и через сквозные отверстия, расположенные в днищах прижимных отражателей, инициирует прижимные кумулятивные заряды взрывчатого вещества, расположенные внутри этих отражателей;

после инициирования кольцевым прижимным зарядом взрывчатого вещества в наружной кольцевой полости кассеты зарядов взрывчатого вещества, расположенных в симметричных каналах разделяющей стенки с двух сторон от электрического детонатора, детонация передается на забойный кольцевой заряд взрывчатого вещества на внутренней кольцевой полости кассеты, которая распространяется как вправо, так и влево от зон первоначального инициирования и через сквозные отверстия, расположенные в днищах забойных отражателей, инициирует забойные кумулятивные заряды взрывчатого вещества, расположенные внутри этих отражателей;

после инициирования прижимных и забойных зарядов взрывчатого вещества, размещенных как в наружных и внутренних кольцевых полостях кассеты, так и в прижимных и забойных одноразовых отражателях, продукты взрыва истекают направленными струями под оптимальным углом на боковые стенки образуемой скважины и рациональным углом на забой образуемой скважины, осуществляя разрушение породы на скол и растяжение;

при этом обеспечивается прижатие рабочей кассеты и переносного взрывореактивного устройства к забою за счет перекрытия по времени срабатывания кольцевого и кумулятивных прижимных зарядов взрывчатого вещества в наружной кольцевой полости кассеты и отражателях по сравнению с кольцевым и кумулятивными забойными зарядами взрывчатого вещества во внутренней кольцевой полости кассеты и отражателях, как за счет большей массы прижимных зарядов, по сравнению с массой забойных зарядов взрывчатого вещества в 1,1-5,0 раз, а также за счет расстояний до двух каналов с зарядами взрывчатого вещества в разделяющей стенке, расположенных симметрично с двух сторон от электрического детонатора, в том числе и большей скорости детонации кольцевого забойного заряда по сравнению с кольцевым прижимным зарядом взрывчатого вещества;

далее блок электрического инициирования с установленным частотным интервалом осуществляет процесс электрического инициирования следующей кассеты;

после электрического инициирования всех рабочих каналов управляющее устройство блока электрического инициирования осуществляет полную разрядку силовых конденсаторов.

2. Способ работы самопогружаемого переносного взрывореактивного устройства для образования скважин в горных породах различной категории крепости с последовательно срабатывающими кассетами по п. 1, отличающийся тем, что

при отказе электрического детонатора, ток эмиссии не подается обратно по электрическим проводам на управляющее устройство блока электрического инициирования, которое увеличивает интервал времени подачи следующего электрического импульса на электрический детонатор очередной кассеты;

после воздействия ударной волны от ранее сработавшей кассеты воспламеняется замедляющий пиротехнический состав, размещенный в капсюле-детонаторе, и происходит срабатывание капсюля-детонатора, который инициирует кольцевой прижимной заряд взрывчатого вещества, расположенный вдоль разделяющей стенки в наружной кольцевой полости кассеты, при этом процесс детонации кольцевого прижимного заряда взрывчатого вещества начинает развиваться как вправо, так и влево от зон начального инициирования и через сквозные отверстия, расположенные в днищах прижимных отражателей, инициирует прижимные кумулятивные заряды взрывчатого вещества, расположенные внутри этих отражателей;

после инициирования кольцевым прижимным зарядом взрывчатого вещества в наружной кольцевой полости кассеты зарядов взрывчатого вещества, расположенных в симметричных каналах разделяющей стенки с двух сторон от капсюля-детонатора, детонация передается на забойный кольцевой заряд взрывчатого вещества на внутренней кольцевой полости кассеты, которая распространяется как вправо, так и влево от зон первоначального инициирования и через сквозные отверстия, расположенные в днищах забойных отражателей, инициирует забойные кумулятивные заряды взрывчатого вещества, расположенные внутри этих отражателей;

при этом обеспечивается прижатие рабочей кассеты и переносного взрывореактивного устройства к забою за счет перекрытия по времени срабатывания кольцевого и кумулятивных прижимных зарядов взрывчатого вещества в наружной кольцевой полости кассеты и отражателях по сравнению с кольцевым и кумулятивными забойными зарядами взрывчатого вещества во внутренней кольцевой полости кассеты и отражателях, как за счет большей массы прижимных зарядов, по сравнению с массой забойных зарядов взрывчатого вещества в 1,1-5,0 раз, так и за счет расстояний до двух каналов с зарядами взрывчатого вещества в разделяющей стенке, расположенных симметрично с двух сторон от электрического детонатора, в том числе и большей скорости детонации кольцевого забойного заряда по сравнению с кольцевым прижимным зарядом взрывчатого вещества;

далее блок электрического инициирования переходит в штатный режим работы с установленным частотным интервалом и осуществляет процесс электрического инициирования следующей кассеты;

3. Самопогружаемое переносное взрывореактивное устройство для образования скважин в горных породах различной категории крепости с последовательно срабатывающими кассетами, снаряженное автономным источником питания, многоразовым дистанционным пультом управления, блоком электрического инициирования, скрепленным с рабочим органом, где рабочий орган представляет собой набор скрепленных между собой самопогружаемых одноразовых кассет со сквозными отверстиями вдоль центральной осевой линии, оснащенных зарядами взрывчатого вещества и средствами инициирования, при этом время срабатывания прижимных зарядов взрывчатого вещества перекрывает время срабатывания забойных зарядов кассеты, отличающееся тем, что

корпус блока электрического инициирования выполнен в виде цилиндра с внутренней полостью в виде цилиндра - цилиндрического сопла - или усеченного конуса - конусного сопла, у которого наружный диаметр не превышает наружный диаметр кассет рабочего органа, а внутренний в зоне крепления не меньше внутреннего диаметра рабочего органа и не больше наружного диаметра рабочего органа в верхней его части,

программное устройство блока электрического инициирования оснащено таймером, которое в запрограммированном режиме при наличии токов эмиссии или с замедлением инициирует электрические детонаторы,

рабочий орган комплектуется из 2, 3 или 7 кассетных рабочих модулей, которые жестко скреплены между собой в заводских условиях, что позволяет варьировать количеством кассет в рабочем органе от 2 до 21 кассеты,

сами кассеты дополнительно оснащены набором зарядов взрывчатого вещества цилиндрической формы с кумулятивными выемками, которые размещены в тонкостенных цилиндрических отражателях со сквозными отверстиями со стороны крепления к кольцевым прижимным и забойным зарядам взрывчатого вещества, при этом общая масса прижимных зарядов больше массы забойных зарядов взрывчатого вещества в 1,1-5,0 раз,

кроме того, каждая кассета оснащена дублирующим капсюлем-детонатором, а также имеет сквозные каналы, оснащенные взрывчатым веществом, в стенке, разделяющей забойные и прижимные заряды взрывчатого вещества, данные каналы расположены с двух сторон от электрического детонатора и капсюля-детонатора на одинаковом расстоянии, определяющем время замедления срабатывания кольцевого забойного заряда по сравнению с кольцевым прижимным зарядом взрывчатого вещества.