Системы и способы осуществления взрывных работ - RU2694664C2

Чертежи

Показать все 10 чертежа(ей)

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к системам и способам осуществления взрывных работ. В одной предпочтительной форме настоящего изобретения предоставлен способ создания забойки и конструкция для создания забойки взрывной скважины.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Регулирующие пробки или устройства для создания забойки, такие как агрегаты, выполненные в соответствии с отраслевыми стандартами, обычно имеющие диаметр 5 мм, 10 мм, 15 мм, пробка для регулировки взрыва StemPlug™ и пробка для регулировки взрыва MaxBlast™ были разработаны и применяются для повышения эффективности взрывных работ в горнодобывающей промышленности.

Когда устройства для создания забойки или регулирующие пробки работают как положено, они предоставляют преимущество, заключающееся в уменьшении затрат на взрывчатые вещества, необходимые для проведения взрывных работ, и соответствующие затраты на последовательную переработку.

В обстоятельствах, при которых традиционное проведение забойки агрегатами или регулирующими пробками не выполняется должным образом, может происходить неправильное разрушение горной породы, что приводит к соответствующим проблемам, связанным с безопасностью, повторными взрывными работами и обработкой горной породы.

Настоящее изобретение было разработано для решения этих проблем и затруднений, связанных с ними.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно первому аспекту предпочтительных вариантов осуществления, описанных здесь, предоставлен способ создания забойки взрывной скважины, при этом способ содержит: предоставление гелеобразного вещества в виде отеленного отрезка во взрывной скважине, в качестве забойки, отражающей ударную волну, для повышения эффективности взрывчатого вещества во время выполнения взрывных работ, при которых взрывчатое вещество находится во взрывной скважине.

Согласно второму аспекту предпочтительных вариантов осуществления, описанных здесь, предоставлена конструкция взрывной скважины, содержащая: взрывчатое вещество и гелеобразное вещество во взрывной скважине; при этом гелеобразное вещество предоставляет огеленный отрезок во взрывной скважине в качестве забойного материала, отражающего ударную волну, для увеличения эффективности взрывчатого вещества во взрывной скважине при взрывных работах.

Предпочтительные варианты осуществления относятся к использованию воды в качестве устройства для создания забойки во взрывных скважинах. В таких вариантах осуществления вода преобразовывается в гель с помощью сверхпоглощающих полимеров (SAP) или любых подобных реагентов, обладающих способностью поглощать деминерализованную воду в количестве, равном или превышающем 25:1 от их собственного веса.

SAP также известны под названием "гидрогели". При этом, соотношение объема к весу, равное 25:1, представляющее собой впитывание деминерализованной воды в структуру полимера, официально определяет SAP или гидрогели согласно Австралийской таможенной тарифной системе. Например, 1 грамм сверхпоглощающего полимера (SAP) должен поглощать 25 кубических сантиметров деминерализованной воды для того, чтобы быть классифицированным в качестве SAP.

Используемый гелеобразующий реагент обладает способностью превращать воду в гель в широком диапазоне типов воды. От очень низкого TDS до очень высокого TDS (TDS = общее количество растворенных твердых веществ). Это позволяет использовать широкий диапазон качества воды. Например, подходящее TDS может находиться в диапазоне от 0 мг/л до 100,000 мг/л хлорида натрия. Предпочтительно реагент способен взаимодействовать с 25,000 мг/л хлорида натрия или более.

В одной предпочтительной форме огеленный или отвердевший столб воды образуется поверх заряда взрывчатого вещества. Огеленная вода подается насосом в буровую скважину после установки заряда взрывчатого вещества. Столб огеленной воды заполняет столб желаемой высоты над зарядом взрывчатого вещества для создания условий взрывных работ. Огеленный столб воды может заполнять всю буровую скважину до поверхности или быть значительно меньше, в зависимости от обстоятельств.

В предпочтительных формах почти мгновенное образование геля, характерное для реагента, позволяет проводить гелевую забойку взрывных скважин от вертикальных до горизонтальных буровых скважин в пределах 360 градусов.

Предпочтительные системы проведения гелевой забойки согласно изобретению находят применение на поверхности или в подземных взрывных работах. Огеленный водяной столб может применяться в горизонтальных буровых скважинах, а также в вертикальных буровых скважинах, поскольку твердый гель не будет вытекать из буровой скважины.

Плотность отеленного столба воды может быть увеличена путем использования растворимых или нерастворимых утяжеляющих веществ, таких как хлорид натрия (NaCl) или барит (сульфат бария). Это позволяет регулировать гидростатическое давление, оказываемое огеленным столбом воды на дно и боковые стороны буровой скважины. В свою очередь, это может относиться к балансировке характеристик давления взрывной волны относительно высоты огеленного столба воды, выполняющего функцию устройства для создания забойки.

Отражение взрывной волны столбом огеленной воды и гидростатическое давление, оказываемое на дно и боковые стороны буровой скважины преимущественным образом приводят к управлению направлением и фокусировкой газов взрывной волны.

В свою очередь, это может позволить уменьшить высоту забойки по сравнению с традиционными способами.

В одном предпочтительном способе применение реализовано путем дозированного введения реагента с измеренной скоростью в поток воды. Сырая вода может подаваться из автоцистерны для воды, плотины, расположенной рядом с местом работ, или резервуара для хранения воды и оперативно подаваться насосом в оборудование для смешивания с реагентом. В зависимости от компонентов или химического состава сырая вода может обладать общим количеством растворенных твердых веществ от очень низкого до очень высокого. Затем реагент дозировано вводят в поток воды. Достаточная продолжительность пребывания необходима для осуществления реакции между реагентом и водой, в результате которой образуется гель. Кинетическую энергию применяют для обеспечения эффективного осуществления реакции. Гибкий шланг помещают в буровую скважину и полученную в результате огеленную воду подают насосом в буровую скважину с измеренной скоростью. Полученный в результате огеленный водяной столб может заполнять всю буровую скважину. Поршневой насос прямого вытеснения используется для подачи огеленной воды. Шланг извлекают из буровой скважины. Шланг затем помещают в следующую буровую скважину и процесс повторяют.

В предпочтительных формах реагирующий сверхпоглощающий полимер (SAP) может иметь твердую форму (т.е. порошка или гранул), форму волокна или жидкую форму. Жидкость может быть в виде раствора или эмульсии или в виде дисперсии отдельных частиц, взвешенных в жидкости-носителе. SAP могут иметь любой размер частиц. SAP могут или не могут иметь один или несколько размеров частиц с различным химическим составом. SAP могут применяться в качестве сшитых полимеров или они могут быть сшиты непосредственно на месте или они могут использоваться в сочетании и тех, и других в различных пропорциях. В реагент может быть добавлен реологический модификатор.

В первом аспекте предоставлен способ создания забойки взрывной скважины, при этом способ содержит: предоставление гелеобразного вещества в виде огеленного отрезка во взрывной скважине для повышения эффективности взрывчатого вещества во время выполнения взрывных работ в качестве забойного материала, отражающего ударную волну, при этом взрывчатое вещество находится во взрывной скважине.

Предпочтительно способ включает в себя обеспечение того, чтобы гелеобразное вещество включало в себя существенное количество воды, при этом существенное количество является достаточным для отражения ударной волны, образованной взрывчатым веществом.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление гелеобразного вещества во взрывной скважине в качестве огеленного водяного столба, свободно соприкасающегося со стенками взрывной скважины.

Предпочтительно гелеобразное вещество не имеет ограничений с тем, чтобы не содержаться в структуре пробки, ограничивающей огеленный отрезок, при этом структура пробки и ограничение огеленного отрезка предназначены для оказания давления на стенки взрывной скважины.

Предпочтительно предоставление гелеобразного вещества содержит предоставление сверхпоглощающего полимерного геля; и способ включает в себя подачу сверхпоглощающего полимерного геля насосом во взрывную скважину для создания огеленного столба воды.

Предпочтительно предоставление гелеобразного вещества содержит предоставление сверхпоглощающего полимерного геля, обладающего гидрофильными и другими свойствами, позволяющими гелю соприкасаться со взрывчатым веществом.

Предпочтительно способ включает в себя обеспечение предоставления нулевого или близкого к нулевому промежуточного свободного объема воды в пределах существенной части огеленного отрезка; при этом нулевой или близкий к нулевому промежуточный свободный объем воды служит для отражения ударной волны, образованной взрывчатым веществом.

Предпочтительно способ включает в себя подачу сверхпоглощающего полимерного геля насосом во взрывную скважину для упреждающего заполнения трещин в стенке взрывной скважины.

Предпочтительно способ включает в себя обеспечение того, чтобы сверхпоглощающий полимерный гель был по существу пропитан водой, по меньшей мере в пределах существенной части огеленного отрезка сверхпоглощающего полимерного геля.

Предпочтительно способ включает в себя обеспечение того, чтобы сверхпоглощающий полимерный гель был по существу пропитан водой перед поступлением во взрывную скважину.

Предпочтительно способ включает в себя обеспечение того, чтобы сверхпоглощающий полимерный гель был полностью пропитан водой перед поступлением во взрывную скважину.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление огеленного отрезка в виде отрезка, равного по меньшей мере 100 мм.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление огеленного отрезка в виде отрезка, равного по меньшей мере 200 мм.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление огеленного отрезка в виде отрезка, равного по меньшей мере 500 мм.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление огеленного отрезка в виде отрезка, равного по меньшей мере 1 м.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление огеленного отрезка в виде отрезка, равного по меньшей мере 2 м.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление огеленного отрезка в виде отрезка, равного по меньшей мере 3 м.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление огеленного отрезка в виде отрезка, равного по меньшей мере 4 м.

Предпочтительно отрезок предоставляет вертикальную высоту, при этом вертикальная высота предоставляет вертикальное гидростатическое давление под действием силы тяжести.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление гелеобразного вещества с удельным весом от 1 до 2 включительно.

Предпочтительно способ включает в себя предоставление гелеобразного вещества с удельным весом, превышающим 1,0.

Предпочтительно огеленный отрезок предоставляет структуру, предназначенную для обеспечения уменьшения давления детонации, в пределах огеленного отрезка, равного по меньшей мере 99%; по меньшей мере 98%; по меньшей мере 90%; или другой полезной величины.

Предпочтительно огеленный отрезок предоставляет структуру, предназначенную для обеспечения уменьшения давления детонации, равного по меньшей мере 60%; по меньшей мере 50%; по меньшей мере 40%; или другой полезной величины.

Предпочтительно способ включает в себя формирование гелеобразного вещества путем комбинирования сверхпоглощающего полимера с солоноватой сточной водой, обладающей общим количеством растворенных твердых веществ от 100 до 5000 мг/л.

Предпочтительно способ включает в себя формирование гелеобразного вещества путем комбинирования сверхпоглощающего полимера с солесодержащей сточной водой, обладающей общим количеством растворенных твердых веществ более 5000 мг/л.

Во втором аспекте предпочтительных вариантов осуществления, описанных здесь, предоставлена конструкция взрывной скважины, содержащая: взрывчатое вещество и гелеобразное вещество во взрывной скважине; при этом гелеобразное вещество предоставляет огеленный отрезок во взрывной скважине для увеличения эффективности взрывчатого вещества во взрывной скважине при взрывных работах.

Предпочтительно гелеобразное вещество включает в себя существенное количество воды, при этом существенное количество является достаточным для отражения ударной волны, образованной взрывчатым веществом.

Предпочтительно гелеобразное вещество не имеет ограничений для того, чтобы образовывать огеленный водяной столб.

Предпочтительно гелеобразное вещество не имеет ограничений с тем, чтобы не быть заключенным в структуре, ограничивающей отрезок огеленного водяного столба для оказания повышенного бокового давления на стенки взрывной скважины.

Предпочтительно гелеобразное вещество содержит сверхпоглощающий полимерный гель, который был подан насосом во взрывную скважину для создания огеленного столба воды.

Предпочтительно гелеобразное вещество содержит сверхпоглощающий полимерный гель, обладающий гидрофильными и другими свойствами, позволяющими гелю соприкасаться со взрывчатым веществом.

Предпочтительно нулевой или близкий к нулевому промежуточный свободный объем воды предоставлен в пределах существенной части огеленного отрезка; при этом нулевой или близкий к нулевому промежуточный свободный объем воды служит для отражения ударной волны, образованной взрывчатым веществом при взрывных работах.

Предпочтительно сверхпоглощающий полимерный гель проходит в трещины в стенке взрывной скважины для того, чтобы заполнять трещины.

Предпочтительно сверхпоглощающий полимерный гель по существу пропитан водой, по меньшей мере в пределах существенной части отрезка сверхпоглощающего полимерного геля.

Предпочтительно сверхпоглощающий полимерный гель по существу пропитан водой перед поступлением во взрывную скважину.

Предпочтительно сверхпоглощающий полимерный гель полностью пропитан водой перед поступлением во взрывную скважину.

Предпочтительно огеленный отрезок предоставлен в виде отрезка величиной по меньшей мере 100 мм.

Предпочтительно огеленный отрезок предоставлен в виде отрезка величиной по меньшей мере 200 мм.

Предпочтительно огеленный отрезок предоставлен в виде отрезка величиной по меньшей мере 500 мм.

Предпочтительно огеленный отрезок предоставлен в виде отрезка величиной по меньшей мере 1 м.

Предпочтительно огеленный отрезок предоставлен в виде отрезка величиной по меньшей мере 2 м.

Предпочтительно огеленный отрезок предоставлен в виде отрезка величиной по меньшей мере 3 м.

Предпочтительно гелеобразное вещество имеет удельный вес от 1 до 2 включительно.

Предпочтительно гелеобразное вещество имеет удельный вес, превышающий 1,0.

Предпочтительно гелеобразное вещество образовано путем комбинирования сверхпоглощающего полимера с солоноватой сточной водой, обладающей общим количеством растворенных твердых веществ от 100 до 5000 мг/л.

Предпочтительно гелеобразное вещество образовано путем комбинирования сверхпоглощающего полимера с солесодержащей сточной водой, обладающей общим количеством растворенных твердых веществ более 5000 мг/л.

Сверхпоглощающий полимер предпочтительно: (i) удерживает массу, более чем в 25 раз превышающую собственную; (ii) удерживает массу, более чем в 100 раз превышающую собственную; (iii) удерживает массу, более чем в 200 раз превышающую собственную; (iv) удерживает массу, более чем в 300 раз превышающую собственную; (v) удерживает массу, более чем в 400 раз превышающую собственную; и так далее.

Согласно одному аспекту предпочтительных вариантов осуществления, описанных здесь, предоставлен способ создания забойки взрывной скважины, при этом способ содержит: предоставление гелеобразного вещества в виде огеленного отрезка во взрывной скважине для повышения эффективности взрывчатого вещества во время выполнения взрывных работ; при этом взрывчатое вещество находится во взрывной скважине.

Согласно одному аспекту вариантов осуществления, описанных здесь, предоставлена конструкция взрывной скважины, содержащая: взрывчатое вещество и гелеобразное вещество во взрывной скважине; при этом гелеобразное вещество предоставляет огеленный отрезок во взрывной скважине для увеличения эффективности взрывчатого вещества во взрывной скважине при взрывных работах.

Предпочтительные системы и способы, описанные здесь, могут предоставлять несколько преимуществ, включающих в себя:

1) Способность быстро и легко адаптироваться ко всем взрывным скважинам по сравнению с традиционными технологиями.

2) Предоставление способа решения проблемы, заключающейся в том, что традиционные устройства для создания забойки в форме агрегатов или пробок время от времени выталкиваются из скважины, тем самым вызывая неэффективное распространение взрывной волны, уменьшенное воздействие на горную породу и соответствующее увеличение проблем и затрат, связанных с последовательной переработкой. Считается, что использование огеленного водяного столба в предпочтительных системах создания забойки уменьшает вероятность таких событий.

3) Предоставление оператору возможности повторно войти в скважину если заряд взрывчатого вещества не взорвется. Все другие устройства для создания забойки, известные подателю настоящей заявки, предоставляют пробку, образующую физический барьер, препятствующий доступу к невзорвавшемуся заряду.

4) Повышение эффективности по сравнению с традиционными механическими или физическими устройствами для создания забойки. Насколько известно заявителю, в известном уровне техники или в современных системах отсутствует способность отражать или изменять на противоположное направление взрывной волны при использовании во взрывной скважине.

5) Благодаря достижению более высокой эффективности направления и фокусировки газов взрывной волны требуется меньше взрывчатого вещества. Следовательно, можно уменьшить геометрические размеры взрывной скважины, т.е. глубину и диаметр взрывной скважины. Также можно уменьшить количество требуемых взрывных скважин, что приведет к существенной экономии в промышленности.

6) Огеленный водяной столб может применяться в диапазоне 360 градусов во взрывных буровых скважинах над землей или под землей.

Следует понимать, что другие аспекты, предпочтительные формы и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из настоящего технического описания, включающего в себя подробное описание, графические материалы и формулу изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Для облегчения лучшего понимания настоящего изобретения, несколько предпочтительных вариантов осуществления будут описаны со ссылкой на следующие графические материалы, на которых:

на фиг. 1 показан вид в перспективе пласта для проведения взрывных работ;

на фиг. 2 показан схематический вид взрыва внутри буровой скважины;

на фиг. 3 показано наглядное представление способа согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 4 показано дальнейшее наглядное представление применительно к способу, изображенному на фиг. 3;

на фиг. 5 показано наглядное представление конструкции взрывной скважины согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 6 и фиг. 7 изображена работа другого варианта осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 8 и фиг. 9 показаны графики, изображающие несколько результатов испытаний; и

на фиг. 10 показана сводка результатов испытаний, изображенных на фиг. 8 и фиг. 9, представленная в виде таблицы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Следует понимать, что каждый из вариантов осуществления описан особо и что настоящее изобретение не должно быть истолковано как ограниченное любым определенным признаком или элементом любого из вариантов осуществления. Настоящее изобретение также не должно быть истолковано как ограниченное любым признаком из нескольких вариантов осуществления или вариаций, описанных в отношении вариантов осуществления.

Рассмотрим фиг. 1, на которой изображен пласт 10 для проведения взрывных работ. Пласт 10 для проведения взрывных работ включает в себя несколько буровых скважин 12, расположенных в виде сетки. Пласт для проведения взрывных работ содержит расстояние 14 от откоса уступа, интервал 16, высоту 18 пласта, глубину 20 подбуривания. При эксплуатации существует последовательность инициирования детонации и последовательного взрывания рядов и скважин.

В зависимости от структуры горной породы, скважины 12 могут иметь диаметр 6 дюймов и могут находиться на расстоянии друг от друга, равном приблизительно 12 футов. Количество взрывчатого вещества, используемого в каждой буровой скважине, зависит от нескольких факторов, включая тип взрывчатого вещества, глубина и диаметр буровой скважины, глубина подбуривания, интервал, расстояние от откоса уступа и последовательность детонации в буровой скважине. Каждый из этих факторов, а также другие факторы, определяют параметры программы взрывных работ.

Предположим, что традиционные агрегаты или регулирующие пробки для создания забойки используются в буровых скважинах 12 и работают как положено, регулирующие пробки применяются для сдерживания газов взрыва. Горную породу взрывают и делят на фрагменты горной породы, обладающие подходящим размером для последующей переработки.

Тем не менее, если одна или несколько регулирующих пробок не работают как положено и выбрасываются взрывом из буровых скважин 12, соответствующая программа взрывных работ может быть нарушена. В определенных обстоятельствах это может привести к необходимости удалять большие куски или секции горной породы из пласта 10 для проведения взрывных работ, а также к возможной необходимости повторного выполнения взрывных работ. Процесс удаления такой горной породы, повторного выполнения взрывных работ и механического разрушения имеют связанные с ними затраты времени и труда. Получение горной породы, которая была взорвана и разделена на фрагменты, обладающие подходящим размером, является основной целью горнорудной промышленности. Неудовлетворительные взрывные работы, приводящие к увеличению затрат на работу с материалами на этапе транспортировки и переработки, представляют собой проблему для операторов в карьерах и шахтах.

Рассмотрим фиг. 2, на которой изображен взрыв 22 внутри буровой скважины 12. Устройство 24 для создания забойки размещается между двумя секциями породной полосы 26. Размещение устройства 24 для создания забойки на своем месте перед взрывом 22 служит для предотвращения выброса вверх газов взрыва. Выброс газов взрыва приводит к уменьшению силы взрыва, воздействующей на соседнюю горную породу, а также к образованию воздушной волны взрыва и разлету осколков горной породы.

В случае устройства для создания забойки, в зависимости от условий, устройство 24 для создания забойки может быть выброшено взрывом из буровой скважины 12 и негативно повлиять на эффект последовательности взрыва.

На фиг. 3 изображен способ 28 согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Способ 28 предоставляет несколько преимуществ, которые подробно описаны ниже.

Блок 30 способа 28, взрывчатое вещество 32 вводят внутрь взрывной скважины 34 и размещают на ее дне. В блоке 36 гелеобразное вещество 38 (гель или другое) подготавливают к подаче насосом во взрывную скважину 34.

Процесс в блоке 36 содержит предоставление реагента 40 для создания забойки, противодействующей ударной волне. Предоставленный реагент 40 для создания забойки, противодействующей ударной волне, вступил в реакцию с водой 42 для формирования гелевой среды 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне (сверхпоглощающего полимерного геля). Вода 42 подается из источника 46 воды.

Преимущественным образом, реагент 40 для создания забойки, противодействующей ударной волне, транспортируют к местоположению взрывной скважины 34 на участке горных работ. Реагент 40 для создания забойки, противодействующей ударной волне, подают в упакованном виде и перемешивают с водой 42.

В блоке 48 способ 10 включает в себя подачу насосом вступившей в реакцию среды 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, из системы 50 во взрывную скважину 34 с помощью насоса 52.

В рамках блока 48, вступившая в реакцию среда 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, подается насосом непосредственно в нижний конец 54 взрывной скважины 34. С этой целью труба 56 проходит вниз по взрывной скважине 34 для подачи вступившей в реакцию среды 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, в желаемое местоположение. По мере подачи вступившей в реакцию среды 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, по трубе 56, трубу 56 поднимают в рамках способа 10. Таким образом, взрывная скважина 34 постепенно заполняется вступившей в реакцию средой 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, поверх взрывчатого вещества 32 в направлении, проходящем к верхнему отверстию 58 взрывной скважины 34.

Следует отметить, что вступившая в реакцию среда 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, предоставлена в виде огеленного отрезка 60, заполняющего часть остального отрезка 62 взрывной скважины 34. Стеленный отрезок 60 предоставляет забоечную среду 60, противодействующую ударной волне, в форме огеленного водяного столба 60, высота которого подходит для условия выполнения взрывных работ.

Как будет подробно описано в отношении фиг. 8-12, считается, что забойки, противодействующие ударной волне, согласно вариантам осуществления будут эффективно ограничивать и регулировать давлением газа при взрывных работах. В настоящее время считается, что разность при потере энергии может быть обусловлена лишь отражением большей части энергии ударной волны.

Благодаря тому, что вода является по существу несжимаемой и огеленный водяной столб 60 преимущественным образом содержит существенное количество воды, количество воды и форма столба являются достаточными для преимущественного взаимодействия с потенциальной ударной волной от взрывчатого вещества после детонации.

Огеленный водяной столб 60 предоставляет значительный непрерывный отрезок, служащий для желаемого отражения ударной волны для повышения эффективности взрывчатого вещества 32 в ходе взрывных работ.

Как изображено на фиг. 4, взрывчатое вещество 32 предоставлено в виде взрывчатого вещества 65 определенной формы. Преимущественным образом, вступившая в реакцию среда 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, обладает характеристиками (гидрофильными и другими свойствами), позволяющие вступившей в реакцию среде 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, соприкасаться с взрывчатым веществом 65. Преимущественным образом, во вступившей в реакцию среде 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, предоставлен нулевой или близкий к нулевому промежуточный свободный объем воды.

Считается, что столб вступившей в реакцию среды 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, и подача насосом вступившей в реакцию среды 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, в блоке 48 преимущественным образом обладают способностью заполнять трещины 64 в стенке 66 взрывной скважины 34.

Вступившая в реакцию среда 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, имеет удельный вес более 1,0, одновременно по существу сохраняя характерные для геля свойства вступившей в реакцию среды 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне. Увеличение удельного веса вступившей в реакцию среды для создания забойки, противодействующей ударной волне, будет увеличивать гидростатическое давление, оказываемое огеленным отрезком воды 44. Хотя длина водяного столба 60 будет определяться параметрами взрывных работ, предоставленный огеленный отрезок может предоставить существенный гидростатический напор, способствующий отражению ударной волны, вызванной взрывчатым веществом 65.

Как изображено на фиг. 5, считается, что способ 28 предоставляет конструкцию 70 взрывной скважины согласно дальнейшему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Конструкция 70 взрывной скважины содержит взрывчатое вещество 32 и гелеобразное вещество 38 (гель 44) во взрывной скважине 34. Вступившая в реакцию среда 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, соприкасается со взрывчатым веществом 32 и отражает ударную волну вдоль пути наименьшего сопротивления в область, расположенную ниже вступившей в реакцию среды 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне.

Следует отметить, что вступившая в реакцию гелевая среда 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, проходит в трещины 64 в стенке 66 взрывной скважины 34. Вступившая в реакцию гелевая среда 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, по существу пропитана водой перед поступлением в скважину и, как результат, находясь во взрывной скважине 34.

Гелеобразное вещество вступившей в реакцию среды для создания забойки, противодействующей ударной волне, имеет удельный вес, превышающий 1,0. При детонации взрывчатого вещества 32 и последующем образовании ударной волны вступившая в реакцию гелевая среда 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне (оставшаяся или другая), действует таким образом чтобы отражать энергию ударной волны в сторону от открытой забитой скважины, перенаправляя газы взрыва вниз, во взрывную скважину 34 и вбок, в ее стенки и преимущественно к любой хребтообразной поверхности.

В этом варианте осуществления вступившая в реакцию гелевая среда 44 для создания забойки, противодействующей ударной волне, преимущественным образом сформирована путем комбинирования реагента для создания забойки, противодействующей ударной волне, с солесодержащей сточной водой, обладающей общим количеством растворенных твердых веществ более 10,000 мг/л, из отходов процесса опреснения, выполняемого на месте горных работ. Обычно такую сточную воду нужно выпускать в окружающую среду она содержит соленую воду с большим общим количеством растворенных твердых веществ. Известно, что сточная вода такого типа является особенно проблематичной и связана с несколькими экологическими проблемами. Настоящий вариант осуществления предоставляет преимущественный способ удаления такой воды.

Как станет очевидно, варианты осуществления преимущественным образом используют воду в качестве устройства для создания забойки во взрывных скважинах. В рамках процесса вода преобразуется в гель с помощью реагента для создания забойки, противодействующей ударной волне.

Используемый гелеобразующий реагент преимущественным образом обладает способностью превращать воду в гель в широком диапазоне типов воды. От очень низкого общего количества растворенных твердых веществ (TDS) до очень высокого общего количества растворенных твердых веществ.

Огеленная текучая среда подается насосом в буровую скважину после установки заряда взрывчатого вещества. Это создает огеленный столб воды поверх взрывчатого вещества. Столб огеленной текучей среды может иметь любую подходящую высоту над зарядом взрывчатого вещества и может заполнять всю буровую скважину до поверхности.

Следует отметить, что почти мгновенные гелеобразующие характеристики реагента могут позволить создавать гелевую забойку взрывных скважин от вертикальных до горизонтальных буровых скважин, с возможностью заполнения в диапазоне 360 градусов. Следовательно, система создания гелевой забойки может найти применение в поверхностных взрывных работах или подземных взрывных работах. В не вертикальных применениях гелю может быть придана густота для того, чтобы он не вытекал из буровой скважины. Также могут использоваться различные системы для удержания геля. Как будет очевидно, огеленная текучая среда может использоваться: (i) сверху, (ii) снизу, (iii) сверху и снизу или (iv) поочередно сверху и снизу относительно заряда взрывчатого вещества, в зависимости от требований взрывных работ, необходимых оператору. Традиционно это известно как рассредоточение заряда взрывчатого вещества.

Плотность геля может быть увеличена с помощью растворимых или нерастворимых утяжеляющих веществ, таких как хлорид натрия (NaCl) или такого утяжеляющего вещества как барит (сульфат бария). Это позволяет регулировать гидростатическое давление, оказываемое на дно буровой скважины и боковые стороны буровой скважины. В свою очередь, это может относиться к балансировке заряда взрывчатого вещества относительно системы для создания гелевой забойки.

Считается, что отражение взрывной волны столбом огеленной текучей среды и гидростатическое давление, оказываемое на дно буровой скважины, должны привести к существенному уменьшению количества взрывчатых веществ, необходимых для выполнения сравнимого объема работы. Считается, что это продемонстрировано испытаниями, как будет описано в отношении фиг. 8-12.

Были замечены улучшения при использовании традиционных устройств для создания забойки, несмотря на то, что они предназначены лишь для попыток физического ограничения давления газов взрывчатых веществ. Соответственно, считается, что варианты осуществления забойки, противодействующей ударной волне, должны продемонстрировать по существу растущие улучшения по сравнению со всеми традиционными устройствами для создания забойки.

Документ WO 2012/090165 за авторством Roderick Smart озаглавлен 'Tamping Device and Method' и подан 28 декабря 2011 г. В документе описано устройство для создания забойки, использующее сверхпоглощающий полимер. Сверхпоглощающий полимер содержится в коротком отрезке полупроницаемого материала, расположенного в буровой скважине.

В документе предусмотрено устройство в виде пробки для создания забойки, где полупроницаемая мембрана пропитана жидкостью на водной основе, до либо после ее введения во взрывную скважину, с тем чтобы она расширялась и соприкасалась со стенкой взрывной скважины. Считается, что использование капсулы, предусмотренной документом WO 2012/090165, в значительной степени является эквивалентом обычной пробки. Примерные размеры заглушек, описанные в документе WO 2012/090165, включают в себя устройства для создания забойки размером 240 мм и 300 мм.

Предварительное смачивание непосредственно перед введением скорее всего не обеспечит сборку с буровой скважиной. Смачивание в буровой скважине может привести к другим осложнениям. В случае капсулы, смоченной образом, предусмотренным в документе WO 2012/090165, заявитель полагает, что капсула может продолжить всасывать воду в сверхпоглощающий полимер до тех пор, пока не останется промежуточной воды между частицами, оставляя воздушные зазоры. Таким образом она выполняет функцию традиционной пробки. Для решения проблемы во взрывную скважину нужно ввести свободную воду. Это не совместимо с водочувствительными типами взрывчатых веществ. Свободная вода во взрывных скважинах также приводит к другим неблагоприятным результатам для управления взрывными работами.

Более того, в документе предусмотрена лишь ограниченная мембрана, впитывающая воду, которая заставляет мембрану расширяться наружу в боковом направлении. Для этой цели имеется излишек сверхпоглощающего полимера для поглощения воды для непрерывного расширения мембраны. В системе не предусмотрено предоставление огеленного водяного столба, способного перенаправлять ударную волну от заряда взрывчатого вещества. Заявитель считает, что ударная волна пройдет сквозь пробку, описанную в WO 2012/090165 по рассмотренным причинам. Пробка, описанная в WO 2012/090165, скорее всего будет выброшена из буровой скважины, в лучшем случае ограничивая газы взрыва лишь в течение относительно короткого периода времени.

В настоящих вариантах осуществления, описанных здесь, отсутствуют воздушные карманы и отсутствует полупроницаемая мембрана. Ударная волна, вызванная взрывом, перенаправляется столбом геля. Гидростатический напор может играть роль при ограничении и отражении ударной волны.

Сверхпоглощающие полимеры (SAP), указанные в документе WO 2012/090165, включают в себя полиакриламид, поливиниловый спирт, сшитый полиэтиленоксид, полиметилакрилат и полиакриловые соли. Полиакриловая соль предпочтительно выбрана из полиакрилата натрия, полиакрилата калия, полиакрилата лития и полиакрилата аммония.

На фиг. 6 изображена основная работа другого варианта осуществления настоящего изобретения. В этом варианте осуществления источник 72 сырой воды соединен с поршневым насосом 74 прямого вытеснения. Насос 74 подает воду в станцию дозирования реагента и смеситель 76. Полученную в результате вступившую в реакцию гелевую среду 78 для создания забойки, противодействующей ударной волне, затем подают к буровой скважине 80. Как изображено на фиг. 7, вступившую в реакцию гелевую среду 78 для создания забойки, противодействующей ударной волне, подают над зарядом 82 взрывчатого вещества.

В этом варианте осуществления применение реализовано путем дозированного введения реагента в поток воды. Вода может подаваться из автоцистерны для воды, плотины, расположенной рядом с местом работ, потока отходов установки обратного осмоса (RO) или резервуара для хранения воды и оперативно подаваться насосом в оборудование для смешивания с реагентом. Достаточная продолжительность пребывания необходима для осуществления реакции между реагентом и водой, в результате которой образуется гель. Соответствующая кинетическая энергия подается для обеспечения осуществления реакции. Гибкий шланг помещают в буровую скважину и полученную в результате огеленную текучую среду подают насосом с измеренной скоростью для заполнения скважины. Шланг поднимают по мере того, как гель течет в скважину.

Поршневой насос прямого вытеснения используется для подачи огеленной текучей среды. После заполнения шланг извлекают из буровой скважины. Затем шланг помещают в следующую буровую скважину и процесс повторяют.

Как было описано, вероятность выталкивания из скважины традиционного агрегата для создания забойки или устройств для создания забойки в форме пробки представляет собой проблему. Отказ одного или нескольких традиционных устройств для создания забойки в программе взрывных работ может привести к неэффективному взрыву, уменьшенному воздействию на горную породу и неравномерному распространению взрывной волны. Это приводит к проблемам, связанным с последовательной переработкой, которые влияют на прибыльность участка горных работ и производственного оборудования. Настоящий вариант осуществления должен предоставить воспроизводимые и единообразные характеристики взрывных работ.

Применительно к преимуществу, связанному со сточной водой, на многих участках горных работ вода подается посредством оборудования для обратного осмоса (RO). Поток отходов из установок обратного осмоса часто имеет очень высокое TDS и его утилизация является проблематичной. Варианты осуществления предоставляют преимущественный образ утилизации.

Применительно к взрывчатым веществам, варианты осуществления должны обеспечить уменьшение расхода взрывчатых веществ в программе взрывных работ.

Уменьшение необходимой мощности взрывчатого вещества может предоставить возможность преимущественного изменения глубины и диаметра буровой скважины и других характеристик взрывных работ. Это может сэкономить время и энергию, необходимые для бурения и подготовки схемы взрывных буровых скважин.

Другое преимущество заключается в возможности повторного введения в скважину сквозь столб геля если заряд взрывчатого вещества не взорвется. Традиционные устройства для создания забойки предоставляют пробку, образующую физический барьер, предотвращающий непосредственный доступ к не взорвавшемуся заряду. Все другие традиционные барьеры в виде пробок образуют физический барьер, предотвращающий легкий доступ к не взорвавшемуся заряду.

Дополнительно, установка традиционных устройств для создания забойки является сложной и занимает много времени. Они часто требуют плотной посадки, которую может быть трудно обеспечить, учитывая неровную поверхность буровой скважины. Аспекты, связанные с временем и надежностью, системы для создания гелевой забойки в вариантах осуществления считаются преимущественными.

Заявитель также считает, что система создания забойки, противодействующей ударной волне (PWS), согласно вариантам осуществления, может легко применяться в различных условиях.

Рассмотрим фиг. 8, где изображены результаты контрольного испытания, выполненного с помощью измерительного преобразователя, взрыва в буровой скважине, имеющей глубину 670 мм над взрывчатым веществом. Измерительный преобразователь был расположен на расстоянии 200 мм выше взрывчатого вещества. Буровая скважина была заполнена вступившим в реакцию реагентом для создания забойки, противодействующей ударной волне, и водой. Испытание проводилось компанией QMR Blasting Analysis, штат Квинсленд, Австралия, которая считается ведущим специалистом в данной отрасли, признанным во всем мире.

Применительно к результатам, полученным измерительным преобразователем, как показано на фиг. 8, данные зафиксировали, что измеренная ударная волна за 0,082 мс прошла 200 мм (высота забойки, противодействующей ударной волне) при средней скорости детонации (VOD), равной 2439 м/сек. Рассчитанная скорость детонации (VOD) используемых взрывчатых веществ составляла 5000 м/сек. Это соответствует уменьшению VOD, составляющему приблизительно 51% в пределах 200 мм.

Измеренное давление детонации на 200 мм выше взрывчатого вещества составляло 0,14 ГПа. Рассчитанное давление детонации используемых взрывчатых веществ составляло 7,5 ГПа, т.е. уменьшение давления детонации по сравнению с рассчитанными 7,5 ГПа составило 98%).

Рассмотрим фиг. 9, где изображены результаты, полученные измерительным преобразователем, расположенным на 660 мм выше взрывчатого вещества. Считается, что измерительный преобразователь демонстрирует наличие ударной волны, проходящей 660 мм за 0,406 мс со средней скоростью, равной 1625 м/сек. Это указывает на уменьшение VOD, равное 67,5% в пределах 660 мм и измеренное давление детонации, равное 0,084 ГПа в передах 660 мм представляет собой уменьшение давления детонации на 99%, (как и ранее, рассчитанное давление детонации используемого взрывчатого вещества составляло 7,5 ГПа

Как было рассмотрено, новый забойный материал уменьшил на 98% давление детонации в пределах расстояния, равного 200 мм. Скорость распространения волны давления детонации уменьшилось в пределах длины забойки, что указывает на изменения физических характеристик вдоль длины забойки. Разность при потере энергии может быть обусловлена лишь отражением большей части энергии ударной волны.

Таким образом, считается что варианты осуществления предоставляют преимущественную технологию изделия для создания забойки, противодействующей ударной волне (PWS), предназначенную для отражения энергии ударной волны, образованной давлением детонации, которая в свою очередь перенаправляет расширяющиеся газы и связанное с ними давление преимущественно к любой хребтообразной поверхности (к боковым сторонам буровой скважины в сторону от отверстия буровой скважины).

Как продемонстрировано испытаниями, взрывная волна отражается нашей системой PWS, тем самым изменяя направление расширяющихся газов на противоположное и фокусируя их в направлении к любой хребтообразной поверхности. В существующих системах считается, что взрывная волна будет проходить сквозь существующие устройства для создания забойки, приводя к возможной дестабилизации забивки, и не играет роли в сдерживании газа.

Вариант осуществления преимущественным образом использует взаимоотношение между: энергией детонации; гидростатическим давлением, оказываемым столбом PWS; скоростью образования ударной волны, которая обычно составляет 3-5 миллисекунд после детонации по сравнению с 24 миллисекундами для распространения газов; геометрическими параметрами взрывной скважины; и рабочими требованиями.

В целях дозировки реагент PWS предоставлен в виде жидкости для вступления в реакцию с водой перед введением внутрь буровой скважины. В вариантах осуществления жидкий реагент PWS (перед добавлением в воду и подачей насосом в буровую скважину) может представлять собой раствор, эмульсию, дисперсию растворимых или нерастворимых гидрофильных молекул. Жидкий реагент PWS предпочтительно впитывает воду в размере минимум 25:1 собственного веса.

Потенциальные или другие преимущества системы включают в себя: возможность быстрого и легкого применения ко всем взрывным скважинам; предоставление способа решения неэффективного распространения взрывной волны путем фокусировки энергии на горной породе, уменьшая предрасположенность к созданию чрезмерно крупных фрагментов и последующих проблем, связанных с последовательной переработкой; предоставление оператору возможности повторно войти в скважину, при необходимости; возможность уменьшения глубины и диаметра взрывной скважины; возможность уменьшения необходимого количества взрывных скважин - что приводит к существенной экономии в промышленности; практичная утилизация сточной воды (например из установок обратного осмоса); возможность того, что традиционный агрегат для создания забойки сорвет или повредит проводку, необходимую для детонации; и уменьшение необходимой высоты забойки.

Дополнительные преимущества могут включать возможность изменения схемы бурения, уменьшение выброса воздуха/пыли, управление разлетом осколков, управление дроблением горной породы на фрагменты и так далее. Разумеется, также предоставлены преимущества, связанные с традиционным созданием забойки.

В этих вариантах осуществления не применяется картридж, размещаемый в буровой скважине, или полупроницаемая мембрана. Гель подается насосом в скважину без свободной воды. Это позволяет более выгодно использовать более дешевые водочувствительные взрывчатые вещества, такие как ANFO.

Как будет очевидно, различные изменения и эквивалентные формы могут быть предоставлены в пределах идеи и объема настоящего изобретения. Это включает в себя модификации, находящиеся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения, вместе со всеми модификациями, альтернативными конструкциями и эквивалентами.

Настоящее изобретение не предназначено для ограничения определенными вариантами осуществления, изображенными на графических материалах. Настоящее изобретение должно быть истолковано выгодным для заявителя образом и изобретению должен быть предоставлен полный объем.

В настоящем техническом описании наличие определенных признаков не исключает наличия других признаков. Слова "содержащий", "включающий в себя" и "обладающий" должны быть истолкованы как включающие, но не исключающие.

Следует понимать, что любое обсуждение в настоящем техническом описании предназначено для пояснения контекста настоящего изобретения. Нельзя принимать в качестве допущения, что рассмотренный материал являлся частью известного уровня техники или соответствующих общедоступных сведений в любой конкретной стране или регионе.

Реферат

Изобретение относится к системе и способам осуществления взрывных работ. Способ создания забойки взрывной скважины включает в себя: подачу сверхпоглощающего полимерного геля, имеющего соотношение воды к сверхпоглощающему полимеру, равное по меньшей мере 25:1, насосом во взрывную скважину с взрывчатым веществом для создания не имеющего ограничений огеленного столба воды, тем самым обеспечивая забойку, отражающую ударную волну, во взрывной скважине для увеличения эффективности взрывчатого вещества при взрывных работах. Огеленный столб воды уменьшает давление детонации по меньшей мере на 98% в пределах расстояния, равного 200 мм. Способ позволяет управлять направлением и фокусировкой газов взрывной волны. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула