PL B1. GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWA, Katowice, PL BUP 05/ WUP 09/18. JAN DRZEWIECKI, Pszczyna, PL RZECZPOSPOLITA POLSKA

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) Int.Cl. F42B 3/08 ( ) F42B 1/02 ( ) F42B 12/18 ( ) F42B 12/10 ( ) F42B 1/032 ( ) F42D 1/00 ( ) F42D 3/04 ( ) (54) Nabój kumulacyjny materiału wybuchowego (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 05/18 (73) Uprawniony z patentu: GŁÓWNY INSTYTUT GÓRNICTWA, Katowice, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/18 (72) Twórca(y) wynalazku: JAN DRZEWIECKI, Pszczyna, PL PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest nabój kumulacyjny materiału wybuchowego, stosowany zwłaszcza w górnictwie. 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 RWU nabój do strzelań obrysowych i gładko ściennych 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 PL 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 naboju kumulacyjnego, który byłby modułowy oraz umożliwiał wzajemne trwałe łączenie nabojów z możliwością ich wzajemnego obrotu o zadany kąt. Istotą wynalazku jest nabój kumulacyjny materiału wybuchowego o obudowie w kształcie obustronnie zamkniętego walca charakteryzujący się tym, że wewnątrz obudowy zawiera materiał wybuchowy ograniczony na całej wysokości ścianami obudowy i przegrodą o kącie od 45 do 60 w postaci wkładki akumulacyjnej, 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, a kształt wypustek jest dopasowany do kształtu gniazd. Korzystnie nabój jest z materiału antystatycznego korzystnie papieru lub tworzywa sztucznego. Korzystnie nabój posiada na powierzchni czołowej wypustkę centralną o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy. Korzystnie nabój posiada na powierzchni tylnej gniazdo centralne o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy. Korzystnie wypustki i gniazda rozmieszczone są w równej odległości od środka okręgu powierzchni czołowej i tylnej obudowy. Wypustki i gniazda mają kształt koła. Korzystnie ilość wypustek i gniazd jest identyczna i zależna od wielkości i kształtu przekroju poprzecznego naboju w ten sposób, że naboje względem siebie obracają się o kąt nie mniejszy niż 45. Korzystnie nabój posiada osiem wypustek 4 i osiem gniazd 5. Dzięki zastosowanym wypustko i gniazdom. Poszczególne naboje można łączyć ze sobą modułowo, w dowolnej ilości. Obudowa naboju umożliwia szybkie i trwałe ich łączenie za pomocą systemu

3 PL B1 3 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 energie 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, a fig. 3 obudowę z wypustami do modułowego łączenia nabojów, a fig. 4 zestawienie naboi do odgazowania pokładu. P r z y k ł a d I. 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 przegrodą 2 o kącie 60 w postaci wkładki akumulacyjnej, oraz posiada na powierzchni czołowej 9 trzy wypustki 4 a 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

4 4 PL B1 i gniazda 5 rozmieszczone są w równej odległości od środka okręgu powierzchni czołowej 9 i tylnej 10 obudowy. Poszczególne naboje obracają się kąt 60%. P r z y k ł a d II. 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 przegrodą 2 o kącie 45 w postaci wkładki akumulacyjnej, 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 gniazda 5 rozmieszczone są w równej odległości od środka okręgu powierzchni czołowej 9 i tylnej 10 obudowy. Poszczególne naboje obracają się o kąt 45. P r z y k ł a d III. Nabój kumulacyjny 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 obudowy 1 i przegrodą 2 o kącie 60 w postaci wkładki akumulacyjnej, 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 kąt 60%. Zastrzeżenia patentowe 1. Nabój kumulacyjny materiału wybuchowego o obudowie w kształcie obustronnie zamkniętego walca, znamienny tym, że wewnątrz obudowy 1 zawiera materiał wybuchowy 3 ograniczony na całej wysokości ścianami 6 obudowy 1 i przegrodą 2 o kącie od 45 do 60 w postaci wkładki akumulacyjnej, 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, a kształt wypustek 4 jest dopasowany do kształtu gniazd Nabój wg zastrz. 1, znamienny tym, że nabój jest z materiału antystatycznego korzystnie papieru lub tworzywa sztucznego. 3. Nabój wg zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że posiada na powierzchni czołowej 9 wypustkę centralną 7 o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy Nabój wg zastrz. 3, znamienny tym, że posiada na powierzchni tylnej 10 gniazdo centralne 8 o kształcie koła, którego środek zawiera się w centralnej osi pionowej obudowy Nabój wg zastrz. 4, znamienny tym, że wypustki 4 i gniazda 5 rozmieszczone są w równej odległości od środka okręgu powierzchni czołowej 9 i tylnej 10 obudowy. 6. Nabój wg zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że ilość wypustek 4 i gniazd 5 jest identyczna i zależna od wielkości i kształtu przekroju poprzecznego naboju w ten sposób, że naboje względem siebie obracają się o kąt nie mniejszy niż 60%. 7. Nabój wg zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że posiada osiem wypustek 4 i osiem gniazd 5.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)