УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ГРУНТА НАД ШАХТОЙ Российский патент 2001 года по МПК F42D3/00 

Изобретение относится к нефтяной, газовой и горной промышленности и может быть использовано для быстрого дистанционного вскрытия законсервированных или выработанных и используемых в качестве хранилищ закрытых грунтом шахт, нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин.

Выработанные шахты или скважины могут быть использованы для захоронения токсичных материалов. После их закладки, шахты закрываются крышкой и обваловываются. Для пополнения или контроля состояния, периодически необходимо быстрое дистанционное вскрытие грунта над шахтой, так как ручное небезопасно. Такие же требования предъявляются при извлечении хранимых материалов. Эта задача особенно осложняется при отрицательных температурах.

В результате проведенного патентного поиска аналогов заявляемому устройству для вскрытия грунта над шахтой не выявлено.

Задачей предлагаемого решения является обеспечение дистанционного вскрытия грунта над шахтой и сокращение времени вскрытия.

Технический результат: возможность предотвращения аварийной ситуации (отрицательного воздействия на людей содержимого скважины) и повышение производительности (уменьшение времени вскрытия).

Поставленная задача решается тем, что устройство для вскрытия грунта над шахтой содержит оболочку в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполнимую с возможностью крепления меньшим торцом к устью ствола шахты, вертикальную перегородку, установленную внутри оболочки с возможностью совмещения с плоскостью продольного сечения ствола шахты, основной и дополнительный источники газов высокого давления (ИГВД) с устройствами инициирования, причем основной ИГВД установлен над меньшим торцом оболочки, а дополнительный выполнен с возможностью размещения на вертикальной перегородке над основным соосно стволу шахты, внутренняя поверхность оболочки и, по крайней мере, одна из вертикальной поверхностей перегородки снабжены противоадгезионным покрытием, устройство инициирования дополнительного ИГВД снабжено устройством задержки срабатывания относительно устройства инициирования основного ИГВД.

Выполнение устройства для вскрытия грунта над шахтой в виде оболочки в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполненной с возможностью крепления меньшим торцом к устью ствола шахты, с основным ИГВД с устройством инициирования, установленными над меньшим торцом оболочки позволяет дистанционно быстро вскрыть грунт над шахтой.

Снабжение внутренней поверхности оболочки противоадгезионным покрытием позволяет снизить давление, необходимое для выброса грунта над шахтой, за счет значительного снижения сил сцепления столба грунта над шахтой с окружающим грунтом и, соответственно, уменьшить материалоемкость ствола и крышки шахты.

Установка внутри оболочки с возможностью совмещения с плоскостью продольного сечения ствола шахты вертикальной перегородки, по крайней мере одна из поверхностей которой снабжена противоадгезионным покрытием, выполнение дополнительного ИГВД с возможностью размещения на вертикальной перегородке над основным соосно стволу шахты, снабжение устройства инициирования дополнительного ИГВД устройством задержки срабатывания относительно устройства инициирования основного ИГВД позволяют исключить падение грунта обратно во вскрытую воронку.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен разрез устройства, на фиг. 2 - элемент А (оболочка с противоадгезионным покрытием), на фиг. 3 - элемент Б (вертикальная перегородка с противоадгезионным покрытием).

Устройство для вскрытия грунта над шахтой содержит оболочку 1 в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполненной, например, из текстолита толщиной 2-5 мм и закрепленной меньшим торцом к устью ствола 2 шахты, закрытого крышкой 3. Внутри оболочки 1 над ее меньшим торцом установлен основной ИГВД 4, выполненный, например, в виде пластмассового корпуса 5 и заряда 6 пороха или взрывчатого вещества. ИГВД 4 снабжен устройством инициирования по проводной линии связи или по радиоканалу (не показано). Внутри оболочки 1 установлена плоская вертикальная перегородка 7 так, что она проходит через ось оболочки 1 и совмещена с плоскостью продольного сечения ствола 2 шахты, тем самым делит ее внутреннюю полость, заполненную грунтом 8, на две равные части. Перегородка 7 также может быть выполнена из текстолитового листа толщиной 1-5 мм. Внутренняя поверхность В оболочки 1 и, по крайней мере, одна из плоскостей вертикальной перегородки 7 имеют противоадгезионное покрытие 9, исключающее слипание и смерзание грунта с ними. Это покрытие может быть выполнено из влагонепроницаемой, например, полиэтиленовой пленки, герметично (для исключения попадания влаги и смерзания) закрепленной на торцах оболочки и перегородки, соответственно (фиг. 2 и 3). Над основным ИГВД 4 установлен дополнительный ИГВД 10, который размещен на вертикальной перегородке 7 соосно стволу шахты 2 и выполнен из взрывчатого вещества. Устройство инициирования дополнительного ИГВД 10 снабжено устройством задержки срабатывания относительно устройства инициирования основного ИГВД 4 (не показано).

Работает устройство в следующем порядке. По радиоканалу или проводной линии связи (не показано) производится запуск устройства инициирования основного ИГВД 4. Под действием давления газов грунт 8, расположенный над шахтой, освобождается от связей с окружающей средой и выбрасывается вместе с вертикальной перегородкой 7 и дополнительным ИГВД 10. Устье шахты вскрывается. После подъема грунта над поверхностью обваловки через устройство задержки инициируется дополнительный ИГВД 10 и придает грунту поперечную составляющую вектора скорости. Это исключает попадание его обратно в воронку. При отрицательных температурах грунт 8 смерзается с контактирующей с ним пленкой противоадгезионного покрытия 9, но при этом пленка не смерзается с внутренней поверхностью оболочки 1. В результате эта пленка выбрасывается совместно с грунтом, отрываясь по торцам оболочки 1. Сопротивление выбросу грунта 8 будет слагаться из инерционно-массовых сил грунта 8, которые определяются массой грунта 8 над шахтой и его ускорением, и силы обрыва пленки противоадгезионного покрытия 9, для создания которой для шахты диаметром 0,5 необходимо реализовать избыточное давление 0,05 МПа при выполнении пленки из полиэтилена толщиной 0,2 мм. Для среза столба грунта высотой 1 м над шахтой диаметром 0,5 м при температуре - 40^oC необходимо реализовать избыточное давление не менее 100 МПа, т.е. применение предложенного устройства позволяет снизить давление, необходимое для сдвига грунта над шахтой в 2000 раз. Поэтому максимальное давление в предложенном устройстве будет определяться не условиями сдвига столба грунта над шахтой, а условиями его разгона и выброса, для чего необходимо реализовать избыточное давление не выше 1 МПа. Снижение давления выброса грунта требует меньших затрат заряда основного ИГВД 4 и материала на стенки устья шахты 2 и крышку 3 для обеспечения их прочности. Вертикальная перегородка 7 с противоадгезионным покрытием 9 позволяет при отрицательных температурах легко разделить выбрасываемый грунт на две части и организованно увести их в стороны от воронки при меньших затратах заряда на дополнительный ИГВД 10. При придании грунту вертикальной составляющей скорости 10 м/с процесс вскрытия (с момента подачи сигнала до падения грунта) продлится не более 3 сек.

Таким образом, предложенное устройство позволяет дистанционно быстро вскрыть грунт над шахтой за время не более 3 сек.

Использование: в нефтяной, газовой и горной промышленности для дистанционного вскрытия законсервированных или выработанных и используемых в качестве хранилищ закрытых грунтом шахт, нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин. Устройство для вскрытия грунта над шахтой содержит оболочку в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполненную с возможностью крепления меньшим торцом к устью ствола шахты, вертикальную перегородку, установленную внутри оболочки с возможностью совмещения с плоскостью продольного сечения ствола шахты, основной и дополнительный источники газов высокого давления (ИГВД) с устройствами инициирования, причем основной ИГВД установлен над меньшим торцом оболочки, а дополнительный выполнен с возможностью размещения на вертикальной перегородке над основным соосно со стволом шахты, внутренняя поверхность оболочки и по крайней мере одна из вертикальных поверхностей перегородки снабжены противоадгезионным покрытием, устройство инициирования дополнительного ИГВД снабжено устройством задержки срабатывания относительно устройства инициирования основного ИГВД. Технический результат - возможность предотвращения аварийной ситуации (отрицательного воздействия на людей содержимого скважины) и повышение производительности (уменьшение времени вскрытия). 3 ил.

Устройство для вскрытия грунта над шахтой, содержащее оболочку в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполненную с возможностью крепления меньшим торцом к устью ствола шахты, вертикальную перегородку, установленную внутри оболочки с возможностью совмещения с плоскостью продольного сечения ствола шахты, основной и дополнительный источники газов высокого давления (ИГВД) с устройствами инициирования, причем основной ИГВД установлен над меньшим торцом оболочки, а дополнительный выполнен с возможностью размещения на вертикальной перегородке над основным соосно со стволом шахты, внутренняя поверхность оболочки и по крайней мере одна из вертикальных поверхностей перегородки снабжены противоадгезионным покрытием, устройство инициирования дополнительного ИГВД снабжено устройством задержки срабатывания относительно устройства инициирования основного ИГВД.