Способ доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения и устройство для его осуществления Российский патент 2019 года по МПК F42D3/02 E04G23/08 E02F5/18 

Изобретение относится к области борьбы с терроризмом и может быть использовано как для выборочного подрыва отдельных зданий, так и для одновременного подрыва нескольких зданий, зданий большой протяженности, укрепленных сооружений и коммуникаций, послойной отработки пластов горных пород на открытых месторождениях и т.д.

Известен способ доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения, включающий в себя строительство с использованием пилотного снаряда горизонтально-направленной скважины под взрываемый объект, без выхода последней на дневную поверхность, буровые работы из-за безопасных укрытий, доставку взрывного устройства под взрываемый объект с помощью бурильной колонны, состоящей из бурильных труб, разъединителя колонны и бурильного инструмента (Патент РФ №2 566 355,кл. F 42D 3/02, Е21В 7/04, 2015 г.).

Недостатки существующего способа заключаются в невозможности качественного подрыва дискретно расположенных объектов или объектов большой протяженности, невозможность или сильно затратная доставка взрывного устройства большой мощности и диаметра (нет расширителя скважин), потеря бурильного инструмента, содержащего пилотную штангу с зондом, т.е. непосредственно дорогостоящего пилотного снаряда. При этом, придание бурильной колонне обратного вращения для включения в работу разъединителя для отсоединения взрывного устройства, также нерационально, так как в сложных условиях бурения: техногенные грунты, грунты с каменистыми включениями, галечником и пр., это будет приводить к раскручиванию бурильных труб и, как следствие, к аварийной ситуации.

Наиболее близким является способ доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения, включающий в себя строительство с использованием пилотного снаряда горизонтально-направленной скважины под взрываемый объект, с выходом последней на дневную поверхность, буровые работы из-за безопасных укрытий, доставку взрывного устройства под взрываемый объект в процессе обратного протягивания с помощью бурильной колонны, состоящей из бурильных труб, расширителя, вертлюга и разъединителя для отсоединения взрывного устройства (Патент РФ №2566531, кл. F42D 3/02, Е21В 19/00, 2015 г.). Данный способ позволяет сохранить дорогостоящий пилотный снаряд (бурильный инструмент и пилотную штангу с зондом) и доставлять под взрываемый объект взрывное устройство большой мощности и диаметра, за счет применения расширителей скважин, обеспечивающих необходимый диаметр скважины.

Недостатки существующего способа заключаются в невозможности качественного подрыва дискретно расположенных объектов или объектов большой протяженности, в возможности заклинивания (в т.ч. повреждения) взрывного устройства или значительных затруднениях при его поступательном протаскивании до нужной точки подрыва через вывалы и проседания кровли после протягивания расширителя, возникающие по длине горизонтально-направленной скважины в сложных условиях бурения техногенных грунтов, грунтов с каменистыми включениями, галечником и пр., а также потеря дорогостоящего вертлюга, остающегося в скважине на точке подрыва вместе с взрывным устройством.

Известные устройства для осуществления вышеуказанных способов, содержат разъединитель для отсоединения взрывного устройства от бурильной колонны посредством придания последней обратного вращения.

Недостаток известных устройств заключается в придании бурильной колонне обратного вращения для включения в работу разъединителя для отсоединения вертлюга с взрывным устройством, так как в сложных условиях бурения: техногенные грунты, грунты с каменистыми включениями, галечником и пр., это может приводить к раскручиванию бурильных труб и, как следствие, к аварийной ситуации. Кроме того, нормальное включение в работу данного разъединителя для отсоединения вертлюга с взрывным устройством требует остановки процесса протягивания и снижает скорость обратного протягивания, а также может быть затруднено из-за пластичного состояния бурового шлама и стенок горизонтально-направленной скважины, что предопределяет смещение взрывного устройства от нужной точки подрыва по скважине (до момента схватывания разъединителя с более плотными стенками или валунами).

Наиболее близким является устройство для осуществления способа, включающее защитный чехол(в виде прочной полиэтиленовой трубы) со стальным оголовком (Фотография «Оголовок ГНБ с отрезком трубы». http://setiplast.ru/galereya…). Данное устройство может быть использовано для доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения с традиционным жестким закреплением внутри продукта, в данном случае взрывного устройства.

Недостаток данного устройства заключается в том, что внутри стального оголовка нет разъединителя для отсоединения взрывного устройства, что предопределяет выполнять дорогостоящий защитный чехол очень большой длины, практически на всю глубину горизонтально-направленной скважины, и подрывать его вместе с взрывным устройством.

Изобретение направлено на повышение эффективности способа доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения в сложных условиях бурения и расширения области его применения.

Указанная цель достигается за счет того, что в способе доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения, включающем в себя строительство при помощи пилотного снаряда горизонтально-направленной скважины под взрываемый объект, с выходом последней на дневную поверхность, буровые работы из-за безопасных укрытий, доставку взрывного устройства под взрываемый объект в процессе обратного протягивания с помощью бурильной колонны, состоящей из бурильных труб, расширителя, вертлюга и разъединителя для отсоединения взрывного устройства, доставку взрывного устройства под взрываемый объект производят в защитном чехле, при этом вертлюг устанавливают между расширителем и защитным чехлом, а разъединитель для отсоединения взрывного устройства выполняют с принудительным размыканием без остановки процесса обратного протягивания на нужной точке подрыва под взрываемым объектом и размещают внутри защитного чехла, соединяя непосредственно с взрывным устройством, причем защитный чехол предварительно собирают у устья скважины в месте выхода бурильной колонны на дневную поверхность за безопасным укрытием и снаряжают взрывным устройством, которое свободно устанавливают внутри защитного чехла. Кроме того, взрывное устройство выполняют в виде удлиненного заряда, содержащего отдельные секции, которые размещают в защитном чехле с учетом расстояний между ними, определяемых заранее по нужным точкам подрыва. Причем, для сооружения горизонтально-направленной скважины применяют самоходную установку горизонтально-направленного бурения. Кроме того, в устройстве для осуществления способа, включающем защитный чехол со стальным оголовком, на внутренней поверхности стального оголовка установлен разъединитель для отсоединения взрывного устройства, содержащий вилку, жестко связанную с внутренней поверхностью стального оголовка, срезной элемент, силовой жгут с концевыми узлами и закрепленным на нем взрывным устройством, при этом, передний концевой узел силового жгута закреплен на переднем торце взрывного устройства и связан с вилкой разъединителя при помощи срезного элемента, а задний концевой узел силового жгута закреплен на опоре, размещенной над устьем горизонтально-направленной скважины, причем длина силового жгута равна расстоянию от опоры до разъединителя для отсоединения взрывного устройства.

Выполнение доставки взрывного устройства под взрываемый объект в защитном чехле позволяет защитить взрывное устройство от внешних воздействий при его протягивании по горизонтально-направленной скважине и повысить надежность данного способа доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения в сложных условиях бурения.

Установка вертлюга между расширителем и защитным чехлом обеспечивает плавное поступательное движение защитному чехлу и, соответственно, размещенному в нем взрывному устройству.

Выполнение разъединителя для отсоединения взрывного устройства с принудительным размыканием, без остановки процесса обратного протягивания, на нужной точке подрыва под взрываемым объектом, вместо известного, с остановкой процесса обратного протягивания, позволяет не только гарантированно оставлять взрывное устройство на нужной точке подрыва в грунтах любой крепости и влажности, но и обеспечивает существенное ускорение данного процесса. При этом, размещение разъединителя для отсоединения взрывного устройства внутри защитного чехла гарантированно предохраняет его от воздействия грунтовых рисков в скважине и повышает надежность его работы, а его непосредственное соединение с отсоединяемым взрывным устройством (без дополнительных промежуточных дорогостоящих узлов) позволяет сохранить как вертлюг, так и непосредственно сам защитный чехол.

Предварительная сборка защитного чехла и его снаряжение взрывным устройством на дневной поверхности в месте выхода бурильной колонны на дневную поверхность за безопасным укрытием позволяет повысить качество его сборки и, как следствие, надежность дальнейшего применения.

Свободная установка взрывного устройства внутри защитного чехла уменьшает трение взрывного устройства при его перемещении внутри защитного чехла и способствует более быстрому и точному размещению взрывного устройства под взрываемым объектом.

Выполнение взрывного устройства в виде удлиненного заряда, содержащего отдельные секции, которые при снаряжении защитного чехла закрепляют на силовом жгуте, с учетом расстояний между ними, определяемых заранее по нужным точкам подрыва, позволяет производить доставку взрывного устройства под дискретно расположенные взрываемые объекты или объекты большой протяженности. При использовании данного способа для подрыва взрываемого объекта в виде пласта горной породы, на открытых месторождениях, расстояние между отдельными секциями удлиненного заряда назначают в соответствии с принятой сеткой буровзрывных работ (БВР) на данном горном предприятии.

Применение для сооружения горизонтально- направленной скважины именно самоходной установки горизонтально-направленного бурения позволяет обеспечить ускоренную эвакуацию защитного чехла, при необходимости его подтяжки из горизонтально-направленной скважины, за счет использования помимо механизма подачи непосредственно ходовой части самоходной установки горизонтально-направленного бурения.

Установка разъединителя для отсоединения взрывного устройства на внутренней поверхности именно стального оголовка, содержащего вилку, жестко связанную с его внутренней поверхностью, обеспечивает не только надежность конструкции, но и делает ее более компактной и технологичной.

Наличие силового жгута с концевыми узлами и закрепленным на нем взрывным устройством предопределяет надежность согласованного относительного перемещения взрывного устройства и силового жгута как внутри защитного чехла, так и в скважине, что способствует точности позиционирования взрывного устройства.

Закрепление переднего концевого узла силового жгута именно на переднем торце взрывного устройства и его связь с вилкой разъединителя для отсоединения взрывного устройства позволяет назначить начальную точку подрыва уже при сборке защитного чехла, что также способствует точности позиционирования взрывного устройства.

Связь переднего концевого узла силового жгута с вилкой разъединителя для отсоединения взрывного устройства при помощи именно срезного элемента, позволяет гарантировано и автоматически осуществить отсоединение взрывного устройства за счет разрушения срезного элемента и выхода переднего концевого узла силового жгута из вилки разъединителя для отсоединения взрывного устройства.

Закрепление заднего концевого узла силового жгута на опоре, размещенной над устьем горизонтально-направленной скважины обеспечивает полную вытяжку силового жгута со взрывным устройством и принудительное разрушение срезного элемента перед отсоединением взрывного устройства, что способствует точности позиционирования взрывного устройства. При этом, расположение заднего концевого узла силового жгута, именно над устьем горизонтально-направленной скважины, предотвращает врезание силового жгута в плотные края устья горизонтально-направленной скважины, особенно в каменистых грунтах, и не только повышает его долговечность, уменьшает потребную длину силового жгута, но и предотвращает его защемление, и как следствие, несанкционированное срабатывание разъединителя для отсоединения взрывного устройства до момента достижения последним точки подрыва.

Выбор длины силового жгута равной расстоянию от опоры до разъединителя для отсоединения взрывного устройства обеспечивает точность позиционирования взрывного устройства под взрываемым объектом в момент срабатывания разъединителя.

На фиг. 1 изображено строительство горизонтально-направленной скважины при помощи пилотного снаряда; на фиг. 2 - предварительное расширение горизонтально-направленной скважины и размещение защитного чехла на дневной поверхности; на фиг 3. - общий вид защитного чехла со снаряженным взрывным устройством; на фиг. 4 - доставка взрывного устройства под выборочный взрываемый объект (нужная точка подрыва 5 обозначена) и эвакуация бурильной колонны с защитным чехлом из горизонтально-направленной скважины; на фиг. 5 - общий вид защитного чехла со снаряженным взрывным устройством в виде удлиненного заряда; на фиг.6 - доставка взрывного устройства в виде удлиненного заряда под дискретно расположенные взрываемые объекты (нужные точки подрыва 5 обозначены) или объекты большой протяженности и эвакуация буровой колонны с защитным чехлом из горизонтально-направленной скважины.

На вышеуказанных фигурах обозначены следующие элементы: 1 - взрывное устройство; 2 - установка горизонтально-направленного бурения; 3 - пилотный снаряд; 4 - горизонтально - направленная скважина; 5 - взрываемый объект (нужная точка 5 подрыва обозначена); 6 - дневная поверхность; 7 - безопасные укрытия; 8 - бурильная колонна; 9 - бурильные трубы; 10 - расширитель; 11 - защитный чехол; 12 - стальной оголовок; 13 - внутренняя поверхность стального оголовка; 14 - разъединитель для отсоединения взрывного устройства; 15 - вилка; 16 - срезной элемент; 17 - силовой жгут; 18 - передний концевой узел силового жгута; 19 - задний концевой узел силового жгута; 20 - передний торец взрывного устройства; 21 - опора, устанавливаемая над устьем горизонтально-направленной скважины; 22 - вертлюг; 23 - дискретно расположенные взрываемые объекты (нужные точки подрыва 5 обозначены) или объекты большой протяженности; 24 - удлиненный заряд.

Способ доставки взрывных устройств 1 с помощью установки горизонтально-направленного бурения 2 и устройство для его осуществления реализуются следующим образом. Вначале при помощи установки горизонтально-направленного бурения 2 на этапе управляемого пилотного прокола осуществляют строительство с использованием пилотного снаряда 3 (бурильный инструмент и пилотная штанга с зондом) горизонтально-направленной скважины 4 под взрываемый объект 5 с выходом последней на дневную поверхность 6 из-за безопасных укрытий 7. В процессе пилотного прокола расстояние от установки горизонтально-направленного бурения 2 до взрываемого объекта 5 и от взрываемого объекта 5 до выхода горизонтально-направленной скважины 4, т.е. бурильной колонны 8 с пилотным снарядом 3 на дневную поверхность 6 (устье горизонтально направленной скважины 4) может быть определено с точностью до 1 м, за счет известной длины составных элементов бурильной колонны 8 (бурильные трубы 9, пилотный снаряд 3). В целом же, при управляемом пилотном проколе параметры горизонтально-направленной скважины 4 (направление, глубина и пр.), также определяются в зонах безопасных укрытий 7 с помощью традиционного навигационного оборудования ГИБ. После выхода на дневную поверхность 6 от буровой колонны 8 отсоединяется пилотный снаряд 3 и на его место присоединяют расширитель 10 при помощи которого обратным протягиванием, с вращением, производят расширение пилотной горизонтально-направленной скважины 4. В то же время, используя данные управляемого пилотного прокола, в месте выхода горизонтально- направленной скважины 4 на дневную поверхность 6 за безопасным укрытием 7 начинают выполнять работы по подготовке элементов защиты взрывного устройства 1 к затягиванию последнего в горизонтально-направленную скважину 4 в осложненных условиях бурения.

С этой целью используют устройство, включающее защитный чехол 11 со стальным оголовком 12 на внутренней поверхности 13 которого установлен разъединитель 14 для отсоединения взрывного устройства 1, содержащий вилку 15, жестко связанную с внутренней поверхностью 13 стального оголовка 12, срезной элемент 16, силовой жгут 17 с концевыми узлами 18, 19 и закрепленным на нем взрывным устройством 1. При этом передний концевой узел 18 силового жгута 17 закреплен на переднем торце 20 взрывного устройства 1 и связан с вилкой 15 при помощи срезного элемента 16, а задний концевой узел 19 силового жгута 17 закреплен на опоре 21, размещенной над устьем горизонтально-направленной скважины 4. Длина силового жгута 17 равна расстоянию от опоры 21 до разъединителя 14 для отсоединения взрывного устройства 1. Данный защитный чехол 11, например, из прочной полиэтиленовой трубы, предварительно собирают (вначале без стального оголовка 12) в месте выхода бурильной колонны 8 на дневную поверхность 6 за безопасным укрытием 7 и при необходимости увеличения его длины сваривают при помощи переносного сварочного оборудования (не показано) и снаряжают взрывным устройством 1. Поскольку взрывное устройство 1 свободно устанавливается внутри защитного чехла 11 (т.е. имеет условный наружный диаметр, менее внутреннего диаметра защитного чехла 11), то снаряжение защитного чехла 11 взрывным устройством 1 осуществляют путем традиционного протягивания последнего за силовой жгут 17 внутрь защитного чехла 11. После снаряжения защитного чехла 11 взрывным устройством 1, к нему жестко присоединяют стальной оголовок 12, например, при помощи крепежных элементов, предварительно закрепив передний концевой узел 18 силового жгута 17 в вилке 15 разъединителя 14 для отсоединения взрывного устройства 1 при помощи срезного элемента 16. С учетом данных пилотного прокола длину силового жгута 17 выбирают равной расстоянию от опоры 21 до разъединителя 14 для отсоединения взрывного устройства 1.

После предварительного расширения осуществляют повторное расширение с доставкой взрывного устройства 1 в защитном чехле 11 под взрываемый объект 5, в процессе которого к бурильной колонне 7, состоящей из бурильных труб 8 с расширителем 10 на конце, присоединяют через вертлюг 22 стальной оголовок 12 с защитным чехлом 11. Получив команду (по радио или символами) о готовности к обратному протягиванию, экипаж установки горизонтально-направленного бурения 2 начинает затягивать движущийся поступательно защитный чехол 11 с находящимся внутри взрывным устройством 1 при помощи вращающейся бурильной колонны 8 с расширителем 10 и вертлюгом 22 в горизонтально-направленную скважину 4. В процессе протягивания защитный чехол 11 со стальным оголовком 12 в сложных условиях бурения, в частности каменистых грунтов, либо вдавливает в стенки горизонтально-направленной скважины 4 просевшие из кровли крепкие включения, либо транспортирует их перед собой по уже расширенной предварительно горизонтально-направленной скважине 4 до момента выхода защитного чехла 11 из горизонтально-направленной скважины 4.

При этом, по достижении взрываемого объекта 5, без прекращения процесса протягивания, рабочая (заданная) длина силового жгута 17 выбирается, и силовой жгут 17, вследствие жесткого закрепления заднего концевого узла 19 над устьем горизонтально-направленной скважины 4, на опоре 21, устанавливаемой на дневной поверхности 6, испытывает сильное натяжение, которое при помощи переднего концевого узла 18 силового жгута 17, выходящего из вилки 15 разъединителя 14 для отсоединения взрывного устройства 1, обеспечивает срез или разрушение срезного элемента 16 (срезной болт, шплинт, пластиковый штифт и пр.), без прекращения процесса обратного протягивания. После чего взрывное устройство 1 остается вместе с силовым жгутом 17 в горизонтально-направленной скважине 4 под заданным взрываемым объектом 5(23). После этого, практически вся буровая колонна 8, состоящая из бурильных труб 9, расширителя 10, вертлюга 22 и защитного чехла 11 со стальным оголовком 12 удаляется из горизонтально- направленной скважины 4 без потерь дорогостоящего оборудования. Причем, применение именно самоходной установки горизонтально-направленного бурения 2 позволяет обеспечить ускоренную эвакуацию защитного чехла 11, при необходимости его подтяжки, из горизонтально-направленной скважины 4, за счет использования, помимо механизма подачи, непосредственно силы тяги ходовой части самоходной установки горизонтально-направленного бурения 2. При этом, для доставки взрывных устройств 1 под дискретно расположенные взрываемые объекты 5 или объекты большой протяженности 23, взрывное устройство выполняют в виде удлиненного заряда 24, содержащего отдельные секции, например 1, которые при снаряжении защитного чехла 11 также закрепляют на силовом жгуте 17, с учетом расстояний между ними, определяемых заранее по нужным точкам подрыва. Непосредственно подрыв взрывного устройства 1(24) может быть произведен любым известным способом как беспроводным, так и проводным. В последнем случае технологический провод может быть скомбинирован с силовым жгутом известным способом, что повысит его надежность.

Предложенный способ повышает эффективность доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения в сложных условиях бурения и позволяет расширить область его применения, за счет возможности подрыва дискретно расположенных взрываемых объектов или объектов большой протяженности, включая слои горной породы на открытых разработках.

Изобретение направлено на повышение эффективности способа доставки взрывных устройств (1) с помощью установки горизонтально-направленного бурения (2) и устройства для его осуществления в сложных условиях бурения и расширения области его применения. С помощью установки горизонтально-направленного бурения при помощи пилотного снаряда (3) ведут строительство горизонтально-направленной скважины (4) под взрываемый объект (5) с выходом последней на дневную поверхность (6), буровые работы из-за безопасных укрытий (7), доставку взрывного устройства (1) под взрываемый объект (5) в процессе обратного протягивания с помощью бурильной колонны (8), состоящей из бурильных труб (9), расширителя (10), вертлюга (22) и разъединителя (14) для отсоединения взрывного устройства (1). Доставку взрывного устройства (1) под взрываемый объект (5) производят в защитном чехле (11) со стальным оголовком (12). Вертлюг (22) устанавливают между расширителем (10) и защитным чехлом (11). Разъединитель (14) для отсоединения взрывного устройства (1) выполняют с принудительным размыканием без остановки процесса обратного протягивания на нужной точке подрыва под взрываемым объектом (5) и размещают внутри защитного чехла (11), соединяя непосредственно с взрывным устройством (1). Защитный чехол (11) предварительно собирают у устья скважины в месте выхода бурильной колонны (8) на дневную поверхность (6) за безопасным укрытием (7) и снаряжают взрывное устройство (1), которое свободно устанавливают внутри защитного чехла (11). Обеспечивается повышение эффективности способа доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения в сложных условиях бурения и расширение области его применения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ доставки взрывных устройств с помощью установки горизонтально-направленного бурения, включающий в себя строительство с использованием пилотного снаряда горизонтально-направленной скважины под взрываемый объект с выходом последней на дневную поверхность, буровые работы из-за безопасных укрытий, доставку взрывного устройства под взрываемый объект в процессе обратного протягивания с помощью бурильной колонны, состоящей из бурильных труб, расширителя, вертлюга и разъединителя для отсоединения взрывного устройства, отличающийся тем, что доставку взрывного устройства под взрываемый объект производят в защитном чехле, при этом вертлюг устанавливают между расширителем и защитным чехлом, а разъединитель для отсоединения взрывного устройства выполняют с принудительным размыканием без остановки процесса обратного протягивания на нужной точке подрыва под взрываемым объектом и размещают внутри защитного чехла, соединяя непосредственно с взрывным устройством, причем защитный чехол предварительно собирают у устья скважины в месте выхода бурильной колонны на дневную поверхность за безопасным укрытием и снаряжают взрывным устройством, которое свободно устанавливают внутри защитного чехла.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что взрывное устройство выполнено в виде удлиненного заряда, содержащего отдельные секции, которые размещены в защитном чехле с учетом расстояний между ними, определяемых заранее по нужным точкам подрыва.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для сооружения горизонтально-направленной скважины применяется самоходная установка горизонтально-направленного бурения.

4. Устройство для осуществления способа по п. 1, включающее защитный чехол со стальным оголовком, отличающееся тем, что на внутренней поверхности стального оголовка установлен разъединитель для отсоединения взрывного устройства, содержащий вилку, жестко связанную с внутренней поверхностью стального оголовка, срезной элемент, силовой жгут с концевыми узлами и закрепленным на нем взрывным устройством, при этом передний концевой узел силового жгута закреплен на переднем торце взрывного устройства и связан с вилкой разъединителя при помощи срезного элемента, а задний концевой узел силового жгута закреплен на опоре, размещенной над устьем горизонтально-направленной скважины, при этом длина силового жгута равна расстоянию от опоры до разъединителя для отсоединения взрывного устройства.