Способ установки забойки в скважине Российский патент 2023 года по МПК F42D1/08 F42D1/18 F42D3/04 

Изобретение относится к горному делу, к области взрывных работ
в горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в массивах горных пород, в частности при разработке полезных ископаемых открытым способом.

Известна подвесная скважинная забойка, выполненная в виде сплошного цилиндра, диаметр которого соизмерим с диаметром скважины, а верхний
и нижний торцы скошены параллельны друг другу, равны и имеют в сечении эллипс, которую опускают в скважину на глубину массива с интенсивной трещиноватостью при помощи гибкой связи, прикрепленной к краям верхнего торца сплошного цилиндра, после чего её закрепляют на опорной конструкции, размещённой над устьем скважины (патент RU 2419063 C1, 20.05.2011, МПК F42D 1/08 (2006.01), бюл. №14).

Недостатком известного технического решения является низкая эффективность забойки скважины в связи с малой площадью контакта забойки со стенками скважины и отсутствие надёжного сцепления между ними в виду того, что забойка, выполнена в виде сплошного цилиндра, верхний и нижний торцы которого скошены параллельны друг другу и имеют в сечении эллипс, геометрия которых и определяет их недостаточность площади контакта для обеспечения надёжного сцепление верхнего и нижнего торцов цилиндра со стенками скважины, поскольку контактными поверхностями является исключительно внешние крайние точки скошенных торцов расположенные на большой оси эллипсов.

Известна подвесная скважинная забойка, взятая за прототип, помещенная в скважину на глубину массива с интенсивной трещиноватостью, выполненная
в виде наклонного сплошного цилиндра, диаметр которого соизмерим с диаметром скважины, а верхний и нижний торцы скошены параллельны друг другу, равны и имеют в сечении эллипс, после чего закреплённая на опорной конструкции, расположенной над устьем скважины при помощи гибкой связи, прикрепленной к краям верхнего торца наклонного сплошного цилиндра (патент RU 2768270 C1, 23.03.2022, МПК F42D 1/08 (2006.01), F42D 1/18 (2006.01), F42D 3/04 (2006.01), бюл. №9).

Прототип обладает существенным недостатком, которым является неэффективность забойки скважины обусловленная ненадёжностью сцепления скошенных краёв верхнего и нижнего торцов наклонного сплошного цилиндра со стенками скважины в связи с тем, что контакт их поверхностей происходит по их по линии скошенного края без устойчивого внедрения в породу и надёжной фиксации в ней, а именно, упираясь скошенным краем верхнего торца в стенку скважины, сопрягаясь с ней, при этом скошенный край нижнего торца упирается в противоположную стенку скважины, что является недостаточным для обеспечения эффективного устойчивого заклинивания забойки в скважине, вследствие чего в момент взрыва происходит скольжения краёв скошенных торцов забойки по стенке скважины и выброс её из скважины без сопротивления восходящему движению газообразных продуктов детонации, что приводит к снижению эффективности забойки скважины, в результате этого технический результат не является достигнутым.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности забойки скважин путём повышения надежности сцепления забойки со стенками скважины.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе установки забойки в скважине, включающем опускание в скважину на глубину массива с интенсивной трещиноватостью забойки, выполненной в виде наклонного сплошного цилиндра, диаметр которого соизмерим с диаметром скважины, а верхний и нижний торцы скошены параллельны друг другу, равны и имеют в сечении эллипс, после чего её закрепляют на опорной конструкции, расположенной над устьем скважины при помощи гибкой связи, прикрепленной к краям верхнего торца наклонного сплошного цилиндра, согласно изобретению, опускают в скважину на заданную глубину наклонный сплошной цилиндр, верхний и нижний торцы которого в сечении имеют эллипс с большей осью равной 1,3 – 1,5 диаметра скважины, боковым торцом вверх, выполненным закруглённым сообразно стенке скважины с равномерно размещенными по его средней части жёсткими стержнеобразными элементами длиной 0,1 – 0,15 диаметра скважины, после чего наклонный сплошной цилиндр подтягивают за гибкую связь по направлению к устью скважины до внедрения жёстких стержнеобразных элементов в породу, закрепляют на опорной конструкции, и заполняют часть скважины от его верхнего торца до дневной поверхности инертным материалом.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена забойка, установленная в скважине в рабочем положении; на фиг. 2 – схема расположения наклонного сплошного цилиндра установленного в рабочем положении в скважине (вид сверху).

Заявляемый способ установки забойки в скважине осуществляют путём выполнения следующих операций.

Перед установкой забойки в скважину проводят буровые работы, выполняют зарядку скважин взрывчатым веществом 1 и монтаж детонирующей сети 2, после чего осуществляют опускание в скважину на глубину массива с интенсивной трещиноватостью (вторичная трещиноватость - результат воздействия предыдущего взрыва на породу с распространением вглубь массива на 1,5-3,0 метра) забойки, выполненную в виде наклонного сплошного цилиндра 3, например, части оцилиндрованного бревна, диаметр которого соизмерим с диаметром скважины, а верхний и нижний торцы скошены под углом и параллельны друг другу, равны и имеют в сечении эллипс с большей осью L_б.о. равной 1,3 – 1,5 диаметра скважины, при помощи гибкой связи, например, двух полипропиленовых шпагатов 4 и 4', прикрепленных одним концом к продольно противоположным краям верхнего торца наклонного сплошного цилиндра 3, при этом свободные концы полипропиленовых шпагатов 4 и 4' находятся в руках оператора.

Опускают наклонный сплошной цилиндр 3 боковым торцом 5 вверх, выполненным закруглённым сообразно стенке скважины с равномерно размещенными по его средней части жёсткими стержнеобразными элементами 6, например, строительными гвоздями, длиной L_ж.э. 0,1 – 0,15 диаметра скважины, для равномерного внедрения в породу, увеличения сцепления с ней и обеспечения устойчивости положения наклонного сплошного цилиндра 3 в скважине, при этом исключая возможность его отклонения (сдвига, разворота) в поперечном сечении скважины от рабочего положения под весом инертного материала размещаемого над ним.

При достижении заданной глубины наклонный сплошной цилиндр 3 подтягивают за гибкую связь 4 и 4' по направлению к устью скважины до внедрения жёстких стержнеобразных элементов 6 в породу и полного заклинивания в скважине, после чего закрепляют на опорной конструкции 7, выполненной, например, в виде тонкого бруска длиной, превышающей устье скважины, фиксируя на ней свободные концы полипропиленовых шпагатов 4 и 4'.

Отмеченные выше существенные признаки забойки, позволяют обеспечить её беспрепятственное опускание в скважину на технологически заданную глубину, увеличить надежность установки забойки в рабочем положении в скважине, путем увеличения площади контакта и увеличения надежности сцепления забойки со стенками скважины, а также обеспечить равномерное перекрытие всей площади поперечного сечения скважины, исключив при этом возможность просыпи инертного материала внутрь скважины и попадания его на верхний торец скважинного заряда, создать надежное и устойчивое сцепление наклонного сплошного цилиндра 3 со стенками скважины, усиленное дополнительным сцеплением жестких стержнеобразных элементов 6 с породой, что позволяет обеспечить повышение эффективности забойки скважины.

После установки наклонного сплошного цилиндра в рабочее положение часть скважины от его верхнего торца до дневной поверхности заполняют инертным материалом 8, например, мелкой породой, или буровой мелочью, для уплотнения зазоров между цилиндром 3 и стенкой скважины и увеличения силы трения между ними, а также повышения эффективности установки забойки в скважине.

После детонации заряда взрывчатого вещества в скважине возрастает давление расширяющихся газообразных продуктов детонации и происходит воздействие их на нижний торец наклонного сплошного цилиндра 3, что приводит его к сдвигу по направлению к устью скважины, в ходе которого увеличивается внедрение его боковых торцов вглубь породы, что влечёт за собой нарушение целостности стенок скважины, увеличение трещин и образование новых, при этом расположенная поверх наклонного сплошного цилиндра 3 мелкая порода начинает рассредовачиваться по всей области контакта забойки со стенками скважины, заполнять трещины, тем самым уплотняя в этой области породу и увеличивая трение между забойкой и стенками скважины, тем самым увеличивая её сопротивление выбросу из скважины, при этом жёсткие стержнеобразные элементы 6 выполняют роль фиксирующих элементов забойки в уплотненной породе за счёт своего внутреннего трения и сцепления с ней, что увеличивает противодействие скольжению закруглённого бокового торца по стенке скважины, тем самым обеспечивает запирание продуктов детонации в скважине до полного разрушения массива, увеличивая эффективность забойки скважины.

Пример конкретного применения. УК «Кузбассразрезуголь» на участке №2 филиала «Талдинский угольный разрез» проведены испытания по установке забойки в скважине согласно заявляемого способа.

Характеристики взрываемого блока: наименование пород - песчаник крепостью f 8,5 по шкале проф. Протодьяконова М.М; глубина скважин до 17 м; обводнённость до 4 м.

Для осуществления заявляемого способа установки забойки в скважине блок был забурен буровым станком DMLJ № 63 с сеткой скважин 6 м×6 м, глубиной 15 м и диаметром скважин 215,9 мм. Скважины пробурены вертикальные, общее количество скважин 20 шт.

Для выявления достижения заявленного технического результата в 20 скважинах диаметром 215,9 мм способ установки забойки в скважине осуществляли следующим образом.

После завершения буровых работ осуществили заряжание скважины взрывчатым веществом и монтаж взрывной сети.

Далее выполнили опускание наклонного сплошного цилиндра 3 на заданную глубину при помощи полипропиленовых шпагатов 4 и 4' прикрепленных к его верхнему торцу согласно описанному выше заявляемого способа 3, после чего заклинили и зафиксировали на опорной конструкции. После установки наклонного сплошного цилиндра 3 в рабочее положение часть скважины от верхнего торца наклонного сплошного цилиндра до дневной поверхности заполнили буровой мелочью.

После взрыва был проведён анализ гранулометрического состава взорванной горной массы, в ходе которого было установлено, что качество дробления горной породы определяют как оптимальное, что свидетельствует о том, что совокупность существенных признаков заявляемого способа установки забойки в скважине обеспечивает достижение технического результата - повышение эффективности забойки скважины.

Изобретение относится к горному делу, к области взрывных работ в горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в массивах горных пород, в частности при разработке полезных ископаемых открытым способом. Способ установки забойки в скважине включает опускание в скважину на глубину массива с интенсивной трещиноватостью забойки, выполненной в виде наклонного сплошного цилиндра, диаметр которого соизмерим с диаметром скважины, а верхний и нижний торцы скошены параллельны друг другу, равны и имеют в сечении эллипс. После чего забойку закрепляют на опорной конструкции, расположенной над устьем скважины при помощи гибкой связи, прикрепленной к краям верхнего торца наклонного сплошного цилиндра боковым торцом вверх, выполненным закруглённым сообразно стенке скважины с равномерно размещенными по его средней части жёсткими стержнеобразными элементами длиной 0,1–0,15 диаметра скважины. Верхний и нижний торцы наклонного сплошного цилиндра в сечении имеют эллипс с большей осью равной 1,3–1,5 диаметра скважины. Затем наклонный сплошной цилиндр подтягивают за гибкую связь по направлению к устью скважины до внедрения жёстких стержнеобразных элементов в породу, закрепляют на опорной конструкции и заполняют часть скважины от его верхнего торца до дневной поверхности инертным материалом. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности забойки скважин путём повышения надёжности сцепления забойки со стенками скважины. 2 ил., 1 пр.

Способ установки забойки в скважине, включающий опускание в скважину на глубину массива с интенсивной трещиноватостью забойки, выполненной в виде наклонного сплошного цилиндра, диаметр которого соизмерим с диаметром скважины, а верхний и нижний торцы скошены параллельны друг другу, равны и имеют в сечении эллипс, после чего её закрепляют на опорной конструкции, расположенной над устьем скважины при помощи гибкой связи, прикрепленной к краям верхнего торца наклонного сплошного цилиндра, отличающийся тем, что в скважину на заданную глубину опускают наклонный сплошной цилиндр, верхний и нижний торцы которого в сечении имеют эллипс с большей осью равной 1,3–1,5 диаметра скважины, боковым торцом вверх, выполненным закруглённым сообразно стенке скважины с равномерно размещенными по его средней части жёсткими стержнеобразными элементами длиной 0,1–0,15 диаметра скважины, после чего наклонный сплошной цилиндр подтягивают за гибкую связь по направлению к устью скважины до внедрения жёстких стержнеобразных элементов в породу, закрепляют на опорной конструкции и заполняют часть скважины от его верхнего торца до дневной поверхности инертным материалом.