Способ заряжания скважин Российский патент 2024 года по МПК F42D1/08 F42D1/10 F42D3/04 F42B3/87 

Изобретение относится к горному делу, к области буровзрывных 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.

Известен способ заряжания слабообводненных нисходящих скважин, при котором предварительно осушают скважину, затем опускают в нее гидроизолирующий рукав с закрытым нижним концом, заряжают взрывчатое вещество (ВВ) в рукав и фиксируют его верхний конец на дневной поверхности (патент РФ RU 2482442 C1, 20.05.2013, Бюл. №14, МПК F42D 1/08 (2006.01)).

Недостатками известного способа является низкая эффективность и высокая трудоёмкость применяемой технологии дробления горных пород обусловленные тем, что для заряжания скважин необходимо предварительное их осушение, для чего требуется задействовать дополнительное оборудование и технику, эксплуатация которой увеличивает количество технологических операций и время взрывных работ в целом, кроме того, при осушении сетки скважин отрабатываемого блока происходит обводнение ранее осушенных скважин, что затрудняет размещение рукава в скважине и её заряжание, также способ фиксации гидроизолирующего рукава при помощи веревки, один конец которой крепиться внутри скважины, а другой на дневной поверхности закреплен кусками породы, оставшихся после обуривания блока является ненадежным и не обеспечивает необходимого прочного крепления ни внутри скважины, ни на дневной поверхности во время загрузки ВВ и после неё, в ходе которой возможно выскальзывание веревки с верхнего конца гидроизолирующего рукава и из-под кусков породы, её обрыв, что приводит к смещению гидроизолирующего рукава в полости скважины, нарушению его целостности под действием на него оказываемого давления, создаваемого силой тяжести взрывчатого вещества, образованию просыпей или замоканию ВВ и, как итог, к нарушению конструкции скважинного заряда, что ведет к снижению эффективности применяемой технологии дробления горной породы.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу, выбранному в качестве прототипа, является способ заряжания обводнённых скважин сыпучими неводоустойчивыми взрывчатыми веществами, включающий погружение в скважину полимерного водонепроницаемого рукава с герметизированным нижним концом и размещённым внутри зарядным шлангом и механизированную подачу в него взрывчатого вещества (патент РФ RU 2341767 C1, 20.12.2008, Бюл. №35, МПК F42D 1/08(2006.01)).

Недостатками прототипа являются низкая эффективность и высокая трудоёмкость технологии дробления горных пород взрывом, неприменимость для рассредоточения скважинного заряда или создания промежутка в придонной части скважины, узкая область применения.

Данные недостатки обусловлены применением сложной и ненадежной технологии размещения рукава в скважине и подачу в него ВВ, а именно, сложность и необходимость герметизации между всеми составными элементами конструктивного решения применяемой технологии, включающей в себя воздухоотводящий шланг, зарядный шланг с насадкой, защитный контейнер и стопорный механизм распорного типа (вариант 2 и 3 способа), применение которых увеличивает количество технологических операций при заряжании скважины, а их механические повреждения (истирание, царапины, зацепы, сколы) в виду многократного использования приводят к нарушению целостности рукава и разгерметизации всей конструкции, нарушению конструкции скважинного заряда и неравномерному распределению ВВ в зарядной полости скважины, что влечёт неравномерное воздействие энергии взрыва на горный массив, увеличению выхода негабарита, тем самым снижая эффективность технологии дробления горной породы, также осложняется применением защитного контейнера, выполненного в виде водостойкого прочного жесткого каркаса, в который вставляют полимерный водонепроницаемый рукав, собранный вдоль своей оси в плотно соприкасающиеся между собой гофры, и размещённым снизу стопорным механизмом распорного типа, что позволяет рассматривать его как цельный и не позволяет ему эффективно вытеснять воду при погружении в обводненную скважину, так как вода вытесняется только в радиальные зазоры между защитным контейнером и стенками скважины, в ходе чего, увеличивается воздействие гидростатического давления водного столба на нижний торец защитного контейнера, что затрудняет его погружению на заданную глубину.

Кроме того, способ не применим для рассредоточения скважинного заряда и создания промежутка в придонной части скважины, применяемого в качестве придонного компенсатора, так как полимерный водонепроницаемый рукав и стопорный механизм не обеспечивают необходимого бокового распора по причине ненадежности сцепления внешней поверхности рукава со стенкой скважины ввиду свойств скольжения материала, из которого он выполнен, и недостаточных поперечный внешних сил создаваемых загруженным ВВ (вариант 1) и стопорным механизмом распорного типа (вариант 2 и 3) для эффективного удержания всей колонки скважинного заряда на заданной глубине, что приводит к сползанию конструкции скважинного заряда по стволу скважины, в ходе которого при контакте рукава со стенками скважины возможны нарушения его целостности, а также известное техническое решение рассматривается исключительно для заряжания обводнённых скважин сыпучими неводоустойчивыми взрывчатыми веществами, что ограничивает область его применения.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности технологии дробления горных пород взрывом, расширение области применения неводоустойчивых и водоустойчивых взрывчатых веществ за счёт повышения эффективности заряжания, как сухих, так и обводненных скважин взрывчатым веществом любой марки с применением полимерного рукава путём снижения трудоёмкости способа и усовершенствования конструкции скважинного заряда.

Указанный технический результат достигается за счёт того, в способе заряжания скважин в полимерный водонепроницаемый рукав с герметизированным нижним концом, собранный вдоль своей оси, размещают в детонатор и зарядный шланг, помещённый в дополнительный полимерный рукав, обработанный сверху смазочным веществом, один конец которого закреплён на нижнем торце зарядного шланга при помощи постоянной связи, а другой - на стопорном элементе, расположенном над устьем скважины с возможностью перемещения вдоль зарядного шланга, и с размером, превышающим диаметр скважины, погружают полимерный водонепроницаемый рукав в скважину на заданную глубину, закрепив его верхний конец на дневной поверхности, после чего осуществляют механизированную подачу взрывчатого вещества по зарядному шлангу, который по мере заряжания перемещают по направлению к устью скважины и извлекают, затем фиксируют верхний конец полимерного водонепроницаемого рукава гибкой связью на стопорном элементе и помещают поверх него инертный материал.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая схема заряжания скважин, фиг.2 - схема расположения рукава в заряженной скважине, рабочее положение.

Заявляемый способ заряжания скважин осуществляется путём выполнения следующих операций. Для реализации способа изначально выполняют обуривание блока.

Перед погружением в скважину полимерный водонепроницаемый рукав 1 с герметизированным нижним концом собирают вдоль его оси и размещают в нём детонатор 2, и зарядный шланг 3, предварительно помещённый в дополнительный полимерный рукав 4, обработанный сверху смазочным веществом, один конец которого закреплён на нижнем торце зарядного шланга 3 при помощи постоянной связи 5, а другой - на стопорном элементе 6, расположенным над устьем скважины с возможностью перемещения вдоль зарядного шланга 3, и размером превышающим диаметр скважины.

Отметим, что применение дополнительного полимерного рукава 4, обработанного сверху смазочным веществом, позволяет обеспечить целостность рукава 1, предохраняя его от механических повреждений при перемещении внутри него зарядного шланга 3, снизить коэффициент трения между их контактирующими поверхностями за счёт свойств скольжения смазочного вещества, устранить эффект «налипания» рукава 1 на зарядный шланг 3, создав условия для беспрепятственного перемещения зарядного шланга 3 внутри рукава 1, тем самым облегчить и ускорить заряжание сухих и обводненных скважин.

Затем полимерный водонепроницаемый рукав 1 погружают в скважину на заданную глубину, закрепив его верхний конец на дневной поверхности, после чего осуществляют механизированную подачу взрывчатого вещества 7 по зарядному шлангу 3, который по мере заряжания перемещают по направлению к устью скважины, в ходе чего дополнительный полимерный рукав 4 при контакте о внутреннюю поверхность полимерного водонепроницаемого рукава 1 присборивается, создавая объём, воздействует им на верхнюю часть рукава 1, способствует его раскрытию, тем самым создает промежуток внутри рукава 1 для загрузки ВВ.

После загрузки ВВ зарядный шланг 3 извлекают и фиксируют верхний конец полимерного водонепроницаемого рукава 1 гибкой связью 8, на стопорном элементе 6 (например, деревянный брусок), расположенном над устьем скважины, что позволяет надежно зафиксировать рукав 1 на стопорном элементе, исключив возможность смещения конструкции скважинного заряда, затем поверх рукава помещают инертный материал 9, например буровую мелочь, используемую в качестве забойки.

Важно отметить, что длина и диаметр рукава 1 зависят от выбранной марки ВВ и конструкции скважинного заряда, принятой в соответствии с паспортом БВР, рассчитанным с учётом горно-геологических условий и физико-механических свойств породы, и позволяет сформировать необходимый промежуток в придонной части скважины, используемый в качестве придонного компенсатора, или рассредоточить скважинный заряд в вертикальной плоскости как в сухой, так и в обводненной скважине, обеспечить равномерное распределение взрывчатого вещества по всей колонке скважинного заряда, тем самым усовершенствовать конструкцию заряда, обеспечив её устойчивость, и повысить качество взрывного дробления горной породы при заряжании, как сухих, так и обводненных скважин взрывчатыми веществами любой марки.

Заявляемый способ эффективен при формировании сплошных и рассредоточенных зарядов, а также комбинированных зарядов с одновременным использованием неводоустойчивых и водоустойчивых ВВ, и позволяет обеспечить устойчивое расположение колонки заряда, также исключить возможность неконтролируемого распространения взрывчатого вещества по трещинам в стенках скважины при заряжании сухих и обводненных скважин.

Пример конкретного применения. Испытания производились УК «Кузбассразрезуголь» на участке №2 филиала «Талдинский угольный разрез», взрываемый блок горных пород-алевролит, крепостью f 6 по шкале проф. Протодьяконова М.М.; глубина скважин 17 м; обводнённость 8 м.

Для испытания заявляемого способа блок был забурен буровым станком DMLJ № 63 с сеткой скважин 6 м×6 м, глубиной 17 м и диаметром скважин
215,9 мм. Скважины пробурены вертикальные, общее количество скважин 30 штук.

Способ заряжания скважин осуществляли следующим образом.

После обуривания блока подготовили полимерный водонепроницаемый рукав 1 (например, полиэтиленовый рукав), диаметр и длина которого соответствуют требуемой по паспорту БВР конструкции скважинного заряда, завязали нижний конец, например, полипропиленовым шпагатом, собрали вдоль его оси и разместили в нём шашку ТГ-П 850 на детонирующем шнуре.

Затем подготовили зарядный шланг 3, поместили его в дополнительный полимерный рукав 4 (полиэтиленовый рукав), обработанный сверху отработанным маслом, один конец которого зафиксировали на нижнем торце зарядного шланга 3 при помощи полипропиленового шпагата 5, а другой - на деревянном бруске 6, расположенным над устьем скважины с возможностью перемещения вдоль зарядного шланга 3, и размером превышающим диаметр скважины.

После этого подготовленный зарядный шланг поместили в полимерный водонепроницаемый рукав 1 и погрузили в скважину на заданную глубину, удерживая его верхний конец на дневной поверхности, создав необходимый промежуток H в придонной части скважины длиной 2 метра, применяемый в качестве придонного компенсатора, после чего произвели зарядку скважины Гранулитом в объёме от 390 до 430 кг, а затем зафиксировали верхний конец полимерного водонепроницаемого рукава 1 на деревянном бруске 6 при помощи полипропиленового шпагата 8.

Для увеличения сопротивления восходящему движению расширяющихся газообразных продуктов детонации поверх поместили буровую мелочь.

Таким образом было заряжено 30 скважин.

После проведения массового взрыва был произведен визуальный осмотр гранулометрического состава горной породы, качество дробления которой оценено как оптимальное.

Результаты проведенного эксперимента продемонстрировали создание эффективного способа заряжания скважин, которое приводит к достижению поставленного технического результата.

Изобретение относится к горному делу, к области буровзрывных 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 заряжания скважин, характеризующийся тем, что в полимерный водонепроницаемый рукав с герметизированным нижним концом, собранный вдоль своей оси, размещают детонатор и зарядный шланг, помещённый в дополнительный полимерный рукав, обработанный сверху смазочным веществом, один конец которого закреплён на нижнем торце зарядного шланга при помощи постоянной связи, а другой - на стопорном элементе, расположенном над устьем скважины с возможностью перемещения вдоль зарядного шланга и с размером, превышающим диаметр скважины. Затем погружают полимерный водонепроницаемый рукав в скважину на заданную глубину, закрепив его верхний конец на дневной поверхности. Осуществляют механизированную подачу взрывчатого вещества по зарядному шлангу, который по мере заряжания перемещают по направлению к устью скважины и извлекают. Затем фиксируют верхний конец полимерного водонепроницаемого рукава гибкой связью на стопорном элементе и помещают поверх него инертный материал. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности технологии дробления горных пород взрывом, расширение области применения неводоустойчивых и водоустойчивых взрывчатых веществ за счёт повышения эффективности заряжания как сухих, так и обводненных скважин взрывчатым веществом любой марки с применением полимерного рукава путём снижения трудоёмкости способа и усовершенствования конструкции скважинного заряда. 2 ил.

Способ заряжания скважин, характеризующийся тем, что в полимерный водонепроницаемый рукав с герметизированным нижним концом, собранный вдоль своей оси, размещают детонатор и зарядный шланг, помещенный в дополнительный полимерный рукав, обработанный сверху смазочным веществом, один конец которого закреплён на нижнем торце зарядного шланга при помощи постоянной связи, а другой - на стопорном элементе, расположенном над устьем скважины с возможностью перемещения вдоль зарядного шланга и с размером, превышающим диаметр скважины, погружают полимерный водонепроницаемый рукав в скважину на заданную глубину, закрепив его верхний конец на дневной поверхности, после чего осуществляют механизированную подачу взрывчатого вещества по зарядному шлангу, который по мере заряжания перемещают по направлению к устью скважины и извлекают, затем фиксируют верхний конец полимерного водонепроницаемого рукава гибкой связью на стопорном элементе и помещают поверх него инертный материал.