Способ установки забойки в скважине Российский патент 2024 года по МПК F42D1/08 F42D1/18 

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, к способам забойки скважин при разработке полезных ископаемых открытым способом.

Известна подвесная скважинная забойка - запирающий элемент, выполненный в виде сплошного цилиндра диаметром соизмеримым с диаметром скважины, нижний торец которого выполнен скошенным, а верхний прикреплен веревкой к перекладине, расположенной над устьем скважины (патент RU 2371671 С1, 27.10.2009, Бюл. №30, МПК F42D 1/08 (2006.1)).

Недостатком известного изобретения является низкая эффективность дробления горных пород, обусловленная низкой эффективностью срабатывания запирающего элемента, поскольку геометрическая форма запирающего элемента и его рабочее положение в скважине не обеспечивают достаточного сцепления его торцов со стенками скважины и не обладает требуемым распорным качеством, позволяющим эффективно заклинивать запирающий элемент в скважине и создавать необходимое сопротивление восходящим продуктам детонации для удержания их в скважине до момента полного разрушения разрабатываемого горного массива, ввиду этого существует высокая вероятность преждевременного вылета запирающего элемента из скважины под действием давления расширяющихся газообразных продуктов детонации, в свою очередь, известное изобретение непригодно для разработки крепких пород, по причине гладкости стенок скважин, что приводит к скольжению торцов скошенного цилиндра по поверхности стенок скважины и преждевременному вылету его из скважины.

Известно изобретение, принятое в качестве прототипа, включающее создание полости путем внешнего воздействия на участок стенки скважины на заданной глубине от устья скважины в массиве с интенсивной трещиноватостью, опускание в скважину запирающего элемента при помощи закрепленной на нем гибкой связи, заведение верхнего бокового торца запирающего элемента в созданную полость, фиксацию свободных концов гибкой связи на опорной конструкции, превосходящей габаритами диаметр устья скважины, и заполнение пространства от верхнего поперечного торца запирающего элемента до дневной поверхности инертным материалом (патент RU 2808783 C1, 05.12.2023, Бюл. №34, МПК F42D 1/08 (2023.0), F42D 1/18 (2023.05)).

Недостатками прототипа является низкая эффективность забойки скважины и высокая трудоемкость способа, обусловленные низкой эффективностью срабатывания запирающего элемента и неустойчивостью его рабочего положения, так как в полость вводят лишь заостренный край верхнего поперечного торца запирающего элемента, что не обеспечивает надежного крепления запирающего элемента в полости и его эффективного заклинивания в скважине, по причине малой площади контакта их поверхностей и нестабильности создаваемой точки опоры внутри полости, так как формируют полость в области массива интенсивной трещиноватости с низкими прочностными свойствами, а при заведении заостренной части верхнего поперечного торца запирающего элемента в полость вызывает частичную или полную осыпь краев полости, нарушение ее контуров, что влечет увеличение радиальных зазоров, и усложняет процесс забойки скважины, а при крупных осыпях делает его невозможным, тем самым снижает эффективность срабатывания запирающего элемента, приводит к утечке и преждевременному выходу газообразных продуктов детонации из скважины.

Отметим, что уменьшение высоты наклонного цилиндра (толщины запирающего элемента) для упрощения процесса его установки в полость влечет к его непригодности для использования в качестве забойки, так как обладает низким распорным качеством и высокой вероятностью нарушения целостности в момент взрыва, чем снижает качество забоечного материала.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности забойки скважины за счет повышения эффективности срабатывания запирающего элемента и увеличения распорных качеств забойки.

Указанная техническая задача достигается тем, что способ установки забойки в скважине, включает создание полости путем внешнего воздействия на участок стенки скважины на заданной глубине от устья скважины в массиве с интенсивной трещиноватостью, опускание в скважину запирающего элемента, выполненного в виде клина, полученного путем иссечения нижнего поперечного торца из наклонного цилиндра, скошенного под углом 30 - 45 ˚ к горизонту таким образом, что один боковой торец запирающего элемента меньше на 30 - 70 % другого бокового торца на заданную глубину при помощи закрепленной на нем гибкой связи, заведение верхнего меньшего бокового торца запирающего элемента в созданную полость, фиксацию свободных концов гибкой связи на опорной конструкции, превосходящей габаритами диаметр устья скважины, и заполнение пространства от верхнего поперечного торца запирающего элемента до дневной поверхности инертным материалом.

Способ установки забойки в скважине осуществляется следующим образом.

Заранее подготавливают запирающий элемент 1, для чего от прямого цилиндра диаметром соразмерным диаметру скважины, например, оцилиндрованное бревно, отделяют сегменты V1 и V2 так, что в результате получают наклонный цилиндр, поперечные торцы которого скошены под углом α 30 - 45° к горизонту, затем иссекают нижний поперечный торец из наклонного цилиндра - сегмент V3, таким образом, получают запирающий элемент 1, выполненный в виде клина с продольным сечением S, один боковой торец которого меньше на 30 - 70 % другого бокового торца.

После выполнения буровых работ, формирования скважинного заряда 2 и монтажа взрывной сети 3, в скважине на заданной глубине массива с интенсивной трещиноватостью (на расстоянии 1 - 3,0 м от устья скважины) создают полость 4, параметры которой соответствуют размеру меньшего бокового торца запирающего элемента 1, после чего осуществляют опускание в скважину на заданную глубину запирающего элемента 1 при помощи гибкой связи 5 и 5', например, двух пропиленовых шпагатов, закрепленных на его верхнем поперечном торце (фиг.1), при этом опускают запирающий элемент 1 нижним поперечным торцом вниз, расположив меньший боковой торец по одну сторону с полостью 4 для упрощения заведения его внутрь.

После достижения заданной глубины меньший боковой торец запирающего элемента 1 заводят в полость 4, одновременно подтягивая гибкую связь 5 и 5' по направлению к устью скважины до устойчивого заклинивания запирающего элемента 1 в скважине, после чего свободные концы гибкой связи 5 и 5' закрепляют на опорной конструкции 6, например, деревянном брусе, превосходящем габаритами диаметр устья скважины, и заполняют пространства от верхнего поперечного торца запирающего элемента 1 до дневной поверхности инертным материалом 7 (например, буровой мелочью), что способствует перекрытию радиальных зазоров между запирающим элементом 1 и стенками скважины и снижению утечки газов через них, данное положение запирающего элемента 1 считается рабочим положением. Закрепление двух свободных концов гибкой связи 5 и 5' на опорной конструкции позволяет увеличить надежность крепления запирающего элемента 1 в скважине и исключает возможность обрушения нижнего края полости 4 под действием веса инертного материала 7 расположенного над запирающим элементом 1.

Отметим, что клинообразная форма запирающего элемента 1 позволяет ввести его меньший боковой торец в полость целиком, тем самым повысить устойчивость его крепления внутри полости и увеличить надежность фиксации запирающего элемента 1 в скважине, за счет увеличения площади контакта их поверхностей и создания дополнительной точки опоры внутри полости, также улучшить функциональные возможности конструкции забойки в целом, создать эффективную технологию крепления, заклинивания и распора забойки в скважине, которая позволяет увеличить сопротивление забойки внешней нагрузке - действию газообразных продуктов детонации. А совокупность существенных признаков: угол наклона поперечных торцов наклонного цилиндра α 30 - 45° и разница длин боковых торцов запирающего элемента 1 позволяет достичь необходимой и достаточной длины большой оси поперечных торцов наклонного цилиндра для дальнейшего беспрепятственного установки запирающего элемента 1 в скважине, его надежного заклинивания и обеспечить перекрытие скважины с минимальными радиальными зазорами, повысить эффективность использования запирающего элемента 1. Уменьшение разницы длин боковых торцов запирающего элемента 1 приводит к его нарушению целостности (образованию трещин внутри структуры и разломов под действием веса инертного материала), а увеличение нецелесообразно.

Также отметим, что данное рабочее положение запирающего элемента 1 в скважине увеличивает распорные качества забойки, создает условия для увеличения степени уплотнения среды в области его установки в момент взрыва, так как в момент взрыва меньший боковой торец запирающего элемента 1 надежно зафиксирован внутри полости, а под действием продуктов детонации еще больше сдавливается разрушаемой вокруг него породой, что увеличивает время срабатывания забойки, в ходе чего происходит заполнение трещин инертным материалом 7, повышается плотность забоечного материала сдавленной горной породой, формируется пробка, расширяющаяся в горизонтальном направлении, оказывающая давление на запирающий элемент 1 увеличивая сопротивление забойки в целом, тем самым увеличивая эффективность забойки скважины.

Пример применения заявляемого способа.

Испытание заявляемого способа производилось на филиале АО «УК «Кузбассразрезуголь «Талдинский угольный разрез», взрываемый блок горных пород - песчаник крепостью f= 6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова.

Для испытания заявляемого способа блок был забурен буровыми станком ДМЛ 8528 с сеткой скважин 6 м×6 м, глубиной 15 м и диаметром скважин 215,9 мм. Скважины пробурены вертикальные, общее количество скважин 50 шт.

Установка забойки в скважине производилась следующим образом.

После обуривания блока в скважине на заданной глубине массива с интенсивной трещиноватостью (вторичная трещиноватость, образовавшаяся от воздействия предыдущего взрыва 1,5 - 3,0 метра) была создана полость, после чего сформировали скважинный заряд и выполнили монтаж взрывной сети, затем при помощи гибкой связи, например, двух полипропиленовых шпагатов, закрепленных одним концом на верхнем поперечном торце, опустили в скважину запирающий элемент, согласно заявляемого способа, после чего подтянув за свободные концы полипропиленовых шпагатов заклинили его в скважине, а затем зафиксировали их свободные концы на опорной конструкции, после этого заполнили пространство до дневной поверхности буровой мелочью.

После взрыва отмечена равномерность дробления горной породы, а результаты проведенных экспериментов доказали, что совокупность существенных признаков заявляемого способа позволяет достичь заявляемого технического результата, а именно, повышения эффективности забойки скважины.

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 к способам забойки скважин при разработке полезных ископаемых открытым способом. Способ включает создание полости путем внешнего воздействия на участок стенки скважины на заданной глубине от устья скважины в массиве с интенсивной трещиноватостью. Затем опускают в скважину запирающий элемент, выполненный в виде клина, полученного путем иссечения нижнего поперечного торца из наклонного цилиндра, скошенного под углом 30-45° к горизонту таким образом, что один боковой торец запирающего элемента меньше на 30-70 % другого бокового торца, на заданную глубину при помощи закрепленной на нем гибкой связи. Заводят верхний меньший боковой торец запирающего элемента в созданную полость. Фиксируют свободные концы гибкой связи на опорной конструкции, превосходящей габаритами диаметр устья скважины, и заполняют пространство от верхнего поперечного торца запирающего элемента до дневной поверхности инертным материалом. Техническим результатом является повышение эффективности забойки скважины. 2 ил.

Способ установки забойки в скважине, включающий создание полости путём внешнего воздействия на участок стенки скважины на заданной глубине от устья скважины в массиве с интенсивной трещиноватостью, опускание в скважину запирающего элемента, выполненного в виде клина, полученного путём иссечения нижнего поперечного торца из наклонного цилиндра, скошенного под углом 30-45° к горизонту таким образом, что один боковой торец запирающего элемента меньше на 30-70% другого бокового торца, при помощи закрепленной на нём гибкой связи, заведение верхнего меньшего бокового торца запирающего элемента в созданную полость, фиксацию свободных концов гибкой связи на опорной конструкции, превосходящей габаритами диаметр устья скважины, и заполнение пространства от верхнего поперечного торца запирающего элемента до дневной поверхности инертным материалом.