Устройство для удаления воды из скважин Советский патент 1987 года по МПК E21C37/12 

13

ступенчать5м изменением эластичности в донной части. На ее входе установлен обратньй клапан (К) 7 в виде лепестков, расположенных внутри оболочки 1 и охваченных эластичной втулкой 8. Вход в оболочки 1 выполнен с конической выемкой. Со стороны К 7 в выполненных в оболочке 1 приливах шарнирно закреплены серьги 11. В нижней части оболочка 1 сочленена с дном 4,в котором установлен выходной К 5. В обводненную скважину 2 опускают оболочку 1,из которой удален воздух. В выемку оболочки 1 вставляется штуцер (Ш) 13. При вдвигании

1

Изобретение относится к горному делу,а именно к технике и технологии осушения взрывных скважин на карьерах, преимущественно в слабоустойчивых породах и районах вечной мерзлоты.

Цель изобретения - упрощение изготовления, обслуживания, а также увеличение полноты осушения. .

На фиг. 1 показана скважина,снаряженная устройством, разрез; на фиг. 2 - верхняя часть эластичной оболочки и глтуцер для подачи сжатого воздуха; на фиг. 3 - эластичная оболочка, вид сверху.

Устройством для удаления воды из скважин (фиг. 1) состоит из эластичной, например резиновой, цилиндрической оболочки 1, которую помещают в скважину 2, заполненную водой 3,эластичная цилиндрическая оболочка 1 в нижней своей части сочленена с дном 4, в котором установлен регулируемый предохранительный клапан 5. Оболочка 1 крепится к дну 4 обжимным кольцом 6. Верхняя внутренняя часть эластичной цилиндр.ической оболочки 1 представляет собой обратный клапан 7 лепесткового типа, на который надевается эластичная (например, резиновёя) втулка 8 (фиг. 2). В приливы 9 наружной верхней части оболочки 1 вставлены металлические втулки 10,сквозь которые продеты серьги 11. В центре

687

Ш 13 лепестки К 7 расходятся и пропускают ег о. Серьгами 11 Ш 13 крепится к оболочке 1. Затем по Ш 13 подают воздух. Деформация оболочки 1 начинается снизу вверх, перекрывая все сечение скважины 2 в нижней ее части и с ростом давления продолжается до тех пор, пока вся вода не будет вытеснена из скважины 2. С ростом давления открывается К 5 и воздух, выходя из оболочки 1 и К 5 в скважину, вытесняет оставшуюся воду. Затем Ш 13 извлекается, а лепестки К 7 сходятся, препятствуя выходу воздуха . . из оболочки 1. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

O

5

верхней части оболочки 1 выполнена коническая выемка 12, в которую может вставляться штуцер 13 с крючками 14, штуцер 13 сочленен со шлангом 15, 5 который вторым своим концом соединяется с воздухосборником компрессора (не показан). Эластичная цилиндрическая оболочка 1 в нижней своей части (около 1/15-1/5 своей длины) выполнена со ступенчатым увеличением эластичности. Пределы повышенной эластичности выбраны экспериментально на небольших моделях. Если длина участка повышенной эластичности мень ше 1/15 длины оболочки, то эластичность нижней части получается недостаточной и возникает опасность начала деформации эластичной оболочки от верхней части к нижней, а если более 1/5, то эластичность нижней части слишком большая, и при наличии случайных складок в средней части оболочки возникает опасность, что оболочка 1 начнет деформироваться от верхней части к нижней. В простейшем случае (фиг. 1) повышенная эластичность нижней части оболочки 1 достигается ступенчатым уменьшением ны стенок оболочки 1 или же в нижней части может использоваться более эластичный тип резины, который приклеивается или привулканизируется к более жесткой резине средней части устройства.

5

0

31318687

работает следующим об-

ни та ст ск 5 .ка не

В скважину 2, заполненную водой 3, опускают оболочку 1 в состоянии, когда из нее удален воздух. Дно 4 служит грузом, ускоряющим потопляе- мость устройства. Затем в коническую выемку 12 вставляется штуцер 13, вдвигается внутрь оболочки 1 и крепится к ней серьгами 11, которые набрасываются на крючки 14. При вдвигании штуцера 13 внутрь оболочки 1 лепестки обратного клапан 7 расходятся за счет растяжения эластичной втулки 8 и свободно пропускают штуцер 13 внутрь оболочки. Посредством шланга 15 по штуцеру 13 воздух от компрессора подается внутрь оболочки 1 . В силу того, что наиболее эластичная часть оболочки 1 находится у забоя скважины 2, деформация эластичной оболочки 1 под действием сжатого воздуха начнется также от забоя, перекрывая все сечение скважины 2 в нижней ее части. С ростом давления деформация эластичной оболочки 1 продолжается снизу вверх, вытесняя воду 3 из скважины 2 до тех пор, пока вся вода 3 не удалится за пределы скважины 2 по кольцевому зазору между стенками эластичной об лочки (еще не деформированными) и скважины 2. С дальнейшим ростом давления открывается предохранительный клапан. 5 в дне 4, настроенный на соответствующее давление. Воздух выходя через эластичную оболочку 1 и предохранительный клапан 5 в скважину 2, вытесняет воду из объема скважины 2, не занятой оболочкой 1, в трещины, после чего штуцер 13 извлекается из оболочки. При этом под действием эластичной втулки 8 лепестки обратного клапан 7 сходятся, препятствуя выходу воздуха из оболочки 1.

Для работы с данным устройством необходима компрессорная станция, которая может быть смонтирована,например, на шасси автомобиля средней грузоподъемности.

Предлагается следующая технологи осушения скважин. В неустойчивых- породах, а также на блоках с проточной водой или в районах вечной мерзлоты осушение производят вслед за бурением скважины с возможно меньши промежутком времени. После вытесне4

ния воды из скважины устройство остается в ней, следовательно, нужно столько таких устройств, сколько скважин во взрываемом блоке. Оболоч- 5 .ка 1, прижатая к стенкам скважины 2, не дает возможности им обрушиться

,и препятствует заклиниванию нижней части скважины. В районах вечной мерзлоты оболочка 1, прижатая к стенкам O скважины, препятствует попаданию в

скважину воды, а также резко сокращает конвекцию воздуха в скважине,что, в свою очередь, затрудняет оттаивание мерзлоты у устья скважины.

5

i После бурения запланированного коI личества скважин и их осушения присту

паютк заряжанию скважин на блоке,для

чего последовательно извлекают устройQ ства из каждой скважины, посредством введения кусочка трубы в коническую выемку 12 и далее в оболочку 1, при этом раскрывается лепестковый обратный клапан 7, воздух выходит из

5 оболочки и ее извлекают из скважины посредством, например, лебедки,установленной на автомобиле. Так как в районах вечной мерзлоты есть опасность примерзания оболочки к стенкам

0 скважины, оболочку перед спуском в скважину смазывают незамерзающим составом, например солидолом,отработан- маслом и т.п.

Заряжание производят на некотором

эг удалении с помощью обычной механизации - зарядных и забоечных машин, используя при этом неводоустойчивые ВВ. Применение подобных устройств только для откачки воды, когда обоQ лочку 1 последовательно вставляют в скважину, откачивают ей воду и переносят на следующую скважину и т.д. неэффективно, так как для этих целей созданы более производительные маши ны - без оболочек.

Способ откачки воды заключается в том, что на дно скважины подают порцию пены поверхностно-активного вещества - сульфанола, а затем под

Q пену производят подачу сжатого воздуха. Пена препятствует перемешиванию сжатого воздуха и воды и играет роль поршня, которым из скважины выталкивается вода. Преимуществом известного способа воды по сравнению с предлагаемым является отсутствие оболочки, однако этот способ не решает вопроса осушения скважин в неустойчивых породах и не предотвраща5 . .13

ет замерзание скважин в районах вечной мерзлоты.

Производительность труда по откачке воды из скважины по предложенной технологии высота и определяется не Техническими возможностями, а организацией работы. Чистое время t откачки воды из одной скважины определяется из соотношения

V

q

мин,

где V - объем скважины, м ;

q - расход воздуха компрессора,, .

Так как V

D

L, м ;

D - диаметр скважины,, м; L - глубина скважины, м.

D L

4 q

При бурении скважин станком СБШ- 250 D 0,3 м. Приняв высоту уступа 10 м, имеем L i: 12 м (с учетом перебура) . Приняв производительность компрессора 9 м /мин, имеем t 0,1 мин.

Так как воздух в эластичной оболочке находится при избыточном давлении S 2-2,5 атм, то время откачки увеличится в 2-2,5 раза, т.е. составит 0,2-0,25 мин.

Более продолжительное время занимает снаряжение скважины устройством. С учетом времени переезда от скважины к скважине, времени снаряжения скважины устройством и времени откачки воды предполагается, что все операции займут 10 мин. Так как предполагается, что осушение и изоляция скважин должны производиться после бурения очередной скважины, то это обстоятельство будет сдерживать производительность откачки и изоляции ввиду того, что время бурения одной скважины гораздо больше времени откачки.

Так как бурение на карьерах обычно производится сразу на нескольких блоках, то целесообразно откачку воды и изоляцию скважин производить группами по 5-7 штук.Машина с компрессорной установкой подъезжает к станку, водитель машины, являющий- ся одновременно оператором компрессорной установки, запускает компрессор. В это время помощник машиниста буровог о станка опускает оболочку

76

в скважину и вставляет штуцер в оболочку. После заполнения оболочкой объема скважины помощник машиниста бурового станка извлекает штуцер из оболочки и с компрессорной установкой переезжает на другую скважину, где все операции повторяются. После осушения группы скважин машина с компрессорной установкой переезжает на другой обуриваемый блок, где помощником машиниста второго буровог О станка осушается и изолируется следующая группа скважин и т.д. В этом случае изоляция и осушение сква- жин не сдерживаются буровьми работами а в смену осушается столько скважин, сколько их пробурят. Начало и конец смены водителя-оператора компрессорной установки целесообразно сдвинуть на 1-1,5 ч по отношению к началу и концу смены бурового участка.

При бурении в неустойчивых пороах или при очень быстром замерза- НИИ сКважин в районах вечной мерзло- ты может быть предложена другая организация работ. В начале смены на все буровые станки доставляются оболон- ки в свернутом виде (эта операция может совмещаться с доставкой на станки долот). После бурения первой скважины машинист бурового станка переезжает на вторую, в это время помощник машиниста вставляет оболочку в скважину. Переехав на новую скважину, машинист горизонтирует ста- нок и приступает к бурению следующей скважины, а помощник машиниста вставляет в оболочку штуцер, соединенный с пневмосистемой бурового станка, и производит откачку и изоляцию скважины. Так как современные станки шарошечного,бурения оборудованы мощными компрессорными установками роизводительностью 18-25 , и Так как в начале бурения скважины такой высокий расход воздуха не нуен, а чистое время откачки весьма мало, то такая совмещенная технология откачки и бурения не снизит произво- дительность бурения.

Вторая технология предпочтительнее, так как в этом случае не требуется приобретение компрессорной ус- тановки и привлечения дополнительного количества рабочих для осушения скважин.

Извлечение предлагаемого устройства из .скважин перед заряжанием

потребует привлечения двух человек и автомобиля небольшой грузоподъемности, обрудованного лебедкой.Один человек выпускает воздух из оболочки, путем вставления в обратный клапан кусочка трубы и прицепляет канат лебедки к серьгам 11, за которые устройство извлекается из скважины. Затем устройство укладывается на земле и скатывается. Так как обратный клапан лепесткового типа 7 раскрыт введенной в него трубой,воздух при скатывании свободно выходит из оболочки и она подготавливается к повторному использованию. Скатанную оболоч- f5 оболочку с изменяющейся эластичноку загружают в автомобиль и переезжают на другую Скважину, где все операции повторяются. Время извлечения устройства составит порядка 5-7 мин. Так как время заряжания скважины больше времени извлечения устройства, то такая технология не будет сдерживать производительность взрывного участка.

Технология откачки воды из скважин с использованием предлагаемого устройства позволяет в неустойчивых породах и в районах вечной мерзлоты отказаться от повторного бурения и чистки скважин, а также дает возможность применять неводоустойчивое ВВ и в этих условиях.

Применение предлагаемых устройств по указанной технологии может оказаться полезным в устойчивых породах, так как в этом случае появляется возможность проводить буровые работы с меньшей зависимостью от взрывных , появляется возможность бурения скважин впрок, можно держать

резервный, полностью обуренный блок, или, выполнив большой объем бурения на одном карьере, перебросить буровую технику на друг ой, что может привести к сокращению потребного количества буровых станков, особенно в условиях близко расположенных и небольших по производительности карьеров.

Формула изобретения

1. Устройство для удаления воды из скважин, включающее эластичную

20

25

стью, на входе в которую установлен обратный клапан, отличающее с я тем, что, с целью упрощения из готовления, эластичная оболочка выполнена со ступенчатым изменением эластичности в донной части.

2.Устройство по п. 1, отличающееся теп, что, с целью полноты осушения, оно снабжено выходным клапаном.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что обратный клапан выполнен в виде лепестков, расположенных внутри оболочки,

30 охваченных эластичной втулкой.

4.Устройство по пп. 1 - 3, о т- личающееся тем, что, с целью упрощения обслуживания, эластичная оболочка со стороны обратно35 го клапана выполнена с приливами,в которых шарнирно закреплены серьги

5.Устройство по пп. 1 - 4, о т- личающееся тем, что вход

в эластичную оболочку выполнен с ко 40 нической выемкой.

. 4 . V

Изобретение относится к горному делу,а именно к технологии осушения взрывных скважин на карьерах, преимущественно в слабоустойчивых породах и районах вечной мерзлоты. Цель изобретения - упрощение изготовления и обслуживания, а также увеличение полноты осушения. Устр-во включает эластичную оболочку 1 со (Л со СХ) О5 00 Фиг. 7

12

11

Редактор А.Козориз

Фиг,3

Составитель А.Монастыршин Техред М.Ходанич

Заказ 2486/26Тираж 454

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий ,113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Т,Колб

Подписное