Способ пылеподавления при бурении Советский патент 1989 года по МПК E21B21/16 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может быть использовано для борьбы с пьшью при бурении.

Цель изобретения - повышение эффективности пьшеподавления путём обеспечения конденсационного укрупнения пылевых частиц в скважине.

Сущность способа заключается в продувке скважины воздухом, температуру которого переодически изменяют. При этом одна из температур равна температуре наружного воздуха Т tif а вторую Т задают из условия обеспечения, необходимого для конденсационного укрупнения пыпинок пресыщения, возникающего при смешении воздуха с различной температурой

sp(T) (V „,р

р(т;) -

: T,(j) т;(р);

. T.Xf) . Т(р),

Vi) - f ()

.: ;

где (р)Т - влагосодержание воздуха при температуре Т(р), установление которой в смеси приводит к пересыщению Sj

S - пересыщение, обеспечивающее эффе стивное укрупнение частиц (,5); объемы воздуха соответственно при темпеСП

о

СП

ю

СП

1.509

ратуре воздуха и Т,

р (Т ) , р(Т(((,р) - влагосодержание воздуха соответственно при температуре Т и , Т - расчетная температура подаваемого возду- . ха,°С

Т, Tj,(j) - температура соответственно подаваемого воздуха в смеси после установления теплового равновесия, С. Для осуществления конденсационных процессов в скважине необходимо, чтобы воздух с различной температурой перемешался еще в скважине. Приняв величину забуривания, к примеру, 0,5м (время, необходимое для забуривания, характеризуется неустойчивым режимом работы, при котором эффектом предлагаемого способа практически можно пренебречь. При длине скважины 32 м это составляет 1,6% от общего времени бурения), получают, что минимальная частота изменения температуры должна обеспечить смену ее хотя бы один раз за время прохождения воздух в затрубном пространстве с глубины 0,5 м до устья скважины. При средней скорости движения в затрубном пространстве около 26 м/с (определяется с учетом величины свободного сечения пространства и объемного расхода воздуха) частота изменения температуры

составляет п - -t 0,01 с (при

г ft

Р

такой частоте будут поданы равные объемы воздуха с различной температурой до выхода из скважины).

Учитывая большую скорость изменения .температуры, а также меньшую скорость движения воздуха по буровому ставу, чем в затрубном пространстве, возможно предположит ь начало конденсационных процессов в буровом ставе непосредственно, что является нежелательным эффектом, в связи с этим необходима его количественная

jneHKa. Внутреннее сечение става (станок 2 СБЫ-200) 0,015 м м ,j 180 мм), средняя скорость движе-

ния воздуха в ставе 20 м/с. Концентрцию пьти в воздухе, подаваемом для продувки, принимают равной фоновой запыленности карьера, которая прибли

зительно равна предельно допустимым нормам и составляет порядка 2 мг/м, За время прохождения по ставу при условиях Т „„ц 25 с, , S 1,5 глубина скважины меняется от 0,5 до 32 м, пылинки укрупняются до размеров, указанных в таблице. Там же приведены данные расчета массы влаги, сконденсировавшейся на одной пьтинке, и общей массы сконденсировавшейся влаги ( с учетом того, что масса гранитной 1 мкм пылинки составляет 11 ,1 1 кг, количество пылинок 0,18x10 шт/м).

Общее количество влаги, конденсирующейся из воздуха при его охлаждении с 25 до 8 ,составляет

US

ело

рц S(T 25) - S(T 8)

0 5

0

5 -

5

14,7 г/м

Таким образом, по завьшгенным оценкам (выравнивание температуры вряд ли успеет произойти в ставе, поскольку движение в нем носит ламинарный характер, а время взаимодействия весьма ограничено доля влаги, теряющаяся в результате конденсации ее до выхода воздуха в скважину, не превышает 4% от общего обьема конденсирующейся жидкости.

Как известно, влагосодержание воздуха однозначно определяется температурой воздуха и его относительной влажностью. Для определения температуры воздуха по его влагосодержанию можно пользоваться как аналитическими зависимостями, так и таблицами влагосодержания воздуха, что являет- ся более предпочтительньм, так как упрощается расчет, данные таблицы приводятся практически во всех физических справочниках. Определяют расчетную температуру таблицам влагосодержания, исходя Из значения р (), определяемого по расчетной формуле

S-P(T) (VHOIP +V,,)-f (TH«P)-VH«P

J,(T;) ---,

где S - пересыщение, обеспечивающее эффективное укрупнение частиц (целесообразно принимать S 1,5), г/м ; с (Т) - влагосодержание воздуха при температуре Т(р), установление которой в смеси приводит к пересыщению S

1 S T-/Vf I , j, г/м ,

5

влагосодержание наружного

воздуха, г/м ;

объемы воздуха соответственно при температуре Т„„р

и Т,.

температура подаваемого воздуха,с ..

При определении количества вла- ги, находящейся в объеме , не Учитывается влажность наружного воздуха (точнее, принимается 100% влажность) , что приводит в действительности к повышенным затратам энергии на изменение температуры воздуха с до Т2.,однако с достаточной для практики точностью этой величиной можно пренебречь, при этом реализация способа намного упростится, так как отпадает необходимость постоянного контроля влажности, меняющейся несколько раз в день.

р(Т) определяется по приведенной формуле, при этом задаются конкретные параметры реализации способа, а именно - температура наружного воздуха 25° С, влажность 100%, степень необходимого пересыщения.S 1,5, обьем воздуха V р V.

Подставляют в формулу численные значения S 1,5; р(Т) 12,84 -25°С: р(Т „.J

Vj

чар V получаf iciop. rr, -ot;°r 1 -j v,. J-nMp.

23,07 V „ар ют р(Тр 15,45 г/мЗ.

Рхмея значение рСТ) 15,45 г/м , по таблице влагосодержания находят, что это влагосодержание соответствует диапазону температуры воздуха 18 - .

Аналогичным образом, т.е. с ис- пользованием справочных таблиц, осуществляется переход от влагосодержания к температуре воздуха и наоборот и во всех остальных случаях.

Температура воздуха, подаваемого на продувку, определяется системой неравенств, которая решается методом последовательных приближений. Сущность данного метода заключается в последовательном, цикличном приближении .к решению. Реализуется этот метод следующим образом. Произвольно задается значение температуры Т(р) и условно считается, что установление ее в смеси приводит к пересьш5ению S 1,5. Это позволяет определить значение f(Tl), а следовательно, и Т (р). Зная расчетную температуру подаваемого воздуха ) и темпера1509525

туру наружного воздуха, а также их объемы, определяют реальную температуру Т , которая устанавливается в смеси при данных условиях (имеются

условия:

HWp

V

нар

0

5

0

5

0

5

0

5

Таким образом, в результате первого цикла расчетов имеют возможность сравнить 2 величины: принятую температуру смеси (Т) и реальную тем-- пературу смеси (Т .,«) . Если расхождение между ними незначительно и находится в пределах допустимой погреш ности, то расчеты прекращаются. Если расхождение значительно, то повторяют расчеты, изменяя произвольно Jзадаваемую температуру Т (f) до тех пор, пока расхождение не будет находиться в пределах допустимой погрешности.

Количество циклов, необходимых для решения системы неравенств методом последовательных приближений, существенным образом зависит как от принимаемой первоначальной температуры, так и от шага изменения ее на каждом цикле.

Формула изобретения

Способ пылеподавления при бурении, включающий продувку скважины сжатым воздухом, выдачу запыленного воздуха на поверхность и его обеспыливание, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения эффективности пыле- . подавления путем обеспечения конденсационного укрупнения пьшевык частиц в скважине, температуру сжатого воздуха, подаваемого на продувку, периодически меняют, при этом одна из температур равна температуре наружного воздуха, а другую определяют из математического выражения

Sf(T)(VHe,p +VI)-P()V««P

р(т ,)

V,

Ta(f) Ti(f); Tc«(p)iT(p),

расчетная температура подаваемого воздуха, °С;

S - пересьЕцение, обеспечивающее эффективное укрупнение частиц, с(Т) - влагосодержание воздуха ,при температуре Т(р), установление кот.орой в смеси приводит к пересьщению S,

МЯР г объемы воздуха соответстТг температура подаваемого

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и предназначено для борьбы с пылью при бурении. Цель - повышение эффективности пылеподавления путем обеспечения конденсационного укрупнения пылевых частиц в скважине. Для этого температуру сжатого воздуха (СВ), подаваемого на продувку в скважину, периодически меняют. При этом одна из температур T₁ равна температуре наружного воздуха, а вторую T₂ определяют из выведенного математического выражения исходя из условия обеспечения необходимого для конденсационного укрупнения пылинок пресыщения, возникающего при смешении воздуха с различной температурой. При этом учитывается влагосодержание воздуха, установление которого в смеси приводит к пересыщению, объемы воздуха и пересыщение, обеспечивающее эффективное укрупнение частиц. Запыленный воздух выносится на поверхность, где обеспыливается. 1 табл.

Составитель И. Федяев Редактор Л.ЗайцеваТехред А,Кравчук Корректор М.Шароши

Заказ 5778/28

Тираж 449

ВНИИГ1И Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное