Устройство для локализации выбросов угля и газа Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при гидравлическом бурении скважин на пластах склонных к внезапным выбросам угля и газа, особенно при проведении подготовительных и нарезных выработок.

Известно устройство для снижения интенсивности газодинамических явлений и задержания их развития в начальной стадии (локализация) в подготовительных выработках, выключающее заградительную перемычку, установленную на расстоянии 3,0-3,5 м от забоя 1.

Недостатками заградительной перемычки являются низкая-производительность труда вследствие большого количества ручных операций, большой расход стройматериалов и невозможность использования при проведении скважин.

Наиболее близким к предлагаемому является устроиствоКБГ, включающее двухкамерный буровой став, буровой орган, вращатель с полым валом и гибкие водоводы 2.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает задержа vj

Сл Ю О

сл

со

ние продуктов разрушения и локализации выбросов в начальной стадии.

Цель изобретения - повышение безопасности и надежности технологии бурения по выбросоопасным пластам,

Поставленная цель достигается тем. что в устройстве для локализации выбросов угля и газа при гидравлическом бурении скважин, включающем двухканальный буровой став, буровой орган, вращатель с полым ва- лом и гибкие водоводы, буровой став выполнен из сливной и линейных штанг и центральной трубы и снабжен дифференциальным поршнем-клапаном, подпружиненным в осевом направлении и закрепленным на центральной трубе внутри сливной штанги с образованием кольцевого канала, сообщенного с концевым каналом, выполненным в линейных штангах става, при этом в верхней части сливной штанги вы- полнены надпоршневые отверстия, а в нижней - сливные отверстия, обсадная труба снабжена герметизатором с бункером, предохранительным клапаном, задвижкой и на- правляющим цилиндром, при этом двухканальный вал вращателя посредством муфт гибких водоводов и переключателя сообщен с напорной водой и атмосферой, а линейные штанги снабжены кольцевыми уп- лотнительными элементами, расположен- ными на их наружной поверхности на расстоянии друг от друга, не превышающем длины направляющего цилиндра.

На фиг. 1 показана схема расположения основных узлов устройства для локализа- ции выбросов угля и газа; на фиг. 2 - сливная штанга; на фиг. 3 - переключатель; на фиг. 4 - герметизатор.

Устройство для локализации выбросов угля и газа состоит из обсадных труб 1, гер- метизатора 2 с бункером 3 и задвижкой 4, сливной штанги 5, линейных штанг 6 с центральным 7 и кольцевым 8 каналами, бурового органа 9, пульта 10 управления. переключателя 11с гибкими водоводами 12- 14 и муфтами 15 и 16 подвода воды к двух- канальному валу вращателя 17 станка, манометра 18.

В сливной штанге 5 на трубе 19 центрального канала 7 насажена направляющая втулка 20, по которой перемещается дифференциальный поршень-клапан 21, поджимаемый пружиной 22 и образующий со стенкой корпуса 23 сливной штанги 5 кольцевой канал 24. В нижней части сливной штанги 5 выполнены сливные отверстия

25,а в верхней - надпоршневые отверстия

26,защищенные фильтрами 27.

В корпусе переключателя 11 имеется рукоятка 29, насаженная на вал 30 с эксцентриком 31, перемещающим золотник 32 к одному из седел 33 и соединяющим одно из напорных отверстий 34 со сливом 33.

В герметизатор 2 при помощи фланцевого 36 и сферического 37 соединенный устанавливают направляющий цилиндр 38, в котором в процессе бурения перемещаются линейные штанги 6 с уплотнительными элементами 39. В герметизатор 2 вмонтирован предохранительный клапан 40 избыточного давления.

Устройство для локализации выбросов угля и газа функционирует следующим образом.

Устье скважины (длина 6-8 м) обсаживают трубами 1. К торцу обсадной трубы подсоединяют герметизатор 2 с бункером 3 и задвижкой 4. Затем заводят в скважину буровой орган 9, сливную штангу 5 и две-три линейные штанги 6, после чего в герметизаторе 2 монтируют направляющий цилиндр 38. При дальнейшем наращивании линейных штанг 6 кольцевые уплотнители 39 обеспечивают полную герметизацию скважины и удерживают столб воды в скважине. Чтобы избежать течи при перемещении штанг длина направляющего цилиндра 38 выполнена большей, чем расстояния между уплотнительными элементами 39. Сферическое соединение 37 направляющего цилиндра 38 с герметизатором 2 облегчает наращивание линейных штанг 6 при некоторой расцентрировке бурового става относительно скважины.

Собранный из штанг буровой став соединяют с валом вращетеля 17 станка подачи.

Высоконапорная вода для бурения по водоводу 12 поступает в переключатель 11 (фиг. 3), откуда через верхнее напорное от- верстие34 и гибкий водовод 13 - к муфте 15 подвода воды, затем через полый вал вращателя 17 - в центральный канал 7 линейных 6 и сливной 5 штанг к буровому органу 9.

При подаче воды на бурение задвижка закрыта. Вода с продуктами разрушения (пульпа) заполняет заштанговое пространство скважины и поднимается до уровня сливной штанги 5. Здесь ее излишки через сливные отверстия 25, кольцевые каналы 24 и 8 штанг, муфту 16 подвода воды, гибкий водовод 14, нижнее напорное отверстие 34, сливное окно 35 и переключатель 11 попадают на почву (канавку) выработки.

После окончания бурения на длину штанги подачу воды на буровой орган 9 прекращают, из бункера 3 через задвижку 4 выпускают уголь. Затем задвижку 4 закрывают, наращивают линейную штангу 6,

включают воду низкого давления и заполняют водой скважину (заштанговое пространство) до уровня сливной штанги 5. Уровень определяют по появлению воды из сливного отверстия 35 переключателя, после чего включают высоконапорную воду и продолжают бурение.

При развитии выброса в процессе бурения его продукты заполняют свободное пространство - от забоя скважины до слив- ной штанги 5 (при диаметре скважины 0,3- 0,4 м и длине свободного пространства 1,5-2,0 м разместится 0,3-0,5 т угля), а повышенное давление газов воздействует через надпоршневые отверстия 26 на торец диф- ференциальногс поршень-клапана 21 напорной, который, сжимая пружину 22, перемещается вниз в осевом направлении и перекрывает своим телом сливные отверстия 25. Скважина полностью герметизиру- ется.

При проявлении выброса резко повышается давление в скважине, что фиксирует машинист по манометру 18 на пульте 10. Он перекрывает поступление высоконапорной воды в скважину. При повышении давления до уровня, способного разрушить устройство для локализации выбросов, срабатывает предохранительный клапан 40.

После стабилизации послевыбросного давления в загерметизированной скважине производят его снижение путем соединения центрального канала 7 штанг 6 с атмосферой через напорное верхнее отверстие 34 и сливное окно 35 переключателя 11 по- средством поворота рукоятки 29,

Предлагаемое устройство для локализации выбросов угля и газа при гидравлическом бурении позволяет повысить безопасность труда за счет ограничения объема продуктов и погашения энергии выброса в загерметизированном заполненном пульпой пространстве скважины.

Устройство также позволяет повысить надежность технологии, так как при ограничении продуктов выбросов малыми объемами и погашении выброса в начальной стадии резко снижаются отрицательные разрушительные последствия, увеличивается количество и качество скважин пригодных для эксплуатации.

Формула изобретения Устройство для локализации выбросов угля и газа при гидравлическом бурении скважин, включающее обсадную трубу, двухканальный буровой став, буровой орган с насадками, вращатель с полым валом и напорную магистраль, отличающееся тем, что, с целью повышения безопасности и надежности технологии бурения по выбро- соопасным пластам, буровой став выполнен из сливной и линейных штанг и центральной трубы и снабжен дифференциальным поршнем-клапаном, подпружиненным в осевом направлении и закрепленным на центральной трубе внутри сливной штанги с образованием кольцевого канала, сообщенного с кольцевым каналом, выполненным в линейных штангах става, при этом в верхней части сливной штанги выполнены надпоршневые отверстия, а в нижней - сливные отверстия, обсадная труба снабжена герметизатором с бункером, предохранительным клапаном, задвижкой и направляющим цилиндром, при этом вращатель снабжен муфтами и посредством рукавов и переключателя сообщен с напорной магистралью и атмосферой, а линейные штанги снабжены кольцевыми уплотнительными элементами, расположенными на их наружной поверхности на расстоянии друг от друга, не превышающем длины направляющего цилиндра.

Јг

зг

Использование: при гидравлическом бурении скважин на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа. Сущность изобретения: устройство содержит буровой орган с насадками, вращатель с полым валом и двухканальный буровой став, состоящий из сливной и линейных штанг и центральной трубы. Внутри сливной штанги установлен подпружиненный в осевом направлении дифференциальный поршень- клапан, закрепленный на центральной трубе. В верхней части сливной штанги выполнены подпоршневые отверстия, а в нижней - сливные отверстия. Обсадная труба устья скважины имеет направляющий цилиндр, герметизатор, бункер и предохранительный клапан. Линейные штанги выполнены с кольцевым каналом, который сообщен с кольцевым каналом, образованным между центральной трубой и сливной штангой. Линейные штанги имеют кольцевые уплотнительные элементы, расположенные на их наружной поверхности на расстоянии, не превышающем длины направляющего цилиндра. Вращатель содержит муфты и сообщен с напорной магистралью и атмосферой посредством рукавов и переключателя. 4 ил. (Л С

С906СП

3J

А 4

ФигЬ