Способ определения параметров термического разрушения горных пород при расширении взрывных скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B7/14 E21C37/16 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам определения параметров термического разрушения крепких горных пород при термическом разрушении взрывных скважин в производственных условиях и предназначено для измерения локальных значений скорости термического разрушения и удельного теплового потока, поступающего в стенку образующейся котловой полости, в различных ее точках при выполнении исследований, направленных на совершенствование техники и технологии расширения скважин.

Известен способ определения параметров термического разрушения горных пород, включающий нанесение на поверхность породы пленочной термопары, подключение ее к регистрирующему прибору и интенсивный нагрев поверхности породы до разрушения. При этом в момент разрушения измеряется температура поверхности, время до разрушения и толщина отделившегося слоя породы. Линейная скорость разрушения определяется как частное от деления толщины отделившегося слоя на время от начала нагрева до момента

vi vj

О

2

00

разрушения, а удельный тепловой поток в породу - по темпу нагрева термопары.

Известным способом определяются параметры термического разрушения горных пород в первом единичном цикле, не являющегося характерным для установившегося процесса разрушения. Поэтому полученные таким образом параметры не могут применяться для технологических расчетов различных установок. Кроме того невозможно нанести пленочную термопару на стенку скважины для определения параметров разрушения при термическом расширении скважин.

Ближайшим техническим решением к известному является способ определения параметров термического разрушения горных пород при расширении взрывных скважин, включающий перемещение термобура с воздушным охлаждением снизу вверх и подачу воды для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге выше корпуса термобура отверстия для сброса воды, измерение скорости подъема термобура, температуры газового потока в скважине с помощью датчика, измерение диаметра расширенной скважины и определение по полученным результатам измерений обьемной скорости разрушения и температуры газового потока в скважине.

К недостаткам указанного способа следует отнести невозможность определения локальных значений линейной скорости и энергоемкости термического разрушения и параметров теплового воздействия на стенку расширяемой скважины.

Целью изобретения является повышение достоверности полученных результатов.

Для достижения указанной цели в известном способе производят перемещение термобура с воздушным охлаждением снизу вверх и подачу воды для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге выше корпуса термобура отверстия для сброса воды, измере- ние скорости подъема термобура, температуры газового потока в скважине с помощью датчика, измерение диаметра расширенной скважины и определение по полученным результатам измерений параметров термического разрушения горных пород, согласно изобретению перед перемещением термобура в скважине размещают датчик для измерения температуры газового потока, а измерение температуры газового потока при перемещении термобура в скважине начинают при совмещении уровня отверстии для сброса воды с уров-

0

5

0

5

нем расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине и производят дискретно через заданные интервалы по мере подъема термобура до достижения уровня среза его сопла уровня расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине, при этом после окончания измерения температуры газового потока одновременно прекращают подачу рабочих компонентов в термобур и его подъем, а затем определяют положение уровня отверстий для сброса воды в скважине в момент остановки термобура и после этого осуществляют дискретное измерение диаметра расширенной скважины через заданные интервалы по оси сква жины на участке от уровня расположения отверстий для сброса воды в момент остановки термобура до уровня не ниже расположения среза сопла термобура в моменг его остановки, причем линейную скорость термического разрушения (V) определяют из выражения:

VndJD

dx

v fKlSf

где Vn - скорость подъема термобура, м/с, D - локальное значение диаметра расширенной скважины, м;

х - расстояние от течки, в которой пр,- изведено измерение, до чя отверстии для сброса воды, м,

а удельный тепловой поток (q), поступающий в стенку расширяемой сквг.жины опре-1

деляется по выражению: JlcG V ЈГ /dJD q лПЖ d x / d x

где с - удельная теплоемкость газа, Дж/кг К;

G - расход газе через сопло термобура, кг/с;

Т - локальное значение температуры газового потока, К. и энергоемкость термического разрушения

(Э) определяется из выражения, Э-q/V.

На чертеже изображена схема осуществления способа с необходимым оборудованием

В скважине 1 размещэм понд 2 с закрепленным на его нижнем коние датчиком для измерения температуры гасового потока в скважине, выводы которого пропущены внутри зонда 1 и подключены г регистрирующему прибору 3. Термобур 4 с воздушным

охлаждением закреплен на нижнем конце штанги 5, имеющей отверстия 6 для сброса воды, которые у термобура с воздушным охлаждением размещаются выше его корпуса. Репер 7 закреплен у поверхности штанги 5 в нижней части мачты 8 станка 9 для термического расширения скважин.

Способ осуществляется путем последовательного выполнения следующих операций.

В скважину 1 опускают зонд 2 с закрепленным на его нижнем конце датчиком для измерения температуры, выводы которого подключают к регистрирующему прибору 3. Производят запуск термобура 4, начинают подачу воды для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге 5 выше корпуса термобура 4 отверстия 6 для сброса воды и опускают термобур 4 на дно скважины 1, а затем осуществляют ее расширение путем равномерного перемещения термобура 4 снизу вверх. При совмещении уровня отверстий 6 для сброса воды с уровнем расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине 1 и производят дискретно через заданные интервалы по мере подьема термобура 4 до достижения уровнем среза его сопла уровня расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине. После окончания измерения температуры газового потока одновременно прекращают подачу рабочих компонентов в термобур 4 и его подьем и определяют положение уровня отверстий 6 для сброса воды в скважине относительно поверхности в момент остановки термобура, Затем штангу 5 с термобуром 4 поднимают из скважины 1 и осуществляют дискретное измерение диаметра расширенной скважины через заданные интервалы по оси скважины 1 на участке от уровня расположения отверстий б для сброса воды в момент остановки термобура до уровня не ниже расположения среза сопла термобура 4 в момент его остановки.

Выполненные измерения позволяют установить изменение температуры и диаметра расширенной скважины в верхней части зоны разрушения на участке от уровня отверстий для сброса воды до уровня среза сопла термобура, и по формулам определить линейную скорость и энергоемкость термического разрушения и удельный тепловой поток в стенку расширяемой скважины.

Пример осуществления. В скважину 1 опускают зонд 2 с датчиком для измерения температуры газового потока в скважине. Выводы датчика подключают к регистрирующему прибору 3. Вертикальным перемещением штанги 5 устанавливают термобур 4 так, чтобы уровень среза сопла совпадал с уровнем верхнего конца

зонда 2. На штанге 5 напротив репера 7, закрепленного на мачте 6 станка 9 дня термического расширения скважины ставят метку с обозначением L. Затем отмеряют 5 вверх по штанге от нее длину зонда и напротив репера 7 на поверхности ставят метку I. Вверх по штанге 5 от метки I отмеряют расстояние от уровня среза сопла термобура 4 да уровня отверстий 6 для сброса воды 10 из штанги 5, равное ,и напротив репера 7 ставят метку О. Между метками О и I через заданные интервалы (примерно 0,1...0,2 м износят метки. После запуска тзр- мобура 4. начинают расширение скважины

5 путем его равномерного перемещения снизу вверх и определяют скорость подьема термобура 4. Как только метка О достигает репера 7, снижают показания прибора 3. Замеры повторяют при совпадении каждой

0 метки. Между метками О и С через заданные интервалы (примерно 0,1 ...2 м) наносят метки. После запуска термобура 4, начинают расширение скважины путем его равномерного перемещения снизу вверх и

5 определяют скорость подьема термобура 4. Как только метка О достигает репера 7. снимают показания прибора 3. Замеры повторяют при совпадении каждой метки, расположенной между метками О и Г. Таким

0 образом измеряют температуру газового потока в скважине дискретно по ее высоте на участке от среза сопла термобура 4 до уровня отверстий для сброса воды из штанги 5. Высота положения точки замера отно5 сительно уровня отверстий € для сброса воды равна расстоянию метки, при совпадении которой с репером 7. произведен замер. При совпадении с репером метки I производят последний замер и прекращают под0 ачу рабочих компонентов в термобур 4. При этом отверстия для сброса воды из штанги 5 находятся на глубине, равной L-I от верхнего конца зона 2. Производят подъем термобура 4 и скважины 1. Для замера

5 локальных значений диаметра расширенной скважины применяют котломер. Замеры начинают с глубины L от верхнего конца зонда 2 и производят через заданные интервалы до глубины L-I от верхнего конца зонда

0 2, что соответствует уровню среза сопла термобура 4 в момент его остановки. Высоту замера определяют по меткам, нанесенным на кабель котломера при совпадении их с верхним концом зонда 2. Методами матема5 тической статистики находят уравнения линий регрессии Т и Д на X, дифференцированием которых вычисляют производные температуры газосого потока в скважине и локальных значений диаметра расширенной скважины по к ординяте X и

по формулам определяют локальные значения линейной скорости энергоемкости термического разрушения породы и удельного теплового потока в стенку скважины в различных точках по высоте зоны разрушения.

По сравнению с прототипом предложенный способ позволяет: установить закономерности влияния параметров термобура и технологии расширения скважин на распределение локальных значений линейной скорости и энергоемкости термического разрушения горных пород и удельного теплового потока в стенку скважины при ее термическом расширении и на основании этого целенаправленно совершенствовать конструкцию термобуров и технологию расширения,

- установить влияние уровня отверстий для сброса воды из штанги на размеры зоны разрушения и на основе этого достигнуть максимального КПД термического расширения.

Формула изобретения

Способ определения параметров термического разрушения горных пород при расширении взрывных скважин, включающий перемещение термобура и воздушным охлаждением снизу вверх и подачу воды для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге выше корпуса термобура отверстия для сброса воды, измерение скорости подъема термобура, измерение температуры газового потока в скважине с помощью датчика, измерение диаметра расширенной скважины и определение по полученным результатам измерений параметров термического разрушения горных пород, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности получаемых результатов, перед пере- мещением термобура в скважине размещают датчик для измерения температуры газового потока, а измерение температуры газового потока при перемещении термобура в скважине начинают при совмещении уровня отверстий для сброса воды с

0

5

0

5

0

5

уровнем расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине и производят дискретно через заданные интервалы по мере подъема термобура до достижения уровня среза его сопла уровня расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине, при этом после окончания измерения температуры газового потока одновременно прекращают подачу рабочих компонентов к термобуру и его подъем, а затем определяют положение уровня отверстий для сброса воды в скважине в момент остановки термобура и после этого осуществляют дискретное измерение диаметра расширенной скважины через заданные интервалы по оси сква- 1 ины на участке от уровня расположения отверстий для сброса воды в момент остановки термобура до уровня, не превышающего расположения среза сопла термобура в момент его остановки, причем линейную скорость термическою разрушения V определяют из выражения Vnu d D l d x

-Y

1+(dx/ где Vn - скорость подъема термобура, м/с;

D - локальное значение диаметра расширенной скважины, м;

х - расстояние от точки, в которой произведено измерение, до уровня отверстий для сброса воды, м,

а удельной тепловой поток q, поступающий в стенку расширяемой скважины, определяют из выражения

/ -

2cGV

d Т , d D d x d x

jrUVn

где с - удельная теплоемкость газа, Дж/кг.К;

G - расход газа через сопло термобура, кг/с;

Т - локальное значение температуры газового потока, К, и энергоемкость термического разрушения Э определяют из выражения Э-q/V.

.L

Сущность изобретения: в скважине размещают датчик для измерения температуры газового потока. Перемещают термобур с воздушным охлаждением снизу вверх и подают воду для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге выше корпуса термобура отверстия для сброса воды. Измеряют скорость подъема термобура и температуру газового потока в скважине. Измерение температуры газового потока начинают при совмещении уровня отверстий для сброса воды с уровнем расположения датчика для измерения температуры газового потока. Измерения производят дискретно через заданные интервалы по мере подъема термобура до достижения уровня среза его сопла уровня расположения датчика. После окончания измерений одновременно прекращают подачу рабочих компонентов к термобуру и его подъем. Определяют положение уровня отверстий для сброса воды в момент остановки термобура. Затем осуществляют дискретное измерение диаметра расширенной скважины на участке от уровня расположения отверстий для сброса воды в момент остановки термобура до уровня, не превышающего расположения среза сопла термобура в момент его остановки. После этого по полученным результатам измерений определяют параметры термического разрушения пород, 1 ил. (Л С

,

м

г

; /

Г:

@

& §

Л

ч

itw