Способ бурения шпуров и скважин Советский патент 1974 года по МПК E21C37/18 

1

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности и может применяться при конструировании термобуровых установок.

Известен способ бурения шпуров и скважин путем возбуждения гидравлических ударов на забое при подаче энергоносителя через каналы в фокусирующих и локализирующих экранах буровой коронки к источнику импульсов давления.

Устройства, работающие на этом принципе сложны по конструкции, не безопасны в эксплуатации, поскольку в качестве источника импульсов давления используются электрические разряды, и имеют низкий к.п.д.

Предлагаемый способ отличается от извест,ного тем, что в качестве энергоносителя применяют газообразный кислород и водород, по даваемые к источнику импульсов давления по раздельным каналам в буровой коронке. Это позволяет повысить безопасность и экономичность бурения. Детонация получающейся при этом гремучей смеси необходима только в момент включения устройства, а в дальнейшем процесс протекает автоматически. Для детонации смеси не требуется мощных источников импульсов давления, что позволяет для этого вместо генератора высокочастотных колебаний применять, например, свечу зажигания. Па чертеже изображено устройство, поясняющее предлагаемый способ.

В коронке 1, закрепленной на полой штанге 2, выполнены фокусирующие и локализирующие экраны в виде куполообразных выемок 3, боковая поверхность которых в осевом сечении

имеег форму параболы (для лучшего отражения волн). Выемки 3 расположены вокруг осевого отверстия 4 для подачи воды из штанги 2, и их боковые поверхности пересекаются, образуя общее фасонное углубление в коронке 1. Па боковой поверхности коронки 1 выполнена кольцевая проточка 5, закрытая снаружи цилиндрическим кольцом 6, которая служит кольцевым коллектором. Из этой проточки под купол каждой выемки 3 выполнены

каналы 7 и 8, последний выходит в штуцер 9 для присоединения гибкого бронированного шланга 10. Второй кольцевой коллектор образует стакан 11 с осевым отверстием в дне для прохода штанги 2, который открытым торцом

закреплен герметично на коронке 1, а кромкой отверстия в две - на штанге 2. Из вершин куполообразных выемок (или из точек вблизи вершин) в этот коллектор выполнены каналы 12, выходящие в трубки 13, закрепленные в торце коронки 1 внутри коллектора. В боковой стенке стакана 11 вблизи коронки I закреплен угловой штуцер 14 для присоединения гибкого бронированного шланга 15. Шланги 10 и 15 проходят вдоль штанги 2 и

крепятся к ней съемными стяжными кольцами 16. Газообразный кислород подается по шлангу 10 в кольцевую проточку 5, а по шлангу 15 - в образованный стаканом И коллектор газообразного водорода. При подготовке устройства к работе коллектор для подачи водорода предварительно заполняют жидкостью (водой, лучше дисцилированной), образующей гидрозатвор и препятствующий попаданию гремучей смеси из куполообразных выемок 3 в магистраль подачи водорода при работе устройства. Шланги 10 и 15 могут быть намотаны на барабанах, установленных на поверхности, с обеспечением подачи в каждый из них соответствующего газа через ось барабана (на чертеже не изображен). При использовании в качестве источника импульсов давления высокочастотного генератора последний может быть установлен практически в любой точке канала для подачи жидкости в скважину, однако мощность его должна быть увеличена в сравнении с необходимой для детонации пропорционально удалению от коронки. При использовании свеч зажигания в качестве источника импульсов давления последние устанавливают у вершин куполообразных выемок 3 и обеспечивают подвод к ним питания. Однако использование такого источника импульсов давления усложняет конструкцию устройства и ее обслуживание. Наращивание штанги 2, подачу ее в сквал ину или перемещение по мере выработки последней, а также отвод жидкости или кусков разрушенных пород из скважины осуществляют известными в технике средствами и способами. Способ заключается в следующем. Коронку I на штанге 2 вводят в предварительно выполненное углубление в грунте и по штанге 2 подают воду. После заполнения углубления водой в коллекторы подают кислород и водород при установленном соотношении расхода газов. Под фокусирующие экраны коронки 1, под купола выемок 3, кислород поступает через каналы 7, а водород - через трубки 13 и каналы 12, пройдя предварительно через слой жидкости гидрозатвора в верхнюю часть образованного стаканом И коллектора. Здесь газы смешиваются с образованием взрывчатой гремучей смеси, которая взрывается от действия на нее импульсов давления при включении источника, например ультразвукового генератора. При взрыве смеси, протекающем с образованием водяных паров, образуется ударная волна, а последующая быстрая конденсация пара вызывает резкое надение давления в рабочей зоне. В отрицательной фазе давления при взрыве и при конденсации пара с резким понижением давлепия в рабочей зоне в жидкости происходит сильное развитие кавитационных полостей, периодическое захлопывание которых вызывает серию гидроударов. Резкие колебания давления, сопровождающие описанные процессы, и постепенное повыщение температуры воды в рабочей зоне, а также фокусирующее и локализующее действие экранов коронки, способствуют интенсивному разрушению грунта и породы. При продолжении подачи газов под каждым экраном образуются новые порции гремучей смеси, которые взрываются уже без включения источника импульсов давления, а от действия гидроударов - после предыдущего взрыва, т. е. устройство продолжает работать в режиме автоколебаний, частота которых зависит от разных факторов. Разрушенная порода уносится из скважины водой, подаваемой через коронку 1 по штанге 2, т. е. обычным образом. При непрерывной нодаче газов процесс разрушения пород и выработки скважины будет тоже протекать непрерывно при условии соответствующей подачи коронки 1 ко дну скважины. Мощность и производительность устройства может регулироваться изменением производительности непрерывной подачи газов, статического давления воды, частотой выдачи доз газов при их периодической подаче и объемах этих доз и другими известными способами. При этом частоту взрывов при непрерывной подаче газов можно регулировать частотой пульсаций давления, возбуждаемых примененным в устройстве источником, который в этом случае должен быть включен в течение всего времени работы устройства. Для повышения долговечности устройства за счет защиты его элементов от воздействий колебаний давления во время работы воспринимающие колебания давления поверхности устройства покрывают эластичным материалом, например резиной или пластиком. Предмет изобретения Способ бурения шпуров и скважин путем возбуждения гидравлических ударов на забое ри подаче энергоносителя через каналы в окусирующих и локализирующих экранах буровой коронки к источнику импульсов давения, отличающийся тем, что, с целью овышения безопасности и экономичности буения, в качестве энергоносителя применяют азообразный кислород и водород, подаваеые к источнику импульсов давления по разельным каналам в буровой коронке,

д-Г1.

tl