Гидроигла для бурения и оттаивания мерзлых пород Советский патент 1982 года по МПК E02F5/30 

(54) гаДРОИГЛА ДЛЯ БУРЕНИЯ И ОТТАИВАНИЯ

I

Изобретение относится к устройствам, применяемым в горном деле и строительстве для гидравлического оттаивания многолетнемерзлых горных нород восхо-. дящей фильтрацией воДы, нагнетаемой через гидроиглы, и может быть использовано на горнодобывающих нредприятиях в Магаданской области и Якутской АССР при разработке россыпных месторождений золота или касситерита, или на нулевом цикле при строительстве.

Известны гидроиглы для бурения скважин и последующего нагнетания через оставленный в скважине буровой снаряд воды на период процесса оттаивания окружающих горных пород, которые совмещают в себе качества бурового снаряда и эксплуатационной трубы. На одном полигоне для подготовки к разработке драгой действуют одновременно тысячи гидроигл П .

Недостатком известных гндроягп является то, что отверстия для входа воды имеются у них только в буровом наМЕРЗЛЫХ ПОРОД

конечнике, в его торцовой части, что время операции бурения полезно для промывки забоя. Однако во время последутощего продолжите;ьного периода оттаивания нагнетшшем воды-теплоносителя в горные породы уменьшается расход потока воды и замедляется процесс оттаивания, так как в торце бурового наконечника отверстия имеют недостаточное поперечное сечение, упираются в забой и

10 засоряются заклинивающимися обломками или взвещенкыми предметами из воды.

Наиболее близкой к изобретению является гидроигла для бурения и оттаивания мерзлых пород, включающая буровую

IS трубу с коаксиально установленной с возможностью принудительного вертикального, смещения внутренней трубкой и фильтрационными отверстиями и буровую коронку со сквозными каналами и хвопх 20виком, вмонтированным в буровую трубу. Буровая труба состоит из пнутре1тей трубки, которая служит каналом подачи промывочной жидкости к буровой коронке 3r во время )(иян наружной трубки, защтцаюигой внутрс}гнюю эксплуатационную трубку и фпльтрапиошлые отверстия от поврежденчй снаружи неустойчивыми гор Шз1ми породам1т. После бурения освобождают наружную и мгутрентпою трубки от кулачковых оанеплений с внутренней трубкой и буровой коронкой путем поворотов снаряда с буровой трубы, причем используется сила сопротивления горных пород повороту и подъему буровой корон ки. Затем буровой снаряд поднимают настолько, чтобы наружная и внутренняя трубы открыли внутреннюю трубку с фильтрапио1шыми отверстиями Г2Л . Недостатком этой гидро 1глы является необходимость в трех коаксиальных трубах в процессе бурения снарядом, что увел1гчивает минимально допустимый циа метр скважины, увеличивает массу снаряда, снижает допустимый по условиям прочности внутретший диаметр трубы, проводящей воду. Это ограничивает расхо потока ВОДЬ и скорость оттаивания этой водой горных пород, а также уменьшает достижимую cKopocib бурения при наибол производительном на россыпных месторож денийх вибрапионно-вращательном способ Кроме того, исключена возможность испо зования этой гидроиглы Для оттаивания размягчающихся горных пород, превращаю щихся в грунтовую массу, а также подзе ного льда, так как буровая коронка в эт случаях не испытывает достаточного сопротивления вращение и перемещению при расцеплении кулачковых соединений коаксиальных труб и открываний фильтрационных отверстий. Цель изобретения - повышение производительности и упрощетгае конструкции гидроиглы. Указанная цель достигается тем, что фильтрационные отверстия выплонены на нижнем участке буровой трубы, расположенном над хвостовиком буровой коронки а внутренняя Трубка выполнена из перекрывающей фильтрационные отверстия и расположенной с возможностью фрикционного контакта с буровой трубой плоской спиральной пружины с внутренним зацепным конпом. При этом буровая труба имеет внутренние упоры, образующие с хвостовиком буровой коронки торцовые ограничители вертикального смещения спиральной пружины. Для прочности буровой трубы филь,трационные отверстия расположены по винто вой линии. в4 1л фиг, 1 и.1об, ажсиа гилр ч1гла г TIJKJ- цоссе бурешия скважины; та фи1 2 - то же, в П)оцессе оттаи{гания мерплот-о грунта; на фиг. .3 - спиральнля Щ1ужина, поперсчное сечегшс. Гидроигла включает буропую трубу 1 с фильтрационными отверстиями 2, буровую коро1гку 3 со сквозными каналами 4 и хвостовиком 5 и плоскую спиральную пружину б с фигурным зацегпгым концом 7. Длина пружтпсы 6 равна или длины участка 8 с фи;Еьтрационными отверстиями 2 буровой трубы 1. Последняя имеет внутренние упоры О, ограничивающие верхнее смещение пружины 6. Гидроигла действует следуюихим образом. Буровым станком, например, вибровращательного действия с подачей водьь через буровую коронку 3 со сквозгЕыми каналами 4 для промывки забоя и попутного оттаивания разрущаемой зоны, образуют в мерзлых горных породах скважшгу, глубина которой равна необходимой глубине последующего оттаи1«ния. В процессе вибровращательного бурения импульс ciui, направленных на забой, превыщате силу трения пружины 6 о внутреннюю стенку трубы 1 и перемещает пружину 6 в нижнее положение до упра в хвостовик 5 буровой коронки 3, сохраняя ее в этом положении, при котором фильтрационные отверстия 2 перекрыты изнутри, а подаваемая вода выходит только через каналы 4 в буровой коронке 3 на забой образуемой скважиньг, обеспечивая ускоренное разрущеште мерзлых горных пород и промывку. По окончании процесса бурения в гид- роиглу опускают на канатике подъемник до упора в хвостовик 5 буровой коронки 3 и осевым поворотом подъемника сое- Д1шяют его крючок с зацепным концом 7. Затем натяжением канатика переметают пружину 6 в верхнее положение и обратным осевым поворотом отцепляк т подъемник, который затем извлекают из гидро- иглы на поверхность. После этой операции фильтрационные отверстия ос таются открытыми для выхода воды, а щэужина 6 удерживается силой трения о втгутрен1ПОЮ поверхность трубы 1 в верхнем положении. Эта сила трения превосходит усилия, воздействующие на пружину G от потока воды, чем исключается ос евсю перемещение пружины 6 в нижно : положение. В течение всего последуюнгогм периода оттаивания горных гидроигпой 59 вода из лее выходмт через фильтрагоюниые отверстия 2 независимо от состоя- 1шя легко засоряющихся и эабиваюигахся каналов 4 буровой коронки 3, через которые вода может выходить допапнительно. Период оттаивания продолжается обышо более 10 сут, т.е. до тех пор, пока образовавшаяся талая зона в горных породах сотужнется с талыми зонами, образуемыми смежными гидрО1 глами. После этого гидроиглу извлекают я -иопользуют на новой очередной точке бурения. В начале бурения пружина 6 под воздействием возникающего импуттьса сил подаваемого гидроигле, например вибратором бурового станка, смещается в тру бе 1 в свое нижнее положение к перекрывает фильтрационные отверстия 2 и т. д. При этом вода поступает вновь только через каналы 4 в буровой коронке 3 на промывку скважины, удаляя продукты разрушения, до окончания процесса бурения. Гидроигла используется многократно. Технико..-экономические преимущества гидроиглы, выполненной согласно изобре- TeHino, проявляются наиболее существенно при сравнении эффекта ее использования на полигонах разработки мерзлых россып ньг; месторождений золота, где одновременно в действии находятся тысячи гидроигл. Гидроигла увеличивает расход воды через нее, что сокращает продолжительность и энергоемкость нагнетания водь 7i мерзлые породы, ускоряет оттаивание. Исключаются также случаи засорения гидроиглы, влекущие за собой сохранени мерзлых участков, из которых не извл&кается полезное ископаемое, с потерей замороже1шых труб. 66 Эффективна гидроигла и в случаях оттаивания илисто-гл гаистых горных пород с включениями подземного льда. Формула изобретения 1.Гугдроигла для бурения и оттаива шя мерзлых пород, включающая буровую трубу с коаксиально установленной с возможностью прттудительного вертикального смещения внутре шей трубкой и шьтрацйошгыми отверстиями и буровую коронку со сквозными каналами и хвостовиком, вмонтированным в буровую трубу отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и упрощения конструкции, фильтрационные отверстия выполнены на нижнем участке буровой трубы, расположенном над хвостовиком буровой коронки, а внутренняя трубка выполнена из перекрывающей фильтрациошоле отверстия и расположенной с возможностью фрикционного контакта с буровой трубой плоской спиральной пружины с внутренним зацепным концом, йри этом буровая труба имеет внутренние упоры, образующие с хвостовиком буровой коронки торцовые огрантгчители вертикального смещения спиральной пружины. 2.Д идроигла по п. 1, отличающая с я тем, что фильтрационные отверстия расположены по винтовой линии. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 110702, кл. Е 02 Р 5/ЗО. 2.Авторское свидетельство СССР № 237076, кл. Е 21 В 7/ОО, 1961 (прототип).