КОМБИНИРОВАННАЯ ЗАСЫПНАЯ ЗАБОЙКА СКВАЖИН
COMBINED CHARGING TAMPING OF WELLS

Изобретение относится к области буровзрывных работ в крепких горных породах и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в скальных массивах горных пород.
Известно, что наилучшее дробление горных пород взрывом обеспечивается при применении укороченной забойки и воздушного промежутка над зарядом [1]. При этом конструкция забойки, расположенной вблизи устья скважины, над воздушным промежутком, должна обеспечивать полное противодействие ее выбросу действием взрыва до момента разрушения массива [2].
Наиболее близким по существу решаемой задачи устройством для запирания продуктов взрыва в зарядной полости скважины является забойка комбинированная, включающая монолитную пробку из твердеющих материалов, которая выполнена из верхней и нижней частей, разделенных буферным промежутком из вспененного полистирола длиной в 2-3 диаметра скважины, причем верхняя часть представляет собой монолитную пробку из твердеющих материалов, а нижняя - засыпку из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком из вспененного полистирола [3]. Такая конструкция забойки обеспечивает задержку продуктов детонации в зарядной полости до начала сдвижения пород при разрушении массива в районе устья скважины.
Однако, как показали опытные взрывы, за счет усадки бетона при твердении в скважинах с гладкими стенками сцепление монолитной части забойки не обеспечивает достаточной длительности запирания продуктов взрыва.
Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности запирания продуктов детонации в зарядной полости вплоть до разрушения окружающей породы комбинированной засыпной забойкой с воздушным промежутком и снижение затрат на формирование забойки.
Поставленная задача достигается тем, что в комбинированной засыпной забойке скважин, включающей верхнюю и нижнюю части, разделенные буферным промежутком из пенополистирола, причем нижняя часть представляет собой засыпку из инертных сыпучих материалов над воздушным промежутком, согласно изобретению верхняя часть забойки выполнена в виде монолитного конуса длиной 2-3 диаметра скважины, например, из твердеющих материалов, установленного острым концом вверх на буферный промежуток, между монолитным конусом и стенками скважины размещен крупный щебень и далее до верха скважины помещен засыпной инертный материал.
На фиг.1 схематично изображена комбинированная засыпная забойка скважин после установки монолитного конуса, на фиг.2 - после засыпки щебня и на фиг.3 - в рабочем положении.
Верхняя часть комбинированной засыпной забойки скважин представлена в виде конуса 1, выполненного, например, из твердеющих вяжущих материалов, размещенного на буферном промежутке 2, выполненном, например, из пенополистирола с помощью шнура 3 с кольцом 4. Между конусом 1 и стенками скважины 5 размещен щебень 6, далее до верха скважина 5 заполнена инертным засыпным материалом 7. Нижняя часть комбинированной засыпной забойки скважин выполнена в виде засыпного участка 8, заполненного инертным материалом 9, например песком, буровым шламом и т.п. и размещена над воздушным промежутком 10, выполненным, например, из пенополистирола.
Комбинированную засыпную забойку скважин выполняют следующим образом. Вначале над зарядом ВВ 11 выполняют воздушный промежуток 10, например, из пенополистирола, или другим известным способом. Затем формируют засыпной участок 8, размещением сыпучего инертного материала 9 на заданную высоту. После этого формируют буферный промежуток 2 из пенополистирола, аналогично воздушному промежутку 10, а на него шнуром 3 на кольце 4 опускают конус 1, например бетонный, острием вверх. Пространство между стенками скважины 5 и конусом 1 на всю его высоту заполняют щебнем 6, а затем до устья скважину 5 заполняют инертным засыпным материалом 7, например буровым шламом. Длину участков скважины, занятых конусом 1, буферным промежутком 2, засыпными частями и воздушным промежутком 10, подбирают опытным путем или по аналогии.
После детонации заряда ВВ 9 в зарядной полости резко возрастает давление продуктов детонации до величин в несколько десятков тысяч атмосфер и происходит удар газов по засыпному участку забойки, несколько смягченный наличием воздушного промежутка, снижающего пиковое давление продуктов детонации. Экспериментально установлено [4], что в засыпной забойке из зернистых материалов в первый момент времени после детонации заряда забоечный материал уплотняется в виде пробки и плотно расклинивается в шпуре или скважине. После уплотнения, независимо от используемого материала забойка выбрасывается с возрастающей скоростью, зарядная полость разгерметизируется, и часть продуктов детонации выбрасывается, не совершив полезной работы. Для исключения этого явления в комбинированной забойке предусмотрено наличие буферного промежутка 2 и конуса 1.
Начавшая движение нижняя засыпная часть забойки 6 сжимает буферный промежуток 2, теряя некоторую часть энергии движения и смягчая удар по конусу 1. Конус 1, сдвигаясь, расклинивает крупный щебень 4 в стенки скважины 3, при этом начинает формироваться вторая пробка уплотнения сыпучего материала нижней части забойки 6, повышающая ее удерживающую способность. А конус 1 вместе с засыпным материалом 5 создает еще одну удерживающую пробку в забойке, позволяющую исключить выброс комбинированной засыпной забойки до полного разрушения массива горных пород в районе устья скважины и прорыва продуктов детонации из зарядной полости в атмосферу через трещины в разрушенном массиве. Замена бетонной пробки на комбинацию конуса со щебнем и засыпным материалом позволяет не только снизить затраты, исключив бетон, но и повысить надежность работы забойки, независимо от состояния стенок скважин.
Обеспечивая длительную замкнутость зарядной полости, такая забойка способствует более полному протеканию вторичных реакций в продуктах детонации и соответственно повышает энергию взрыва; это особенно важно для современных крупнодисперсных ВВ типа гранулитов и граммонитов, у которых значительная доля энергии выделяется в процессе вторичных реакций.
Таким образом, заявляемая комбинированная засыпная забойка скважин позволяет запирать продукты взрыва в зарядной полости до разрушения массива, эффективность использования энергии взрыва на дробление пород существенно повышается, что позволяет решить поставленную техническую задачу.
Источники информации
1. Влияние забойки на степень дробления горных пород взрывом / Г.П.Демидюк, В.Д.Росси, Н.Ф.Андрианов, В.А.Усачев // Сб. Взрывное дело №53/10. М.: Недра, 1963. - С.96-105.
2. Яковенко А.И. Расчет скважинных зарядов в карьерах // Сб. Взрывное дело №51/8. М.: Недра, 1963. - С.108-120.
3. Патент Российской Федерации №2308674, МПК F42D 1/08, 2007 (прототип).
4. Миндели Э.О., Демчук П.А., Александров В.Е. Забойка шпуров. - М.: Недра, 1967, - 152 с.