СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ МАЛЫМИ ЗАРЯДАМИ
METHOD AND DEVICE TO PERFORM BLASTING WITH SMALL CHARGES

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу проведения взрывных работ малыми зарядами, содержащему бурение бурильной машиной шпура в материал, подлежащий разработке, и подачи, после бурения, по меньшей мере, одного метательного заряда в шпур посредством бурильного блока. После этого шпур изолируют перед подрывом метательного заряда. Подрыв малого заряда создает высокое давление газа в шпуре, вызывающее гидроразрыв материала, подлежащего разработке.
Изобретение дополнительно относится к бурильному блоку для взрывных работ малыми зарядами. Бурильный блок содержит ходовую балку, переднее направляющее устройство, оборудованное в передней части ходовой балки, бурильную машину, бурильный инструмент, соединенный с бурильной машиной, и канал подачи метательного заряда, обеспечивающий закладку метательного заряда в шпур, выполненный бурильной машиной с бурильным инструментом. Изобретение дополнительно относится к переднему направляющему устройству, размещенному в передней части ходовой балки, посредством которого устанавливают в нужное место бурильный инструмент.
При взрывных работах малыми зарядами метательный заряд или соответствующий малый заряд устанавливают в шпур. После подрыва метательного заряда в шпуре создается высокое давление газа. Высокое давление в шпуре вызывает управляемый гидроразрыв в материале, подлежащем бурению. Преимущество взрывных работ малыми зарядами над взрывными работами обычными зарядами состоит в том, что нет необходимости убирать бурильную машину от места бурения на время подрыва после бурения, что означает возможность ведения непрерывных взрывных работ. Дополнительно, при взрывных работах малыми зарядами не образуются сильные ударные волны, поэтому часть породы, не подлежащая разрушению, остается не поврежденной и не нуждается в крепи. Кроме того, взрывные работы малыми зарядами более безопасны и создают меньше пыли.
В патенте США 5,308,149 раскрыт бурильный блок, содержащий бурильную машину и устройство закладки подрывного патрона с возможностью шагового перемещения посредством ходовой балки. Сначала бурят шпур с использованием бурильной машины, затем выполняют шаговое перемещение устройства закладки подрывного патрона для установки к шпуру для закладки патрона в шпур. Устройство закладки подрывного патрона содержит массивный досылающий стержень, проталкивающий патрон на забой пробуренного шпура, и изолирующий забой шпура. В публикации WO 2006/099 637 раскрыто альтернативное устройство для взрывных работ малыми зарядами. В дополнение к бурильной машине отдельных устройств закладки патрона не требуется, патроны подаются посредством воды под давлением к ведущему устройству бурильной машины и через бурильные штанги на буровое долото, откуда выводятся на забой шпура. Недостатком данного решения является необходимость изготовления для взрывных работ выполненных по специальному заказу бурильных штанг и буровых долот, с размерами, обеспечивающими прохождение через них патронов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание нового и усовершенствованного способа и бурильного блока для проведения взрывных работ малыми зарядами. Дополнительной целью является создание нового и усовершенствованного переднего направляющего устройства.
Способ, согласно изобретению, отличается тем, что содержит извлечение после бурения бурильного инструмента из шпура и подачей метательного заряда из канала подачи метательного заряда, выполненного в бурильном блоке, в шпур без шагового перемещения бурильного инструмента от осевой линии шпура.
Бурильный блок согласно изобретению отличается тем, что канал подачи метательного заряда является отдельным элементом относительно бурильного инструмента и размещен в передней части ходовой балки.
Переднее направляющее устройство согласно изобретению отличается тем, что содержит, по меньшей мере, одну соединительную деталь, соединяющую углубление в направляющем устройстве с каналом подачи метательного заряда для его подачи в шпур, и углубление выполнено с размерами, обеспечивающими размещение бурильного инструмента так, что при перемещении в направлении возврата после бурения, дальний конец бурильного инструмента перемещается мимо соединительной детали, при этом открывается проход от соединительной детали к переднему торцу бурильного инструмента.
Идея изобретения заключается в том, что после бурения метательный заряд подают в шпур из канала его подачи, отдельного от инструмента. Дополнительно, бурильную машину и бурильный инструмент поддерживают на осевой линии шпура во время подачи метательного заряда.
Преимущество изобретения заключается в том, что самые обычные бурильные инструменты можно использовать в бурении, поскольку метательный заряд не проводится через инструмент. Следовательно, не требуются бурильные штанги или буровые долота нестандартных размеров.
Идея варианта осуществления заключается в том, что канал подачи метательного заряда соединен с передним направляющим устройством.
Идея варианта осуществления заключается в том, что дальний конец канала подачи метательного заряда проталкивают на забой шпура и затем заряд подают в шпур. При этом канал подачи метательного заряда извлекают из шпура перед его подрывом. Канал подачи метательного заряда может представлять собой гибкую трубу или т.п., перемещающуюся в направлении подачи и обратном направлении посредством соответствующего перемещающего устройства.
Идея варианта осуществления заключается в том, что после бурения бурильный инструмент извлекают наружу, в достаточной степени открывая проход от канала подачи метательного заряда, выполненного в передней части ходовой балки, к забою шпура. Заряд метательного взрывчатого вещества проталкивают на забой шпура, например, посредством воды под давлением.
Идея варианта осуществления заключается в том, что после бурения бурильный инструмент извлекают наружу в достаточной степени для открытия прохода от канала подачи метательного взрывчатого вещества, выполненного в передней части балки подачи, к забою шпура. Затем заряд подают из канала подачи к переднему торцу инструмента и проталкивают на забой шпура посредством бурильного инструмента.
Идея варианта осуществления заключается в подаче воды в шпур через бурильный инструмент для заливки шпура. Альтернативно воду для заливки шпура подают в шпур через канал подачи метательного заряда. Также возможна подача воды для заливки с помощью и бурильного инструмента, и канала подачи метательного заряда.
Идея варианта осуществления заключается в проталкивании бурильного инструмента обратно в шпур на период времени подрыва метательного заряда. Этим обеспечивают участие бурильного инструмента в уплотнении шпура.
Идея варианта осуществления заключается в том, что бурильный инструмент поддерживают снаружи шпура во время подрыва заряда.
Идея варианта осуществления заключается в том, что переднее направляющее устройство, оборудованное на переднем конце ходовой балки, содержит первый уплотняющий элемент, обеспечивающий установку переднего направляющего устройства с, по существу, уплотнением к материалу, подлежащему разработке. Переднее направляющее устройство дополнительно содержит осевое углубление, через которое устанавливают бурильный инструмент. Канал подачи метательного заряда соединен с осевым углублением переднего направляющего устройства. После извлечения бурильного инструмента из шпура в обратном направлении мимо канала подачи метательного заряда открывается свободный проход от канала подачи к забою шпура. Это обеспечивает подачу метательного заряда к передней части инструмента и проталкивания в шпур посредством бурильного инструмента или, альтернативно, метательный заряд можно проталкивать в шпур посредством подачи воды под давлением из канала подачи метательного заряда. Осевое углубление можно уплотнять бурильным инструментом, по меньшей мере, на период времени подачи метательных зарядов.
Идея варианта осуществления заключается в том, что бурильный блок содержит средство подрыва метательного заряда.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Некоторые варианты осуществления изобретения описаны более подробно с использованием прилагаемых чертежей, показывающих следующее.
На Фиг.1 схематично показана буровая установка с бурильными блоками согласно изобретению для взрывных работ малыми зарядами.
На Фиг.2-4 схематично показаны виды сверху варианта осуществления изобретения, в котором канал подачи метательного заряда проталкивают в шпур для подачи заряда метательного взрывчатого вещества на забой шпура.
На Фиг.5-7 схематично показаны виды сверху другого варианта осуществления изобретения, в котором метательный заряд подают из канала подачи метательного заряда к переднему торцу бурильного инструмента и проталкивают на забой шпура посредством воды под давлением.
На Фиг.8-10 схематично показаны виды сверху третьего варианта осуществления изобретения, в котором метательный заряд подается из канала подачи к переднему торцу бурильного инструмента и проталкивают на забой шпура посредством бурильного инструмента.
На Фиг.11 схематично показан другой вид сверху варианта осуществления бурильного блока.
Для ясности, на фигурах некоторые варианты осуществления изобретения показаны упрощенно. Одинаковыми позициями ссылки обозначены одинаковые элементы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Буровая установка 1, показанная на Фиг.1, содержит подвижное транспортное средство 2, три бурильных манипулятора 3a-3c, и бурильные блоки 4a-4c, установленные на каждом бурильном манипуляторе. Бурильный блок 4 содержит, по меньшей мере, ходовую балку 5, бурильную машину 6, перемещающее устройство для перемещения бурильной машины 6 на ходовой балке 5 в направлении A перемещения и в обратном направлении B, бурильный инструмент 7, соединенный с бурильной машиной 6, и переднее направляющее устройство 8, оборудованное в передней части ходовой балки 5, в котором установлен бурильный инструмент 7. Бурильный инструмент 7 может содержать одну или несколько бурильных штанг 9 и буровое долото 10, установленное на дальнем конце инструмента. Альтернативно, бурильный инструмент 7 может являться «интегральной штангой», дальний конец которой оснащен долотом или т.п. Бурильные инструменты, то есть бурильная штанга 9 и буровое долото 10 или, альтернативно, интегральная штанга, оборудованы одним или несколькими каналами для промывочного раствора, с размерами согласно требованиям для подачи промывочного раствора. Бурильная машина 6 может представлять собой машину ударного бурения с устройством для создания ударных импульсов на бурильном инструменте и передачи импульсов посредством инструмента на породу или соответствующий материал 11, подлежащий разработке. Такая машина ударного бурения может содержать вращающее устройство для вращения бурильного инструмента вокруг его продольной оси. Альтернативно, бурильная машина может являться не ударной, в таком случае, бурение происходит только посредством вращения. Что касается основной идеи изобретения, технология бурения, используемая для бурения шпура, значения не имеет. Метательный заряд, используемый во взрывных работах малыми зарядами, можно подавать из хранилища 12, оборудованного на транспортном средстве 2, по каналу 13 подачи к переднему направляющему устройству 8 и далее в шпур любым из способов, показанных на Фиг.2-10 и описанных ниже. Альтернативно, хранилище 12 с метательными зарядами может присоединяться к бурильному блоку 4. Также целесообразно выполнение канала 13 подачи в виде гибкого элемента, такого как гибкая труба, с наличием в бурильном блоке 4c одного или нескольких перемещающих устройств 14, обеспечивающих перемещение самого канала 13 подачи через переднее направляющее устройство 8 в шпур способом, показанным на Фиг.3.
Фиг.2-4 являются видами сверху, показывающими вариант осуществления бурильного блока. Как показано на Фиг.2, шпур 15 бурят обычным способом посредством бурильной машины и инструмента 7, соединенного с ней. Инструмент 7 проходит через переднее направляющее устройство 8, оборудованное на переднем конце ходовой балки 5 и несущее инструмент 7. Переднее направляющее устройство 8 может быть снабжено углублением 16, осевым по отношению к ходовой балке 5, в которое может помещаться буровое долото 10 или т.п., размещенное на переднем конце инструмента 7, когда инструмент 7 извлекают из шпура 15 в обратном направлении B, как показано на Фиг.3. Инструмент 7 извлекают в осевом обратном направлении B в, по меньшей мере, степени в направлении B, достаточной для удаления инструмента 7 мимо соединительной детали 17 канала 13 подачи, оборудованного в переднем направляющем устройстве 8. Это обеспечивает открытие прохода от канала 13 подачи к забою шпура 15. Таким образом, бурильная машина 6 и инструмент 7 не должны иметь шагового перемещения от шпура, они только просто перемещаются в осевом направлении. Кроме того, бурильный инструмент 7 не снимают после бурения, но просто держат соединенным с бурильной машиной 6 на осевой линии бурения. После этого гибкий канал 13 подачи можно подавать подающим устройством 14 через соединительную деталь 17 на забой шпура 15. Канал 13 подачи или, по меньшей мере, самая удаленная его часть может состоять из гибкой трубы или т.п. Подающее устройство 14 может быть оснащено одной или несколькими катушками, на которые гибкая труба может быть намотана, и с которых трубу можно подавать в шпур посредством вращающего двигателя или т.п. Подающее устройство можно дополнительно оснастить необходимой направляющей или роликами сматывания для управления каналом 13 подачи. Канал 13 подачи соединен с хранилищем 12 зарядов метательного взрывчатого вещества, из которого один или несколько зарядов 18 метательного взрывчатого вещества можно подавать посредством воды под давлением на забой шпура 15, куда продвинут свободный конец канала 13 подачи. Воду под давлением можно подавать от источника 19 давления через канал 20 промывочного раствора к хранилищу 12 зарядов метательного взрывчатого вещества и далее через канал 13 подачи в шпур 15. Альтернативно, заряды метательного взрывчатого вещества можно подавать через канал 13 подачи посредством сжатого воздуха или другой рабочей среды под давлением или даже посредством соответствующего толкателя, такого как тросовый толкатель. После подачи заряда 18 забой шпура можно заполнить водой через канал 13 подачи. После подачи заряда 18 и заполнения забоя шпура канал 13 подачи можно извлечь из шпура. Альтернативно, шпур можно залить водой и физически произвести его забойку посредством бурильного инструмента 7. Инструмент 7 можно проталкивать в шпур 15 до необходимого расстояния от забоя шпура, как показано на Фиг.4. Затем воду можно подать через каналы 21 промывочного раствора инструмента 7 для заливки и заполнения забоя шпура. Когда воду подают через инструмент 7 или канал 13 подачи, установленный в шпуре 15, переднее направляющее устройство 8 не обязательно оборудовать уплотняющим средством. Когда вода подана на забой шпура, возможные трещины в породе заполняются и шпур заливается. Кроме того, давление, производимое зарядом метательного взрывчатого вещества, передается на породу через воду.
Бурильный блок 4, показанный на Фиг.5-7, не содержит подающего устройства, в нем канал 13 подачи неподвижно соединен с соединительной деталью 17, созданной в переднем направляющем устройстве 8. Канал 13 подачи может представлять собой трубу, гибкую трубу или любой приемлемый канал. Переднюю часть переднего направляющего устройства 8 можно оборудовать первыми уплотняющими элементами 22, обеспечивающими уплотнение осевого углубления 16 переднего направляющего устройства к материалу 11, подлежащему разработке. Дополнительно, вторые уплотняющие элементы 23 можно оборудовать между инструментом 7 и передним направляющим устройством 8. Также целесообразно уплотнение бурового долота 10 к осевому углублению 16, например, посредством конической поверхности после извлечения инструмента 7 после бурения назад в обратном направлении B в положение, показанное на Фиг.6. После бурения один или несколько зарядов 18 можно подать из канала 13 подачи к переднему торцу инструмента 7 посредством воды под давлением. Заряд 18 можно дополнительно проталкивать на забой шпура 15 посредством воды под давлением с подачей воды из канала 13 подачи или из канала 21 промывочного раствора инструмента 7, как показано на Фиг.7. Инструмент 7 может можно держать в углублении 16 во время подрыва заряда 18 или его можно протолкнуть в шпур 15.
Устройство, показанное на Фиг.8-10, отличается от устройства, показанного на Фиг.5-7, тем, что заряд 18, поданный из канала 13 подачи к торцевой стороне инструмента 7, проталкивают на забой шпура 15 инструментом 7. Это обеспечивает требуемую установку заряда 18 в шпуре 15. Инструмент 7 можно устанавливать на заданном расстоянии от забоя шпура и затем заполнять и уплотнять забой шпура водой под давлением из канала 21 промывочного раствора инструмента.
На Фиг.11 показан вариант осуществления, в котором переднее направляющее устройство 8 расположено на расстоянии от переднего конца ходовой балки 5. В таком варианте инструмент 7 и буровое долото 10, установленное в нем, можно извлекать в обратном направлении B в секцию между передним концом ходовой балки 5 и передним направляющим устройством 8. Инструмент 7 извлекают вдоль оси в обратном направлении B мимо направляющих элементов 24, таких как ролики или т.п., после чего гибкий канал 13 подачи можно проталкивать посредством подающего устройства 14 в шпур 15 для подачи заряда 18. В данном варианте осуществления канал 13 подачи не проходит через переднее направляющее устройство 8, так что конструкцию переднего направляющего устройства можно упростить. В ней не нужно, например, осевого углубления 16 для бурового долота, или соединительной детали 17 канала 13 подачи. Переднее направляющее устройство 8 может являться стандартным компонентом.
После подачи заряда 18 и заливки шпура 15 заряд 18 можно подрывать, посылая импульс на подрыв посредством подрывающего устройства или т.п. Заряд 18 можно оснащать чувствительным к давлению взрывателем, в таком случае его можно подрывать посредством передачи импульса от подрывающего устройства в воде, окружающей заряд метательного взрывчатого вещества. С другой стороны, подрывающее устройство может давать, посредством бурильного инструмента 7, механический импульс на подрыв заряда 18, или взрыватель может приводиться в действие электромагнитными волнами или импульсами. Устройство подрыва можно устанавливать в бурильном блоке 4. Если электромагнитные волны используют для подрыва, устройство подрыва может находиться снаружи бурильного блока и подрыв можно осуществлять с дистанционным управлением, например из кабины управления буровой установки.
Как показано на фигурах, бурильный инструмент 7 держат соединенным с бурильной машиной 6 также во время подачи зарядов метательного взрывчатого вещества. Этим обеспечивают, если необходимо, использование бурильного инструмента 7 для проталкивания метательного заряда в шпур и изоляции шпура. Кроме того, бурильный инструмент находится в готовности к бурению следующего шпура.
В некоторых случаях, признаки, раскрытые в настоящем изобретении, можно использовать индивидуально, вне зависимости от других признаков. С другой стороны, признаки, описанные в настоящем изобретении, можно объединять, когда необходимо, для создания различных комбинаций.
Чертежи и относящиеся к ним описания предназначены только для иллюстрации идеи изобретения. Детали изобретения можно изменять в объеме формулы изобретения.