СКВАЖИННОЕ ЗАПИРАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области буровзрывных работ, конкретно к запиранию газообразных продуктов взрыва в зарядной полости, и может быть использована при взрывном разрушении горных пород методом скважинных зарядов.
Известны скважинные забойки из породной мелочи и т.п., увеличивающие время действия расширяющихся газообразных продуктов взрыва на разрушаемый массив (Кутузов Б.Н. Взрывные работы. М., Недра, 1988, с. 223).
Известна также забойка для скважин большого диаметра (патент РФ №2122178, 6 F42D 1/20, 1998 г.), представляющая собой цилиндр с внутренней полостью, имеющей вид полусферы, сопряженной с усеченным конусом, в состав материала для изготовления которой входит соль щелочноземельного металла (прототип). Забойка изготовлена из полиэтилена высокого давления в качестве пластификатора.
Недостатком данной конструкции является достаточно жесткая внешняя поверхность изделия. При наличии у разных горных пород различного коэффициента разбуривания и чистоты внутренней поверхности скважины это приводит к трудностям при размещении забойки внутри скважины. Кроме того, при увеличении диаметра забойки многократно увеличивается количество материала, затрачиваемого на изготовление одного изделия, что ведет к значительному росту его себестоимости, а существующие способы литья и прессовки не позволяют качественно и быстро изготавливать крупные партии подобных изделий.
Известна скважинная забойка (патент RU 2229684, опубл. 27.05.2004), выполненная из пластического полимерного материала, имеющая форму цилиндра, внешний диаметр которого соизмерим с диаметром скважины и с осевой внутренней полостью, имеющей вид вытянутой полусферы, сопряженной с усеченным конусом, непосредственно примыкающая к заряду взрывчатого вещества, отличается тем, что цилиндр выполнен полым и тонкостенным, при этом упомянутая осевая внутренняя полость выполнена в виде тонкостенной воронки, стенки которой имеют ту же толщину, что и стенки цилиндра и выполнены из того же материала, причем пространство между воронкой и цилиндром заполнено инертным материалом.
В известном решении обеспечивается повышение эффективности и снижение себестоимости ведения взрывных работ скважинным методом путем запирания продуктов детонации в зарядной полости до полного разрушения массива.
Технической проблемой является сложность конструкции, неудобство транспортировки и хранения из-за неразборности до компактных размеров, достаточно большой вес забойки, недостаточно высокий КПД работы скважинного заряда. Наиболее близким аналогом является скважинное запирающее устройство (WO 2004088239, опубл. 14.10.2004), выполненное из пластического полимерного материала, имеющее элементы с формой, внешний диаметр которых соизмерим с диаметром скважины, состоящее из стержня, с двух сторон на который установлены с возможностью фиксации однотипные куполообразные элементы, имеющие прорези. Технической проблемой прототипа является неудобство в применении, сложная конструкция, неудобство транспортировки и хранения, большой вес конструкции. Также данное устройство нельзя использовать для скважин разной длины и разных типов (обводненных и необводненных).
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом является удобство в применении, простота конструкции, удобство транспортировки и хранения, уменьшение веса конструкции.
Также техническим результатом является возможность применения устройств одного типа для скважин разной длины и разных типов (обводненных и необводненных), что позволяет использовать заявленное устройство как универсальное для всех типов скважин.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлено скважинное запирающее устройство, выполненное из пластического полимерного материала, имеющее элементы с формой, внешний диаметр которых соизмерим с диаметром скважины, состоящее из стержня, с двух сторон на который установлены с возможностью фиксации однотипные куполообразные элементы, имеющие прорези, отличается тем, что куполообразные элементы содержат выступы, которыми зафиксированы посредством стопора о зазубрины, выполненные на стержне.
Предпочтительно стержень выполнен крестообразным в поперечном сечении.
Предпочтительно куполообразные элементы выполнены в виде лепестков.
Предпочтительно лепестки выполнены разной длины, с расположением каждого длинного лепестка между короткими.
Предпочтительно на стержне зафиксировано от 2 до 4 куполообразных элементов.
Предпочтительно, куполообразные элементы выполнены с симметричным расположением прорезей.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показано скважинное запирающее устройство в одном из возможных вариантов исполнения с разных ракурсов в объеме.
На Фиг. 2 показан пример принципа стыковки куполообразного элемента на стержне.
На Фиг. 3 показан пример укладки скважинного запирающего устройства в скважине.
На Фиг. 4-6 показаны графики результатов экспериментов подрыва зарядов с использованием скважинного запирающего устройства.
На чертежах: 1 - стержень, 2 - куполообразный элемент, 3 - зазубрина на стержне, 4 - выступ на куполообразном элементе для фиксации на зазубрине, 5 - канал для средств инициализации, 6 - канал сброса, 7 - большой контакт, 8 - малый контакт.
Осуществление полезной модели
Забойка - это процесс заполнения инертным материалом части зарядной полости; под забойкой понимают также инертный материал, применяемый для изоляции заряда взрывчатых веществ, снижения радиуса разлета осколков. Используется забойка для "запирания" продуктов детонации, повышения коэффициента полезного действия взрыва. Скважинное запирающее устройством по заявленному решению - это замена существующей в настоящее время технологии заполнения забойкой скважин. Скважинное запирающее устройство (см. Фиг. 1) конструктивно состоит из трех элементов: стержня 1 и как минимум двух куполообразных элементов 2, один из которых зафиксирован на стержне с одного края, а другой - с другого края стержня.
Поперечное сечение стержня крестообразное. Подобное решение позволяет конструкции предать необходимую прочность и в то же время использовать меньшее количество материала для изготовления стержня. Тем самым снижается вес конструкции и упрощается ее производство.
Для фиксации куполообразных элементов 2 на стержне 1 могут быть расположены зазубрины 3 (зубчатые насечки) в местах верхнего и нижнего соединения куполообразных элементов. Для фиксации куполообразных элементов 2 на стержне 1 на данных зазубринах 3 куполообразные элементы 2 могут содержать выступы 4, которыми они и стопорятся (см. Фиг. 2).
Стержень 1 скважинного запирающего устройства может быть выполнен с возможностью установки от двух до четырех куполообразных элементов 2. Также конструкция стержня позволяет использовать скважинное запирающее устройство в сборе, на большом диапазоне диаметров. Так как дробление горного массива открытым способом зависит от многих факторов: геология, используемое взрывчатое вещество, проект разработки, используемое буровое оборудование, - то бурятся разные диаметры скважин. Диаметры работы скважинного запирающего устройства привязаны к диаметрам скважин и составляют от 65 до 270 мм. Стержень в конструкции не меняется, а лепестки собираются на стержень относительно диаметра скважин.
В условиях обводненной скважины либо если длина скважины превышает 15 м, на стержень устанавливается 3-4 куполообразных элемента, которые выполнены с прорезями. Эти прорези могут быть выполнены в виде лепестков, в т.ч. симметричных относительно центральной оси. Когда лепестки выполнены разной длины, с расположением каждого длинного лепестка между короткими, то прорези конструкции скважинного запирающего устройства при закладке в скважину обеспечивают наличие конструктивных особенностей, показанных на примере Фиг. 3 - закладки скважинного запирающего устройства в скважине. Большой контакт 7 идет через большой лепесток, малый контакт идет через малый лепесток. В щелях между лепестками расположен канал сброса 6, через который выходит взрывная волна, идущая от канала средств инициации 5, заложенных в скважину.
Прорези, например, в виде лепестков скважинного запирающего устройства предназначены для прямого контакта со стенками скважины, в данной конструкции диапазон диаметров от 130 до 170 мм. Малые контакты 8 обеспечивают оптимальный угол атаки и угол сопротивления на диаметре от 130 до 150 мм. Большие контакты 7 обеспечивают оптимальный угол атаки и угол сопротивления от 150 до 170 мм. В конструкции скважинного запирающего устройства предусмотрены каналы для средств инициации 5, данное решение исключает повреждение средств инициации (ДШ, СИНВ) при продвижении конструкции по скважине.
Канал сброса 6 предназначен для выпуска первоначального давления (поршневого эффекта). В случае заряда скважины с избыточным давлением воды, каналы сброса пропускают воду, но взрывчатое вещество остается в зарядной камере скважины. В ходе опытно-промышленных испытаний на предприятиях горной промышленности, скважинное запирающее устройство, применяемое в скважинном заряде в качестве забойки, показало следующие результаты:
- снижение удельного расхода взрывчатого вещества на кубический метр отбитой горной массы;
- увеличение дробления горного массива;
- возможность заряда и полноценной работы взрывчатого вещества в скважине, с избыточным давлением воды (обводненные скважины);
- удобство в применении, транспортировке и хранения из-за разборности до компактных размеров;
- уменьшение веса конструкции.
На Фиг. 4-6 показаны результаты измерений при испытаниях скважинного запирающего устройства. Они показывают, что скорость детонации в экспериментальных скважинах практически одинакова, но прослеживается незначительное замедление детонации в скважинах с использованием скважинного запирающего устройства.