Устройство для создания промежутка в скважине
BOREHOLE GAP DEVICE

Изобретение относится к горному делу, к области буровзрывных работ в горных породах, и может быть использовано в различных отраслях, применяющих взрывные работы в массивах горных пород, в частности при разработке полезных ископаемых открытым способом.
Наиболее близким известным техническим решением к заявляемому устройству является полезная модель, содержащая затвор в виде цилиндра, жестко скрепленный с опорой, выполненной в виде стержня с закрепленным на нем грузом, размеры которого меньше диаметра скважины (патент РФ №152866, МПК F42D 1/08 (2006.01), опубл. 20.06.2015, бюл. №17), принятая за прототип.
Недостатками прототипа является низкая эффективность применения устройства в обводненных скважинах, существенно сужающая область его применения, а также ненадежность его использования.
Низкая эффективность применения известного устройства в обводненной скважине, как недостаток, заключается в том, что конструкция устройства, которая представляет собой затвор, выполненный в виде чаши, диаметр которой соизмерим с диаметром скважины, с закрепленным на нем жестким каркасом с герметично размещенным на нем мешком из гидрофобного материала не позволяет эффективно вытеснять воду при его погружении в обводненную скважину, в силу того, что вода проходит только через узкий зазор между затвором и стенками скважины, а в случае заиливания скважины становится принципиально невозможным.
Ненадежность использования известной полезной модели, обусловлена ее основными существенными признаками, а именно, соизмеримостью затвора диаметру скважины, неизменчивостью геометрии жесткого каркаса. Так как в силу различной крепости горных пород существует возможность осыпания скважин, образование вывалов в стенке скважины, а также изменения ее диаметра по другим причинам, которые технически сложно установить в ходе подготовки взрываемого блока, это приводит к зависанию или заклиниванию устройства, не достигнув необходимой глубины, что делает невозможным последующее размещение устройства в рабочее положение, в результате чего технический результат не будет достигнут.
Техническим результатом заявляемого устройства является повышение эффективности применения устройства в обводненных скважинах, за счёт повышения надежности его использования, расширение области применения устройства.
,
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для создания промежутка в скважине, содержащем затвор в виде цилиндра, жестко скрепленный с опорой, выполненной в виде стержня с закрепленным на нем грузом, размеры которого меньше диаметра скважинысогласно изобретению, цилиндр составлен из гибких упругих пластин, соединенных постоянной связью, длина и ширина которых соразмерны и меньше их высоты, при этом к верхней части цилиндра, диаметр которого на 30 - 45% меньше диаметра скважины, прикреплен рукав из эластичного материала, с поперечным размером больше диаметра скважины, заполненный сыпучим неслеживающимся грузом на 30 - 50% своего объема, верхний край которого скреплен постоянной связью.
Сущность устройства для создания промежутка в скважине поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 - заявляемое устройство в момент опускания; на фиг.3 - заявляемое устройство, установленное в рабочее положение в скважине.
Заявляемое устройство для создания промежутка в скважине содержит затвор 1 в виде цилиндра, жестко скрепленный с опорой 2, выполненной в виде стержня с закрепленным на нем грузом 3, размеры которого меньше диаметра скважины, согласно изобретению, цилиндр составлен из гибких упругих пластин 4, соединенных постоянной связью 5, длина и ширина которых соразмерны и меньше их высоты, при этом к верхней части цилиндра, диаметр которого на 30 - 45% меньше диаметра скважины, прикреплен рукав 6 из эластичного материала, с поперечным размером больше диаметра скважины, заполненный сыпучим неслеживающимся грузом 7 на 30 - 50% своего объема, верхний край которого скреплен постоянной связью 8.
Устройство для создания промежутка в скважине работает следующим образом.
После обуривания блока для создания воздушного, или водного промежутка в донной части скважины применяется заявляемое устройство, а именно, в скважину на глубину массива с интенсивной трещиноватостью (вторичная трещиноватость, образовавшаяся от воздействия предыдущего взрыва - 1,5-2,5 метра) опускают устройство для создания промежутка в скважине, содержащее затвор в виде цилиндра, жестко скрепленный с опорой, выполненной в виде стержня, например, деревянный брус, длина которого равна высоте создаваемого промежутка в скважине, с закрепленным, например, веревкой или шнуром, на нем грузом, размеры которого меньше диаметра скважины, играющий роль утяжелителя, предназначенным для увеличения эффективности беспрепятственного прохождения устройством ствола скважины любого типа.
Затвор в виде цилиндра составлен из гибких упругих пластин, например, изготовленных из изношенных автомобильных шин, путем резания последних, длина и ширина которых соразмерны и меньше их высоты, при этом размеры гибких упругих пластин, как и диаметр цилиндра, который на 30-45% меньше диаметра скважины, что является оптимальным соотношением параметров заявляемого устройства с диаметром скважины, обеспечивают заявляемому устройству беспрепятственное прохождение ствола скважины и равномерность перекрытия поперечного сечения скважины при его размещении в ней.
Важно отметить, что при увеличении диаметра цилиндра больше 70% диаметра скважины увеличивается возможность зависания или заклинивания устройства, в силу возможных осыпей стенок скважины или других изменениях диаметра скважины. При диаметре цилиндра меньше 55% диаметра скважины увеличивается возможность неравномерного распределения сыпучего неслеживающегося груза в поперечном сечении скважины, в связи с увеличением зазора между цилиндром и стенками скважины, обуславливающий возможность смещения сыпучего неслеживающегося груза относительно оси центра скважины при установки устройства в рабочее положение.
Рукав из эластичного материала, например, из полипропилена, заполненный сыпучим неслеживающимся грузом (например, резиновая чипса, или крошка, изготовленная из изношенных автомобильных шин) на 30-50% своего объема, верхний край которого скреплен постоянной связью, например, с помощью веревки или шнура.
Отметим, что процент заполнения объема рукава сыпучим неслеживающимся грузом напрямую зависит от крепости взрываемых горных пород, которая в свою очередь влияет на качество стенок скважин и их способность к обрушению, то есть чем выше коэффициент крепости породы по М.М. Протодьяконову подготавливаемой к выемке, тем ровнее стенки скважины при бурении, и ниже возможность вывалов, или их осыпи, в связи с чем потребуется меньший объем заполнения рукава, по причине отсутствия необходимости перекрытия дополнительного объема в стволе скважины, связанного с нарушением стенки скважины и изменением ее диаметра, соответственно, чем меньше коэффициент крепости пород, тем рыхлее и шероховатее стенки скважины, тем выше возможность наличия вывалов в ней, тем больший объем заполнения рукава потребуется.
В процессе опускания, устройство погружают в скважину параллельно стенкам, придерживая за постоянную связь 8 (веревку, или шнур), прикрепленную к верхнему краю рукава, длина которой соответствует глубине скважины, до достижения необходимой глубины, после чего постоянную связь отпускают, при этом рукав с находящимся внутри сыпучим неслеживающимся грузом (резиновая чипса, или крошка), который под действием своей силы тяжести размещается поверх цилиндра, равномерно распределяясь в рукаве и заполняя собой зазор между затвором и стенками скважины.
Применение, например, резиновой чипсы, или крошки, в качестве сыпучего груза, находящегося в рукаве, исключает его слеживание, это существенно, и позволяет ей свободно перемещаться внутри рукава, принимая геометрию ствола скважины в момент опускания устройства, тем самым полностью исключает возможность зависания или заклинивания в ней, что повышает надежность использования устройства, при этом увеличивает эффективность применения устройства в обводненных скважинах, тем самым расширяя область его применения.
После размещения устройства для создания промежутка в скважине в рабочем положении проводят монтаж детонирующей цепи, а именно, сверху на затвор устанавливают боевик 9, затем помещают необходимое количество взрывчатого вещества 10, формируя заряд, в ходе чего сила тяжести заряда, размещенного поверх устройства, действует на рукав с сыпучим неслеживающимся грузом, уплотняет его, надежно перекрывая зазор между затвором и стенками скважины, по всему ее поперечному сечению, создавая эффект пробки в стволе скважины, тем самым увеличивает надежность использования устройства, предотвращая попадание взрывчатого вещества под затвор, в область создаваемого промежутка 11.
Пример применения устройства. Зарядка производилась в АО филиале «УК «Кузбассразрезуголь «Талдинский угольный разрез» горных пород состоящих из песчаника и алевролита крепостью f= 5,5 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Блок был забурен буровыми станком D50KS с сеткой скважин 6 м на 6 м. Скважины пробурены вертикально, диаметр скважины 215,9 мм, обводненность скважин составляла 10 м. Глубина скважин составляла 15 метров.
Зарядку скважин осуществляли следующим образом. В донную часть обводненной скважины на шнуре было опущено устройство для создания промежутка в скважине. Затем на заявляемое устройство опустили патрон Бластит 55-1000 на СИНВ-С и произвели зарядку скважины Сибиритом-1200 в объеме 378 кг.
Таким образом, было заряжено 25 скважин. Перед взрывом было измерено расстояние от дневной поверхности до верхней части заряда в скважине, которое в ходе зарядки всего блока не изменилось, что позволяет утверждать о стабильности конструкции сформированного заряда в скважине и надежности использования заявляемого устройства.
После проведения массового взрыва был произведен визуальный осмотр и сравнение крупности кусков взорванной горной породы на качество дробления, после чего качество дробления горной породы оценено как оптимальное.
Таким образом, описанная совокупность признаков определяет достижение технического результата в части увеличения эффективности применения устройства в обводненных скважинах, повышение надежности его использования, а также расширения области применения устройства.