Скважинная забойка
DOWNHOLE STEMMING

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 взрывной подготовке породного массива к экскавации при открытой разработке полезных ископаемых.
Известно устройство для рассредоточения скважинного заряда ВВ и его забойки в обводненных скважинах (патент RU 182776 U1, 31.08.2018), включающее гидроизолирующую оболочку с обратным клапаном, выполненным виде сходящихся лепестков на одном ее торце, и закрепленным на противоположном торце гидроизолирующей оболочки стопором, отличающееся тем, что стопор выполнен в виде подпружиненного витка с усами, концы которых направлены вдоль гидроизолирующей оболочки в сторону торца с обратным клапаном и расстоянием между концами усов больше диаметра скважины.
Недостатком данного способа являются низкая скорость установки в скважину, а также сложность конструкции.
Известна подвесная скважинная забойка (патент RU 128313 U1, 20.05.2013), состоящий из опорной конструкции и подвесной части в виде мешка из пластичного материала, верхняя часть которого закреплена на опорной конструкции. На дно мешка из пластичного материала помещен груз, при этом мешок снаружи перетянут веревкой, непосредственно выше груза.
Недостатком данного способа являются низкая скорость установки в скважину, а также сложность конструкции.
Известна подвесная скважинная забойка (патент RU 2371671 C1, 27.10.2009), содержащая опорную конструкцию, превосходящую габаритами диаметр устья скважины и закрепленную на опорной конструкции подвешиваемую часть, диаметр которой соизмерим с диаметром скважины, установленную в скважину на глубину массива с интенсивной трещиноватостью, а пространство скважины от подвешиваемой части до дневной поверхности заполнено буровой мелочью, при этом между зарядом и забойкой имеется воздушный промежуток.
Недостатком данного способа являются низкая скорость установки в скважину, а также сложность конструкции.
Известна комбинированная распорная забойка (патент RU 2291393 C1, 10.01.2007). Комбинированная распорная забойка выполнена из верхней и нижней частей, соединенных между собой силами сцепления твердеющих материалов. Верхняя часть представляет собой монолитную пробку из быстротвердеющих материалов. Нижняя - эластичный полый цилиндр с пластмассовым днищем, заглубленным на 1/4 от его верхнего среза. При этом нижняя часть монолитной пробки из быстротвердеющих материалов входит внутрь эластичного цилиндра до его пластмассового днища. Длина монолитной пробки из быстротвердеющих материалов составляет от 0,6 до 0,8 м. Длина полого эластичного цилиндра составляет не менее 5-7 диаметров скважины. В качестве быстротвердеющих материалов используют быстротвердеющую бетонную смесь, приготовленную на расширяющемся цементе, или смесь алебастра с наполнителем.
Недостатком данного способа являются низкая скорость установки в скважину, а также сложность конструкции.
Известна засыпная забойка с распорным затвором (патент RU 2444696 C1, 10.03.2012). Поставленная задача достигается тем, что в засыпной забойке с распорным затвором, включающей подвесную часть, выполненную из органического материала, например из пластической массы, и полифракционную засыпную часть с преобладанием щебня фракции 10-20 мм в первых порциях, согласно изобретению подвесная часть выполнена в виде емкости с утолщенным днищем, имеющей биконическую форму.
Недостатком данного способа являются низкая скорость установки в скважину, а также сложность конструкции.
Известна подвесная скважинная забойка (патент RU 136883 U1, 20.01.2014), принятая за прототип. Подвесная скважинная забойка состоит из опорной конструкции и подвешиваемой части закрепленной на опорной конструкции. Подвешиваемая часть выполнена в виде соединенных временной связью составного цилиндра, выполненного из двух полуцилиндров, внутренние поверхности которых образуют полость и вставленного снизу внутрь этой полости клина, диаметр основания которого соизмерим с диаметром внешней поверхности составного цилиндра и с диаметром скважины, а высота клина больше высоты цилиндра, при этом внутренние поверхности полуцилиндров повторяют внешние поверхности клина.
Недостатком данного способа являются низкая скорость установки в скважину, а также сложность конструкции.
Техническим результатом изобретения является повышение скорости установки забойки и упрощение конструкции.
Технический результат достигается тем, что в скважинной забойке, содержащей цилиндр с клином, согласно изобретению цилиндр выполнен с опорой в виде круга с гибкими краями и входит в клин, выполненный в виде находящихся один в другом конусов с совмещенными вершинами, причем угол при вершине верхнего конуса принимают в интервале от 132-148 градусов, а угол при вершине нижнего конуса принимают менее 100 градусов, причем диаметр нижнего конуса принимают равным диаметру скважины, по периметру основания нижний конус снабжен гибким уплотнением, причем длина скважинной забойки составляет более 1,5 диаметров скважины.
Технический результат достигается также тем, что она выполнена из полиэтилена низкого давления.
Технический результат достигается также тем, что она выполнена из полиэтилена высокого давления.
Технический результат достигается также тем, что внутренняя полость цилиндра заполнена пенополистиролом.
Технический результат достигается также тем, что внутренняя полость цилиндра заполнена монтажной пеной.
Технический результат достигается также тем, что опора в виде круга выполнена перфорированной.
Технический результат достигается также тем, что в качестве гибких краев используют уплотнительную ленту.
Скважинная забойка поясняется следующими фигурами, фиг. 1 - вертикальный разрез по скважине с зарядом и скважинной забойкой, фиг. 2 - разрез скважинной забойки, фиг. 3 - скважинная забойка, вид сверху, где:
1 - скважина;
2 - заряд взрывчатого вещества;
3 - промежуточный детонатор;
4 - цилиндр скважинной забойки с опорой 5 в виде круга с гибкими краями;
5 - опора цилиндра 4 в виде круга с гибкими краями для исключения возможности застревания скважинной забойки при установке в скважину;
6 - верхний конус клина, угол при вершине верхнего конуса принимают в интервале от 132-148 градусов для расклинивания забоечного материала;
7 - нижний конус клина, угол при вершине нижнего конуса принимают менее 100 градусов для улавливания первичного импульса и перераспределения нагрузки на центральную часть забоечного материала;
8 - средства инициирования;
9 - направление воздействия взрывных газов на нижний конус 7 и верхний конус 6 клина;
10 - вода или воздушный зазор в скважине 1;
11 - забоечный материал, например, буровой шлам.
Забойка скважин является весьма эффективной операцией по повышению эффективности использования энергии взрыва при промышленных работах, при этом повсеместное использование скважинной забойки, как правило, сдерживается ее трудоемкостью, включающую необходимость использования определенной фракции забоечного материала. В предлагаемой скважинной забойке за счет использования клина в виде направляющих верхнего 6 и нижнего 7 конусов достигается перераспределение энергии взрыва на центральную часть забоечного материала, что позволяет увеличить силу распора материала, а следовательно повысить общую эффективность взрывных работ. При этом требования к забоечному материалу снижаются и возможно использование бурового шлама, находящегося в непосредственной близости от устья скважины 1.
Скважинную забойку используют следующим способом.
Предварительно в заводских условиях изготавливают верхний конус 6 клина, причем угол при вершине верхнего конуса принимают в интервале от 132-148 градусов, данный диапазон позволяет добиться необходимого расклинивающего эффекта для удержания энергии взрыва. В него вставляют нижний конус 7 клина, угол при вершине нижнего конуса принимают менее 100 градусов, данный диапазон позволяет добиться необходимого расклинивающего эффекта для улавливания и перераспределения первичной энергии взрыва. В нижнем конусе 7 клина закрепляют полый цилиндр 4 из полиэтилена низкого или высокого давления, либо другого доступного материала схожих свойств. В нижней части цилиндра 4 закрепляют опору 5 в виде круга с гибкими краями для исключения возможности застревания скважинной забойки при установке в скважину 1. В качестве гибких краев можно использовать резину или уплотнительную ленту. Опору 5 в виде круга можно выполнить перфорированной, например, при использовании устройства в сухих скважинах. Внутренняя полость цилиндра 4 может быть герметичной или заполнена пенополистиролом, или монтажной пеной. Тип заполнителя выбирают исходя из доступности и минимальной стоимости.
Необходимое количество скважинной забойки привозят на место проведения взрывных работ. По проекту проведения взрыва определяют места их установки. Производят установку промежуточных детонаторов 3 и формируют заряд взрывчатого вещества 2 в скважине 1 путем нагнетания взрывчатого вещества по шлангу с автоматическим отводом (условно не показан). После формирования заряда взрывчатого вещества 2 в скважину 1 устанавливают скважинную забойку с формированием зазора 10 из воды или воздуха. Затем производят заполнение пространства над скважинной забойкой забоечным материалом 11 - буровым шламом или другим доступным материалом высокой плотности. Затем производят взрывные работы в обычном порядке.
Применение скважинной забойки обеспечивает следующие преимущества:
- повышение скорости установки;
- упрощение конструкции;
- снижение трудоемкости проведения работ;
- повышение безопасности проведения работ.