Результат интеллектуальной деятельности: Подвесная скважинная забойка

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.

Известна подвесная скважинная забойка, содержащая опорную конструкцию, превосходящую габаритами диаметр устья скважины, и подвешиваемую часть, закрепленную постоянной гибкой связью на опорной конструкции (патент RU 2401416 C1, 10.10.2010, МПК F42D 1/08 (2006.01), Бюл. №28), принятая в качестве прототипа.

Недостатком прототипа является низкая эффективность забойки скважины.

Данный недостаток известной подвесной скважинной забойки, обусловлен недостатком его подвешиваемой части, выполненной в виде сплошного цилиндра, верхний и нижний торцы которого выполнены скошенными, и обладают малой площадью контакта со стенками скважины, так как геометрическая форма скошенных торцов сплошного цилиндра имеет форму эллипса, таким образом, при установке его в рабочее положение в скважине, сплошной цилиндр имеет только две точки контакта со стенками скважины, - это крайние точки контакта края верхнего и нижнего торцов сплошного цилиндра по большей оси симметрии эллипса, что приводит к образованию диаметрального зазора между скошенными торцами сплошного цилиндра и стенками скважины, как следствие, к частичному перекрытию поперечного сечения скважины, тем самым к неэффективности забойки. Таким образом, возникают условия для просыпи буровой мелочи в образовавшийся диаметральный зазор, что приводит к воздействию буровой мелочи на верхние слои взрывчатого вещества, а именно, к их уплотнению, что в свою очередь, снижает скорость распространения детонации в скважинном заряде, увеличивая возможность перехода взрывчатого вещества в инертное состояние, что приводит к отказу срабатывания скважинного заряда и снижению качества дробления горной породы.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности забойки скважин.

Указанный технический результат достигается тем, что в подвесной скважинной забойке, содержащей опорную конструкцию, превосходящую габаритами диаметр устья скважины, и подвешиваемую часть, закрепленную гибкой связью на опорной конструкции, согласно изобретению, подвешиваемая часть выполнена в виде наклонного сплошного цилиндра, высота которого на 15-35% больше диаметра скважины, а его боковые поверхности скошены параллельно друг другу, таким образом, что диагонально противоположные половины на верхнем и нижнем торце цилиндра закруглены сообразно стенкам скважины, при этом в верхней части наклонного сплошного цилиндра постоянной гибкой связью закреплен гофрированный эластичный материал, длиной более высоты сплошного цилиндра.

Заявляемая подвесная скважинная забойка поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид устройства, в процессе опускания в скважину; на фиг. 2 – подвешиваемая часть устройства, сечение А-А, вид сверху Б-Б, вид снизу В-В, на фиг.3: а) заявляемое устройство, установленное в рабочем положении в скважине, б) распределение площади перекрытия поперечного сечения скважины наклонным сплошным цилиндром S_ппс и площади диаметрального зазора S_дз в поперечном сечении скважины.

Заявляемая подвесная скважинная забойка содержит опорную конструкцию 1, превосходящую габаритами диаметр устья скважины, и подвешиваемую часть 2, закрепленную гибкой связью 3 на опорной конструкции 1. Подвешиваемая часть 2 выполнена в виде наклонного сплошного цилиндра 4, высота которого на 15-35% больше диаметра скважины, а его боковые поверхности скошены параллельно друг другу, таким образом, что диагонально противоположные половины на верхнем и нижнем торце цилиндра закруглены сообразно стенкам скважины, при этом в верхней части наклонного сплошного цилиндра 4 постоянной гибкой связью 5 закреплен гофрированный эластичный материал 6, длиной более высоты наклонного сплошного цилиндра.

Заявляемая подвесная скважинная забойка работает следующим образом.

После обуривания блока производят зарядку скважин, монтаж детонирующей цепи, затем в скважину на глубину массива с интенсивной трещиноватостью (вторичная трещиноватость, образовавшаяся от воздействия предыдущего взрыва – 1,5-2,5 метра) опускают подвешиваемую часть 2, закрепленную гибкой связью 3, например, шпагатом или веревкой, на опорной конструкции 1, например, деревянный брус, выполненную в виде наклонного сплошного цилиндра 4, например, часть оцилиндрованного бревна, высота которого на 15-35% больше диаметра скважины, что является достаточной для полного перекрытия поперечного сечения скважины при установке устройства в рабочее положение.

Важно отметить, что боковые поверхности наклонного сплошного цилиндра предварительно скошены параллельно друг другу от верхнего торца к краю нижнего торца, и наоборот, от нижнего торца к краю верхнего торца по окружности, иссекая при этом объемы V и V₁ части оцилиндрованного бревна, таким образом, что диагонально противоположные половины на верхнем и нижнем торце цилиндра закруглены сообразно стенкам скважины, как показано на фиг.2, что позволяет значительно увеличить площадь сопряжения торцов наклонного сплошного цилиндра со стенками скважины, тем самым увеличить площадь их контакта, а также площадь перекрытия поперечного сечения скважины S_ппс, уменьшая площадь диаметральных зазоров S_дз при установке заявляемого устройства в скважине в рабочее положение.

Опускают подвешиваемую часть на необходимую глубину параллельно стенкам скважины, для исключения заклинивания заявляемого устройства в скважине, при этом придерживая за веревки 3 и 3', которые одним концом прикреплены к краям верхнего торца наклонного сплошного цилиндра, а другими: конец веревки 3 закреплен на опорной конструкции 1, а конец веревки 3' остается свободным и находится в руках оператора. Длины веревок 3 и 3', соответствуют глубине, необходимой для установки устройства в рабочее положение.

Далее, при достижении необходимой глубины свободный конец веревки 3' отпускают, в ходе чего наклонный сплошной цилиндр отклоняется от оси скважины и упирается скошенным краем верхнего торца в стенку скважины, полностью сопрягаясь со стенкой скважины, при этом скошенный край нижнего торца упирается в противоположную стенку скважины, повторяя ее геометрию, вклиниваясь в нее, тем самым заклинивая наклонный сплошной цилиндр в скважине, что является рабочим положением заявляемого устройства, обеспечивая этим увеличение площади перекрытия поперечного сечения скважины.

После установки устройства в рабочее положение пространство между подвешиваемой частью и дневной поверхностью заполняют буровой мелочью 7, которая воздействует на закрепленный в верхней части наклонного сплошного цилиндра постоянной гибкой связью 5, например, шпагатом, гофрированный эластичный материал 6, например, часть полипропиленового рукава, уплотняя его и утрамбовывая, образуя необходимый объем, достаточный для перекрытия площади диаметрального зазора S_дз, тем самым обеспечивая полное (герметичное) перекрытие поперечного сечения скважины, абсолютно исключая возможность просыпи буровой мелочи 7.

Как следствие, исключает уплотнение верхних слоев взрывчатого вещества, снижение скорости распространения детонации в скважинном заряде, а в частном случае, возможность перехода взрывчатого вещества в инертное состояние и отказ срабатывания скважинного заряда.

Пример конкретного применения. Испытания производились в филиале УК КРУ «Талдинский угольный разрез», взрываемый блок горных пород– алевролит, крепостью f 6-8 по шкале проф. Протодьяконова М.М.; глубина скважин до 15 м; обводненность 2 м.

Для испытания заявляемой подвесной скважинной забойки блок был забурен буровым станком DMLJ № 63 с сеткой скважин 6 м×6 м, глубиной 15 м и диаметром скважин 215,9 мм. Скважины пробурены вертикальные, общее количество скважин 50 шт.

Установка подвесной скважинной забойки в рабочее положение в скважине производилась по описанию поясняемого чертежа фиг. 3, а именно, после обуривания блока, в донную часть скважины на детонирующем шнуре 8 опустили шашку ТТ-П850 9 и произвели формирование скважинного заряда 10 РПГМ-100 в объеме 350 кг, после чего на необходимую глубину опустили подвешиваемую часть устройства на двух полипропиленовых шпагатах, один из которых закреплен на опорной конструкции (деревянный брусок), размещенной над устьем скважины, а другой отпустили, тем самым привели устройство в рабочее положение. Затем для плотного (герметичного) перекрытия поперечного сечения скважины засыпали буровую мелочь 7.

После монтажа детонирующей цепи блока произвели выборочное измерение расстояния от дневной поверхности до верхней части забоечного материала (буровой мелочи) в скважине, которое за время зарядки всего блока не изменилось. Данные измерения позволяют утверждать о надежности сформированного заявляемым устройством перекрытия поперечного сечения скважины, точнее, невозможности существования диаметрального зазора между подвешиваемой частью устройства и стенками скважины, а также абсолютного исключения просыпи буровой мелочи.

Также был проведен визуальный осмотр и измерение фрагментации взорванной горной породы экспериментального блока, по результату кусковатости породы, определяемой средним линейным размером куска, отмечено качество дробления как оптимальное.

Отметим, что результаты взрыва подтвердили повышение эффективности забойки скважин и качества дробления горной массы.

Таким образом, подвесная скважинная забойка позволяет достичь заявленного технического результата, заключающегося в повышении эффективности забойки скважин, путем увеличения площади контактов заявляемого устройства со стенками скважины, при этом увеличением площади перекрытия поперечного сечения скважины, исключения просыпи буровой мелочи в диаметральный зазор, путем полного (герметичного) перекрытия поперечного сечения скважины, исключения отказа срабатывания скважинного заряда.