Способ определения параметров термического разрушения горных пород при расширении взрывных скважин

 

Сущность изобретения: в скважине размещают датчик для измерения температуры газового потока. Перемещают термобур с воздушным охлаждением снизу вверх и подают воду для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге выше корпуса термобура отверстия для сброса воды. Измеряют скорость подъема термобура и температуру газового потока в скважине. Измерение температуры газового потока начинают при совмещении уровня отверстий для сброса воды с уровнем расположения датчика для измерения температуры газового потока. Измерения производят дискретно через заданные интервалы по мере подъема термобура до достижения уровня среза его сопла уровня расположения датчика. После окончания измерений одновременно прекращают подачу рабочих компонентов к термобуру и его подъем. Определяют положение уровня отверстий для сброса воды в момент остановки термобура. Затем осуществляют дискретное измерение диаметра расширенной скважины на участке от уровня расположения отверстий для сброса воды в момент остановки термобура до уровня, не превышающего расположения среза сопла термобура в момент его остановки. После этого по полученным результатам измерений определяют параметры термического разрушения пород, 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Е 21 В 7/14, Е 21 С 37/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР C

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -::.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4816124/03 (22) 11.01.90 (23) 23.11.92, Бюл. N 43 (71) Московский горный институт (72) А.Ф.Алексеев, С.А.Гончаров и 10.Д.Сирота (56) И.Ф.Океанич и др. Машинист станка огневого бурения. — М.; Недра, 1969, с. 123—

126.

M.È.Âåëèêèé и др. Техника бурения скважин комбинированными способами.—

M. Недра, 1977, с,64-73, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ РАСШИРЕНИИ

ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН (57) Сущность изобретения: в скважине размещают датчик для измерения температуры газового потока. Перемещают термобур с воздушным охлаждением снизу вверх и подают воду для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге выше корпуса термобура отверстия для сброса воды. Измеряют скорость подьИзобретение относится к горной промышленности, в частности к способам определения параметров термического разрушения крепких горных пород при термическом разрушении взрывных скважин в производственных условиях и предназначено для измерения локальных значений скорости термического разрушения и удельного теплового потока, поступающего в стенку образующейся котловой полости, в.различных ее точках при выполнении исследований, направленных на совершенствование техники и технологии расширения скважин.

„„SU ÄÄ 1776748А1 ема термобура и температуру газового потока в скважине. Измерение температуры газового потока начинают при совмещении уровня отверстий для сброса воды с уровнем расположения датчика для измерения температуры газового потока. Измерения производят дискретно через заданные интервалы по мере подъема термобура до достижения уровня среза его сопла уровня расположения датчика. После окончания измерений одновременно прекращают подачу рабочих компонентов к термобуру и его подьем. Определяют положение уровня отверстий для сброса воды в момент остановки термобура. Затем осуществляют дискретное измерение диаметра расширенной скважины на участке от уровня расположения отверстий для сброса воды в момент остановки термобура до уровня, не превышающего расположения среза сопла термобура в момент его остановки. После этого по полученным результатам измерений определяют параметры термического разрушения пород, 1 ил.

Известен способ определения параметров термического разрушения горных пород, включающий нанесение на поверхность породы пленочной термопары, подключение ее к регистрирующему прибору и интенсивный нагрев поверхности породы до разрушения. При этом в момент разрушения измеряется температура поверхности, время до разрушения и толщина отделившегося слоя породы. Линейная скорость разрушения определяется как частное от деления толщины отделившегося слоя на время от начала нагрева до момента

1776748

10 разрушения., а удельный тепловой поток в породу — по темпу нагрева термопары.

Известным способом определяются параметры термического разрушения горных пород в первом единичном цикле, не являющегося характерным для установившегося и роцесса разрушения. Поэтому полученные таким образом параметры не могут применяться для технологических расчетов различных установок. Кроме того невозможно нанести пленочную термопару на стенку скважины для определения параметров разрушения при термическом расширении скважин.

Ближайшим техническим решением к известному является способ определения параметров термического разрушения горных пород при расширении взрывных скважин, включающий перемещение термобура с воздушным охлаждением снизу вверх и подачу воды для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге выше корпуса термобура отверстия для сброса воды, измерение скорости подъема термобура, температуры газового потока в скважине с помощью датчика, измерение диаметра расширенной скважины и определение по полученным результатам измерений объемной скорости разрушения и температуры газового потока в скважине.

К недостаткам указанного способа следует отнести невозможность определения локальных значений линейной скорости и энергоемкости термического разрушения и параметров теплового воздействия на стенку расширяемой скважины, Целью изобретения является повышение достоверности полученных результатов.

Для достижения указанной цели в известном способе производят перемещение термобура с воздушным охлаждением снизу вверх и подачу воды для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге выше корпуса термобура отверстия для сброса воды, измерение скорости подъема термобура, температуры газового потока в скважине с помощью датчика, измерение диаметра расширенной скважины и определение по полученным результатам измерений параметров термического разрушения горных пород, согласно изобретению перед перемещением термобура в скважине размещают датчик для измерения температуры газового потока, а измерение температуры газового потока при перемещении термобура в скважине начинают при совмещении уровня отверстий для сброса воды с уров15

55 нем расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине и производят дискретно через заданные интервалы по мере подъема термобура до достижения уровня среза его сопла уровня расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине, при этом после окончания измерения температуры газового потока одновременно прекращают подачу рабочих компонентов в термобур и его подъем, а затем определяют положение уровня отверстий для сброса воды в скважине в момент остановки термобура и после этого осуществляют дискретное измерение диаметра расширенной скважины через заданные интервалы по оси скважины на участке от уровня расположения отверстий для сброса воды в момент остановки термобура до уровня не ниже расположения среза сопла термобура в момент его остановки, причем линейную скорост. термического разрушения (V) определяю г иэ выражения:

Чп d0

ГТ" 1 где V> — скорость подъема термобура, м/с;

D — локальное значение диаметра расширенной скважины, м; х — расстояни "от точки,,в которой произведено измерен з,;.,о у„ .,вня отверстий для сброса воды,и, а удельный тепловой поток (q), поступающий в стенку расширяемой скважины опре. деляется по выражению:

2cGV dT/dD ,>гБЧ, dx dx где с — удельная теплоемкость газа, Дж/кг К;

-6 — расход газа через сопло термобура, кг/c, Т вЂ” локальное значение температуры газового потока, К. и энергоемкость термического разрушения (3) определяется из выра>кения;

Э=ц/V.

На чертеже иэобра>кена схема осуществления способа с необходимым оборудованием.

В скважине 1 размещен зонд 2 с закрепленным на его нижнем конг е датчиком для измерения температуры газового потока в скважине, выводы которого пропущены внутри зонда 1 и подключены к регистрирующему прибору 3, Термобур 4 с воздушным охлаждением закреплен на нижнем конце штанги 5, имеющей отверстия 6 для сброса воды, которые у термобура с воздушным охлаждением размещаются выше его корпу1776746 са. Репер 7 закреплен у поверхности штанги

5 в нижней части мачты 8 станка 9 для термического расширения скважин.

Способ осуществляется путем последовательного выполнения следующих операций.

В скважину 1 опускают зонд 2 с закрепленным на его нижнем конце датчиком для измерения температуры, выводы которого подключают к регистрирующему прибору 3.

Производят запуск термобура 4, начинают подачу воды для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через расположенные в штанге 5 выше корпуса термобура

4 отверстия б для сброса воды и опускают термобур 4 на дно скважины 1, а.затем осуществляют ее расширение путем равномерного перемещения термобура 4 снизу вверх. При совмещении уровня отверстий 6 для сброса воды с уровнем расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине 1 и производят дискретно через заданные интервалы по мере подъема термобура 4 до достижения уровнем среза его сопла уровня расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине. После окончания измерения температуры газового потока одновременно прекращают подачу рабочих компонентов в термобур 4 и его подьем и определяют положение уровня отверстий б для сброса воды в скважине относительно поверхности в момент остановки термобура. Затем штангу 5 с термобуром 4 поднимают из скважины 1 и осуществляют дискретное измерение диаметра расширенной скважины через заданные интервалы по оси скважины 1 на участке от уровня расположения отверстий б для сброса воды в момент остановки термобура до уровня не ниже расположения среза сопла термобура

4 в момент его остановки.

Выполненные измерения позволяют установить изменение температуры и диаметра расширенной скважины в верхней части эоны разрушения на участке от уровня отверстий для сброса воды до уровня среза сопла термобура, и по формулам определить линейную скорость и энергоемкость термического разрушения и удельный тепловой поток в стенку расширяемой скважины.

Пример осуществления. В скважину 1 опускают зонд 2 с датчиком для измерения температуры газового потока в скважине.

Выводы датчика подключают к регистрирующему прибору 3. Вертикальным перемещением штанги 5 устанавливают термобур 4 так, чтобы уровень среза сопла совпадал с уровнем верхнего конца

55. тической статистики находят уравнения линий регрессии Т и Д íà Х, дифференцированием которых вычисляют производные температуры газового потока в скважине и локальных значений диаметра расширенной скважины по кеор;1инаге Х и

40 зонда 2, На штанге 5 напротив репера 7, закрепленного на мачте 6 станка 9 для термического расширения скважины ставят метку с обозначением "L". Затем отмеряют вверх по штанге от нее длину зонда и напротив репера 7 на поверхкости ставят метку

"Г. Вверх по штанге 5 от метки "Г отмеряют расстояние от уровня среза сопла термобура 4 дауровня отверстий 6 для сброса воды из штанги 5, равное l,è напротив репера 7 ставят метку "0". Между метками "0" и "Г через заданные интервалы (примерно

0,1...0,2 м наносят метки. После запуска термобура 4, начинают расширение скважины путем его равномерного перемещения снизу вверх и определяют скорость подъема термобура 4. Как только метка "0" достигает репера 7, снижают показания прибора 3.

Замеры повторяют при совпадении каждой метки. Между метками "0" и "С" через заданные интервалы (примерно 0,1...2 м) наносят метки. После запуска термобура 4, начинают расширение скважины путем его равномерного перемещения снизу вверх и определяют скорость подъема термобура 4.

Как только метка "0" достигает репера 7, снимают показания прибора 3. Замеры повторяют при совпадении каждой метки, расположекной между метками "0" и "Г. Таким образом измеряют температуру газового потока в скважине дискретно по ее высоте на участке от среза сопла термобура 4 до уровня отверстий для сброса воды из штанги 5. Высота положения точки замера относительно уровня отверстий 6 для сброса воды равна расстоякию метки, при совпадении которой с репером 7, произведен замер.

При совпадении с репером метки "Г производят последний замер и прекращают подачу рабочих компонентов в термобур 4, При этом отверстия для сброса воды из штанги

5 находятся на глубине, равной L — I от верхнего конца зона 2. Производят подъем термобура 4 и скважины 1. Для замера локальных значений диаметра расширенной скважины применяют котломер. Замеры начинают с глубины L от верхнего конца зонда 2 и производят через заданные интервалы до глубины L — I от верхнего конца зонда

2. что соответствует уровню среза сопла термобура 4 в момент его остановки. Высоту замера определяют по меткам, нанесенным на кабель котломера при совпадении их с верхним концом зонда 2, Методами матема1776748 по формулам определяют локальные значения линейной скорости энергоемкости термического разрушения породы и удельного теплового потока в стенку скважины в различных точках по высоте эоны разрушения, llo сравнению с прототипом предло.женный способ позволяет: установить закономерности влияния параметров термобура и технологии расширения скважин на распределение локальных значений линейной скорости и энергоемкости термического разрушения горных пород и удельного теплового потока в стенку скважины при ее термическом расширении и на основании этого целенаправленно совершенствовать конструкцию термобуров и технологию расширения; —.- установить влияние уровня отверстий для сброса воды из штанги на размеры эоны разрушения и на основе этого достигнуть максимального КПД термического расширения.

Формула изобретения

Способ определения параметров термического разрушения горных пород при расширении взрывных скважин, включающий перемещение термобура и воздушным охлаждением снизу вверх и подачу воды для пылеподавления и охлаждения продуктов сгорания через располо>кенные в штанге выше корпуса термобура отверстия для сброса воды, измерение скорости подъема термобура, измерение температуры газовоlo потока в скважине с помощью датчика, измерение диаметра расширенной скважины и определение по полученным результатам измерений параметров термического разрушения горных пород, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения достоверности получаемых результатов, перед перемещением термобура в скважине размещают датчик для измерения температуры газового потока, а измерениетемпературы газового потока при перемещении термобура в скважине начинают при совмещении уровня отверстий для сброса воды с уровнем расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине и производят дискретно через заданные интервалы по мере подьема термобура до

5 достижения уровня среза его сопла уровня расположения датчика для измерения температуры газового потока в скважине, при этом после окончания измерения температуры газового потока одновременно пре10 кращают подачу рабочих компонентов к термобуру и его подъем, а затем определяют положение уровня отверстий для сброса воды в скважине в момент остановки термобура и после этого осуществляют дискретное

15 измерение диаметра расширенной скважины через заданные интервалы по оси сква>кины на участке оТ уровня расположения отверстий для сбрОса воды в момент остановки термобура до уровня, не превышаю20 щего располо>кения среза сопла термобура в момент его остановки, причем линейную скорость термического разрушения Ч определяют иэ выражения ч. ар

2 . / „ ГГ12 б х

d x где Чл — скорость подьема термобура, M/c;

D — локальное значение диаметра расширенной скважины, м;

30 х — расстояние от точки, в которой произведено измерение. до уровня отверстий для сброса воды,м, а удельной тепловой поток q, поступающий в стенку расширяемой сква>кины, определи35 ют из выра>кения

2сОЧ dò СО с xDV dx dx где с — удельная теплоемкость газа, Дж/кг. К;

40 G — расход газа через сопло термобура, кг/с, Т вЂ” локальное значение температуры газового потока, К, и энергоемкость термического разрушения Э определяют из

45 выражения Э=-о/V.

1776748

Составитель А.Алексеев

Техред М.Моргентал

Корректор Н.Гулько

Редактор

Производственно-изд:. сельский комбинат Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4103 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5