Устройство для вскрытия грунта над шахтой

 

Устройство предназначено для быстрого вскрытия законсервированных и закрытых грунтом шахт, нефтяных, газовых и гидрологических скважин. Устройство содержит оболочку в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, которая закреплена меньшим торцем к устью ствола шахты. Больший торец оболочки обращен к поверхности земли. Внутренняя поверхность оболочки содержит противоадгезионное покрытие, а внутри оболочки над ее меньшим торцем установлен источник газов высокого давления. Оболочка может быть выполнена из полиэтиленовой пленки, а между источником газов высокого давления и верхней частью ствола шахты может быть расположен демпфирующий слой. Устройство позволяет снизить материалоемкость ствола крышки шахты. 1 с. и 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к нефтяной, газовой и горной промышленности и может быть использовано для быстрого вскрытия законсервированных и закрытых грунтом шахт, нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин.

Известен заряд ударного инициирования, состоящий из взрывчатого вещества и инициирующего устройства, предназначенный для взрывного разрушения горных пород (см. патент России N 2039251, МПК6 E 21 C 37/00, F 42 D 1/02; 3/02 опубл. 09.07.95, бюл. N 19).

Известно устройство для разрыва пласта породы, выбранное в качестве прототипа, содержащее источник газов высокого давления (ИГВД) в виде газогенератора для разрыва пласта, включающее твердотопливный заряд в виде стержня с герметичной воспламенительной полостью, выполненной с ребрами, расположенными по винтовой линии вдоль всего заряда, и сообщенной с внешней средой расширяющимися каналами, закрытыми пробками из твердого топлива, цепь запала (см. А.С. СССР N 588782, МПК5 E 21 B 43/26, опубл. 15.02.91, бюл. N 6).

Недостатком известных устройств является то, что применение их для вскрытия грунта над шахтой при отрицательных температурах потребует реализацию очень высоких давлений, что приведет к значительному увеличению материалоемкости ствола и крышки шахты. Так, например, для вскрытия грунта высотой 1 м над цилиндрической шахтой диаметром 0,5 м при температуре -40^oC потребуется над шахтой создавать давление более 100 МПа. Для обеспечения прочности толщины стенки ствола и крышки шахты должны быть не менее 100 мм при изготовлении их из качественной стали.

Задачей предлагаемого решения является снижение давлений, действующих на верхнюю часть шахты при вскрытии грунта над ней.

Технический результат: снижение материалоемкости ствола и крышки шахты.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для вскрытия грунта над шахтой, содержащее ИГВД, введена оболочка в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполненная с возможностью крепления меньшим торцем к устью ствола шахты, а большим торцем обращенная к поверхности земли, причем площадь меньшего торца оболочки больше или равна площади поперечного сечения ствола шахты, ИГВД установлен внутри оболочки над ее меньшим торцем, а между ИГВД и верхней частью ствола шахты расположен демпфирующий слой. Внутренняя поверхность оболочки содержит противоадгезионное покрытие, которое может быть выполнено из одного слоя влагонепроницаемой пленки, например полиэтиленовой, герметично закрепленной на торцах оболочки, или двух слоев пленки, герметично соединенных между собой и закрепленных на внутренней поверхности оболочки.

От прототипа устройство отличается тем, что в устройство введена оболочка в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполненная с возможностью крепления меньшим торцем к устью ствола шахты, а большим торцем обращенная к поверхности земли, причем площадь меньшего торца оболочки больше или равна площади поперечного сечения ствола шахты. ИГВД установлен внутри оболочки над ее меньшим торцем, а между ИГВД и верхней частью ствола шахты расположен демпфирующий слой. Внутренняя поверхность оболочки содержит противоадгезионное покрытие, которое может быть выполнено из одного слоя влагонепроницаемой пленки, например полиэтиленовой, герметично закрепленной на торцах оболочки, или двух слоев пленки, герметично соединенных между собой и закрепленных на внутренней поверхности оболочки.

Выполнение устройства для вскрытия грунта над шахтой в виде оболочки в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполненной с возможностью крепления меньшим торцем к устью ствола шахты, а большим торцем обращенной к поверхности земли, с площадью меньшего торца оболочки, большей или равной площади поперечного сечения ствола шахты, с внутренней поверхностью оболочки, содержащей противоадгезионное покрытие, и с ИГВД, установленным внутри оболочки над ее меньшим торцем, позволяет снизить давление, необходимое для выброса грунта над шахтой за счет значительного снижения сил сцепления столба грунта над шахтой с окружающим грунтом и, соответственно, уменьшить материалоемкость ствола и крышки шахты.

Размещение между ИГВД и верхней частью шахты демпфирующего слоя также позволяет погасить пиковые давления ИГВД, действующие на шахту.

Выполнение противоадгезионного покрытия из влагонепроницаемой пленки, герметично закрепленной на торцах оболочки, или из двух слоев пленки, герметично соединенных между собой и закрепленных на внутренней поверхности оболочки, приведено как варианты выполнения противоадгезионного покрытия, которое за счет исключения попадания влаги между пленкой и оболочкой и смерзания их в первом варианте или исключения попадания влаги между слоями пленки и смерзания их во втором варианте снижает силы сцепления столба грунта над шахтой до силы разрыва пленки по торцам оболочки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен разрез устройства; на фиг. 2 - элемент А вариант 1; на фиг. 3 - элемент А вариант 2.

Устройство для вскрытия грунта над шахтой содержит оболочку 1 в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполненной, например, из текстолита толщиной 2 - 5 мм и закрепленной меньшим торцем к устью ствола 2 шахты, закрытого крышкой 3. Внутри оболочки 1 установлен ИГВД 4 выполненный, например, в виде пластмассового корпуса 5 и заряда 6 пороха или взрывчатого вещества.

ИГВД снабжен системой запуска по проводной линии связи или по радиоканалу.

Между ИГВД 4 и верхней частью шахты размещен демпфирующий слой 7, выполненный из легкодеформируемого материала, например пенопласта. Над ИГВД 4 оболочка заполнена грунтом 8. Внутренняя поверхность Б оболочки имеет противоадгезионное покрытие 9, исключающее слипание и смерзание грунта с оболочкой. Это покрытие 9 может быть выполнено из одного слоя влагонепроницаемой пленки, например полиэтиленовой, герметично (для исключения попадания влаги и смерзания) закрепленной на торцах оболочки (см. фиг. 2), или двух слоев пленки, герметично соединенных между собой и закрепленных на внутренней поверхности оболочки (см. фиг. 3).

Работает устройство в следующем порядке. По радиоканалу или проводной линии связи (на фиг. не показано) производится запуск ИГВД. Под действием давления газов грунт 8, расположенный над шахтой, освобождается от связей с окружающей средой и выбрасывается. Устье Шахты вскрывается. При отрицательных температурах грунт смерзается с контактирующей с ним пленкой противоадгезионного покрытия 9, но при этом пленка не смерзается с внутренней поверхностью оболочки 1. В результате эта пленка выбрасывается совместно с грунтом, отрываясь по торцам оболочки 1.

Сопротивление выбросу грунта 8 будет слагаться из инерционно-массовых сил грунта 8, которые определяются массой грунта 8 над шахтой и его ускорением, и силы обрыва пленки противоадгезионного покрытия 9, для создания которой для шахты диаметром 0,5 м необходимо реализовать избыточное давление 0,05 МПа при выполнении пленки из полиэтилена толщиной 0,2 мм. А как уже было сказано выше, для среза столба грунта высотой 1 м над шахтой диаметром 0,5 м при температуре -40^oC необходимо реализовать избыточное давление не менее 100 МПа. Т.е. применение предложенного устройства позволяет снизить давление, необходимое для сдвига грунта над шахтой в 2000 раз.

Поэтому максимальное давление в предложенном устройстве будет определяться не условиями сдвига столба грунта над шахтой, а условиями его разгона и выброса, для чего необходимо реализовать избыточное давление не выше 1 МПа.

При установке между ИГВД и верхней частью ствола шахты демпфирующего слоя 7 пиковые давления ИГВД, превышающие заданную величину, не будут передаваться на шахту, а будут гаситься демпфирующим слоем 7.

Для обеспечения прочности при этом давлении стенку шахты и крышку можно выполнить толщиной 5 - 10 мм.

Таким образом, применение данного устройства позволит снизить материалоемкость ствола и крышки шахты более чем в 10 раз.

Формула изобретения

1. Устройство для вскрытия грунта над шахтой, содержащее источник газов высокого давления и оболочку в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, выполненную с возможностью крепления меньшим торцом к устью ствола шахты, а большим торцом обращенную к поверхности земли, причем площадь меньшего торца оболочки больше или равна площади поперечного сечения ствола шахты, внутренняя поверхность оболочки содержит противоадгезионное покрытие, источник газов высокого давления установлен внутри оболочки над ее меньшим торцом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между источником газов высокого давления и верхней частью ствола шахты расположен демпфирующий слой.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что противоадгезионное покрытие выполнено из влагонепроницаемой пленки, например полиэтиленовой, герметично закрепленной на торцах оболочки.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что противоадгезионное покрытие выполнено из двух слоев влагонепроницаемой пленки, герметично соединенных между собой и закрепленных на внутренней поверхности оболочки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3