Способ заряжания наклонных и горизонтальных скважин (варианты)

 

Способ заряжания наклонных и горизонтальных скважин, герметизированных рукавом из пленочных материалов, включает заливку взрывобезопасных компонентов, образующих взрывчатое вещество, при открытой разработке полезных ископаемых. Рукав досылают в скважину под воздействием упругого троса, стержня или ленты, продвигаемых в скважину вместе с рукавом, или преобразуя рукав в упругую ленту, складывая рукав в нагретом состоянии в продольном направлении и сжимая складки с получением многослойной ленты, досылаемой в скважину без вспомогательных приспособлений. После заливки компонентов ВВ в горизонтальную скважину с образованием заряда ВВ на всей длине скважины в скважину вдавливают диск со стержнем по его краям, продвигают его до полного заполнения рукава жидким ВВ на все сечение скважины, образовавшееся пространство заполняют забойкой. Технической задачей изобретения является разработка безопасной технологии заряжания токсичными компонентами ВВ. 3 с. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для заряжания наклонных и горизонтальных скважин жидким взрывчатым веществом (ВВ) при открытой разработке полезных ископаемых.

Прототипом изобретения является заряжание вертикальных скважин, содержащих полиэтиленовый рукав, заливкой жидких компонентов ВВ, дозируемых раздельно [1].

Недостатки прототипа: при заряжании скважин заливкой тетраоксида диазота и жидкого нефтепродукта, образующих раствор, по чувствительности к механическим воздействиям превосходящий нитроглицерин, заряжание вертикальных скважин будет неосуществимо, так как удар струи жидкости с высоты 15-20 м о поверхность такого ВВ может вызвать взрыв; описание прототипа не содержит мер безопасности, необходимых при обращении с компонентами, выделяющими ядовитые газы и пары.

Рукав из эластичного пленочного материала с помощью груза на его конце может быть опущен только в вертикальную скважину. Для заряжания наклонных и горизонтальных скважин рукав необходимо досылать другими приемами.

Известная досылка рукава в скважину зарядным шлангом, размещенным внутри рукава, собранного в гофры [2], неприменима для жидких ВВ на основе токсичных компонентов - вспомогательное тело, применяемое для выполнения операции, должно быть размещено вне рукава.

При заряжании скважин контурного взрывания зарядами в виде гирлянды патронов, привязанных к детонирующему шнуру, применяют деревянные рейки, соединяя их между собой гвоздем без шляпки, вбитым в торец очередной рейки [3]. Очевидна трудоемкость способа, не поддающегося механизации, так как вспомогательное тело для подачи рукава в скважину должно быть упругим и одновременно гибким, чтобы в виде бухты могла и наматываться на катушку, и сматываться с нее при досылке рукава.

Технической задачей изобретения является разработка безопасной технологии заряжания токсичными компонентами ВВ наклонных и горизонтальных скважин.

Технический результат достигается тем, что при заряжании наклонных и горизонтальных скважин рукав из пленочного материала досылают в скважину под воздействием упругого троса или ленты, продвигаемых в скважину вместе с рукавом, или применяют многократно сложенный рукав, преобразованный в упругую ленту, досылаемую в скважину без вспомогательных приспособлений. При заливке в рукав компонентов ВВ осуществляют изолированный отвод выделяющихся ядовитых газов, направляя их в емкость переменного объема или в аппарат нейтрализации.

Схема способа представлена на фигурах 1-7, где на фиг. 1 - схема конца рукава с лентой и обтекателем, фиг. 2 - рукав, сложенный вдвое, фиг. 3 - схема четырехкратно сложенного рукава, фиг. 4 - схема подачи рукава, сматываемого с ведомой катушки, и досылки рукава в скважину под воздействием упругого тела, сматываемого с ведущей катушки; фиг. 5 - схема заряжания скважины жидкими компонентами ВВ и изолированного отвода выделяющихся газов, фиг. 6 - схема заряжанной скважины, фиг. 7 - схема заряжания горизонтальной скважины.

На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - рукав, 2 - упругая лента, 3 - обтекатель, закрепленный на конце рукава 1 и ленты 2, 4 - катушка с рукавом 1, 5 - катушка с упругой лентой 2, 6 - скважина, 7 - разъемный кожух из нерастягивающегося прозрачного материала, скрепляемый в цилиндр, переходящий в конус, полосой липкого слоя; 8 - патрубок с краном для подачи тетраоксида диазота, 9 - патрубок с краном для подачи жидкого нефтепродукта, 10 - трубка для изолированного отвода газов, 11 - жидкое ВВ, 12 - засыпка из забоечного материала, 13 - водяная забойка в рукаве из пленочного материала, 14 - концы детонирующих шнуров или волновода инициирования системы Нонель.

При диаметр скважины 200 мм длина ее окружности 628 мм. При избытке 5% длина окружности рукава из полиэтилена составит 660 мм, а ширина ленты из вдвое сложенного рукава (фиг. 2) - 330 мм, ширина вчетверо сложенного рукава (фиг. 3) - 160 мм. Если рукав выполнен из полиамидной пленки, его диаметр может быть равен диаметру скважины и даже может быть несколько меньше, так как полиамидная пленка легко расширяется и под давлением жидкого ВВ будет прижата к поверхности скважины.

Рукав в виде ленты на фиг. 2 образуется при его горячем формировании выдавливанием расплава полимера из кольцевой фильеры. После выхода из фильеры поверхность пленки охлаждают подачей холодного воздуха, что исключает слипание пленки, и рукав в виде плоской ленты наматывают на катушку. Еще не остывшую пленку с охлажденной поверхностью перед намоткой на катушку складывают еще раз - и будет получена вчетверо сложенная пленка (фиг. 3), и эта форма термопластичным материалом будет сохранена. Изложенное - для рукава из полиэтиленовой пленки толщиной 200 мкм. При толщине полиамидной пленки 80-120 мкм может быть еще раз сложен с получением ленты шириной 80 мм - в данном примере.

Многократно (в 4-8 слоев) сложенный рукав с образованием упругой ленты может быть изготовлен на заводе по переработке пластмасс. При отсутствии на горном предприятии таких рукавов рукав в виде вдвое сложенной ленты может быть получен на месте ее применения - скреплением краев вдвое сложенной ленты короткими отрезками клеящей ленты с липким слоев на бумажной основе - с тем чтобы при заполнении рукава компонентами жидкого ВВ эти слабые крепления были разрушены. Рукав в промежутках между местами креплений его краев, расположенных на расстоянии порядка 300 мм, из-за упругости скрепляемой ленты примет вид желобов, но при этом приобретет способность к сопротивлению продольному изгибу, достаточную для досылки в скважину без применения вспомогательных упругих элементов.

В качестве вспомогательных упругих элементов для досылки в скважину рукава в исходном (без многократных изгибов) состоянии могут быть использованы: упругие стержни кругового сечения, например канализационный трос из металлических проволок повышенной длины, упругий стержень круглого сечения из пластика или резины и кабель с резиновой или пластмассовой изоляцией. Все перечисленные элементы применяют для наклонных скважин, после заряжания которых элементы извлекают для многократного повторного применения. Упругий элемент в виде плоской ленты, например полипропиленовой упаковочной ленты толщиной 0,8 мм и шириной 15 мм ТУ 2245-028-05766623-95 (разрывная нагрузка не менее 170 кгс), вследствие низкой стоимости может не извлекаться из скважины и уничтожаться взрывом - предназначается для заряжания горизонтальных скважин. Лента может быть применена и для заряжания наклонных скважин с возможностью ее извлечения из них для дальнейшего использования.

В прототипе не указаны составы ВВ, получаемых из двух жидких компонентов. Известны растворы жидких горючих нефтепродуктов (нитробензола, нитрометана) в жидких оксилителях - азотной кислоте, тетраоксиде диазота, тетранитрометане. В дальнейшем изложении компоненты ВВ именуются "горючее" и "окислитель".

Примеры применения способа. Заряжание наклонных скважин.

Конец рукава 1, намотанного на катушку 4, герметизируют (завязывают узлом), дублируют с упругим стержнем или лентой 2 на катушке 5, на конец сборки одевают обтекатель 3 - колпачок из полимера, закрепляя его шнуром или кольцевой резинкой, размещая крепление выше узла на рукаве (фиг. 1).

Упругий элемент круглого сечения (трос, кабель, стрежень из резины или пластмассы), извлекаемый из скважины после ее заряжания, упирается своим торцем в крепление сборки обвязкой шнуром или кольцевой резинкой, а неизвлекаемую после заряжания упругую ленту упирают концом в узел рукава 1 и выше перетягивают шнуром (фиг. 1). Обтекатель 3, закругляя торец рукава 1, облегчает его продвижение в скважине и служит местом крепления сборки.

Вращением катушки 5 сматывают с нее упругий элемент 2 и опускают в скважину 6 вместе с рукавом 1, сматываемым с ведомой катушки 4. После достижения забоя скважины, определяемого резким продольным изгибом упругого элемента, вращение катушки 5 прекращают, прекращая и вращение катушки 4, рукав 1 отрезают от бухты на катушке 4, оставляя свободный конец рукава, находящегося в скважине, выступающим из ее устья на 1-1,5 м над устьем скважины.

Конец рукава 1 помещают в разъемный кожух 7 (фиг. 5), выполненный из нерастягивающегося прозрачного материала в форме цилиндра с внешним диаметром, близким к диаметру скважины, на другом конце переходящим в конус. Разъемный кожух снабжен полосой липкого слоя или системой крючков и петель, образующих при наложении замок-молнию.

Для подачи жидких компонентов в рукав в виде ленты с плотно прилегающими стенками, в особенности - в многократно сложенный рукав при варианте его досылки в скважину без применения вспомогательных упругих элементов, необходимо создавать напор жидкости и заполнять рукав под ее давлением. Кожух 7 и служит необходимой защитой свободному концу рукава, допуская подачу жидкости без опасения его разрыва. Ту же функцию выполняют стенки скважины - для остальной и большей части рукава.

При закрытом кране на патрубке 8 по трубе 9 в рукав подают горючее. При этом упругий элемент 2 продолжает прижимать конец рукава к забою скважины. В обводненной скважине рукав с горючим, например керосином плотностью 0,8 г/см³, будет всплывать. После окончания подачи горючего кран на трубе 9 закрывают и в рукав по трубе 8 подают окислитель.

После подачи окислителя с получением 2/3 объема скважинного заряда обратным движением катушки 5 упругий элемент 2 извлекают из скважины и в скважину вручную досылают средство взрывания, выполненное в виде листового заряда ВВ в качестве промежуточного детонатора с двумя детонаторами с волноводами системы инициирования Hонель или с двумя детонирующими шнурами. Досылку в скважину средства взрывания осуществляют с помощью упругого элемента на глубину, превышающую уровень полностью залитого скважинного заряда не менее чем на 2 м, после чего упругий элемент, продвигающий средство взрывания, извлекают из скважины. Средство взрывания размещают между рукавом 1 и стенкой скважины 6 для исключения контакта ВВ промежуточного детонатора и детонирующего шнура с агрессивной средой жидкого окислителя. После установки в скважине средства взрывания продолжают подачу окислителя до полного объема скважинного заряда.

Рецептура жидкого ВВ 83% окислителя - тетраоксида диазота плотностью 1,45 г/см³ и 17% горячего - керосина плотностью 0,8 г/см³; плотность ВВ 1,34 г/см³. Подача в скважину сначала горячего, а затем окислителя безопаснее одновременной подачи. При этом окислитель при подаче на ранее залитое горючее будет опускаться до забоя скважины, пронизывая весь объем горючего и растворяясь в нем.

При диаметре скважины 200 мм, глубине 25 м и длине забойки 6 м длина заряда будет 19 м объемом 0,6 м³, массой 0,8 т.

После окончания заряжания кран на патрубке 8 подачи окислителя перекрывают, конец рукава 1 освобождают от кожуха 7, патрубок 8, не освобождая от крепления в рукаве 1, поворачивают на 180^o, обращая торец патрубком вверх, и по трубе 9, открыв на нем кран (фиг. 5), подают горючее, заполняя им патрубок 9 от закрытого крана до среза патрубка. Патрубок 8 вместе с концом рукава поворачивают в обратном направлении на 180^o, обращая вниз и выливая горючее со следами растворенного при промывке окислителя в скважинный заряд. Операцию промывки горячим патрубком подачи окислителя повторяют дважды. Кислородный баланс ВВ должен быть нулевым или слегка отрицательным - для полного исключения окислов азота в продуктах взрыва.

В скважину засыпают небольшую часть забойки 12, верхнюю часть рукава сдвигают в сторону, в скважину опускают второй рукав и заполняют его водой до устья скважины. При заливке водяной забойки пустую часть рукава 1 водяной забойкой во втором рукаве сдвигают в сторону, прижимают к стенке скважины, преобразуя рукав в ленту. При этом газ, содержащийся в верхней части рукава 1, полностью вытесняется.

Край рукава 1, выступающий над устьем скважины, освобождают от труб для заливки компонентов ВВ и от газоотводной трубки, рукав свертывают в устье скважины между стенкой скважины и рукавом с водяной забойкой. Концы детонирующих шнуров или волноводов Нонель выведены наружу для монтажа общей взрывной сети (фиг. 6).

Изолированный отвод газа из рукава осуществляют в автоцистерну, транспортирующую окислитель, через дыхательный клапан, компенсирующий снижение давления газа над поверхностью жидкости в цистерне при выливании окислителя в скважину. При скомпенсированном в автоцистерне давлении газ подают в емкость переменного объема, в вакуумированный контейнер с подвижными или эластичными стенками с последующей нейтрализацией в стационарных условиях водным раствором щелочи в контактных насадочных аппаратах.

Заряжание горизонтальных скважин (фиг. 7) в основном аналогично изложенным приемам заряжания наклонных скважин со следующими изменениями: для досылки в скважину рукава 1 применяют только упругую плоскую ленту, оставляя ее в скважине, или применяют многократно (4-8 слоев) сложенный рукав. Окислитель и горючее подают в скважину одновременно, от начала и конца заряжания образующих жидкое ВВ.

После подачи точно отмеренных объемным дозированием компонентов ВВ и выполнения операций промывки трубы, подающей окислитель, описанных выше, приступают к формированию забойки, осложненному горизонтальным положением скважины.

После заливки компонентов жидкое ВВ растекается по всей длине скважины, но не заполняет ее на все сечение. Рукав, выступающий из устья скважины, освобождают от кожуха 7, отсоединяют от труб подачи компонентов ВВ и отвода газов, переводят в вертикальное положение, освобождают от жидкого ВВ, конец рукава сминают и вручную проталкивают в устье скважины, туда же помещают поршень в виде диска, но без центрального штока - вместо него три стержня, прижатые торцами к краям диска, но не скрепленные с ним. Диск плавно, без резких толчков вводят в скважину и продвигают на длину забойки. При этом жидкое ВВ заполняет скважину практически на все сечение. Достижение предельного заполнения объема скважины определяется прекращением продвижения поршня в скважину.

Продолжая удерживать жидкое ВВ в сжатом состоянии, в скважину засыпают материал забойки, оставляя диск в скважине и извлекая для повторного применения стержни - диск удерживает забойка. Для ее сохранения стержни извлекают по одному.

Жидкие ВВ - неиспользуемый резерв горной промышленности. Высокая объемная энергия ВВ позволяет эффективно разрушать железные руды и скальные породы высокой крепости.

Тетраоксид диазота - продукт многотоннажного производства, используемый для получения азотной кислоты и в качестве окислителя жидкого ракетного топлива. Его применение для промышленных взрывов позволит использовать имеющиеся запасы компонента ракетного топлива, а также оборудование для его хранения, перекачивания и транспортирования в автоцистернах с использованием опыта безопасного обращения с токсичной жидкостью. Высокая температура замерзания - минус 11,2^oC может быть понижена добавками азотной кислоты.

Вероятное ограничение способа - исключение многорядного взрывания, что обусловлено категорической необходимостью полного исключения отказов детонации скважинных зарядов ввиду трудности и опасности нейтрализации в полевых условиях разлившегося состава жидкого ВВ.

Источники информации 1. Авт. св. СССР N 267408, C 06 C, F 42 D 1/00, заявка N 1129010/22-03 от 26.1.1967. БИ N 12, 1970.

2. RU, пат. N 2130584, 2 - F 42 D 1/08, заявка N 98104366/03 от 06.03.98, БИ N 14, 1999.

3. Кутузов Б.Н., Галаджий Ф.М., Давыдов С.А. и др. Безопасность взрывных работ в промышленности.- М.: Недра, 1977, с.120.

Формула изобретения

1. Способ заряжания наклонных скважин, герметизированных рукавом из пленочных материалов, заливкой взрывобезопасных компонентов, образующих взрывчатое вещество, отличающийся тем, что рукав досылают в скважину под действием упругого троса стрежня или ленты, размещаемых на внешней поверхности рукава и продвигаемых в скважину вместе с ним, а компоненты взрывчатого вещества заливают при изолированном отводе выделяющихся газов.

2. Способ заряжания наклонных скважин, герметизированных рукавом из пленочного материала, заливкой взрывобезопасных компонентов, образующих взрывчатое вещество, отличающийся тем, что рукав преобразуют в упругую ленту и досылают в скважину, а компоненты взрывчатого вещества заливают при изолированном отводе выделяющихся газов.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что рукав преобразуют в упругую ленту продольными перегибами, которые закрепляют отрезками клеющей ленты с липким слоем или сжатием продольных складок рукава в нагретом состоянии.

4. Способ заряжания горизонтальных скважин, герметизированных рукавом из пленочного материала, заливкой взрывобезопасных компонентов, образующих взрывчатое вещество, отличающийся тем, что рукав досылают в скважину под воздействием упругой ленты или стержня, которые размещают на внешней поверхности рукава и продвигают в скважину вместе с ним, или преобразуют сам рукав в упругую ленту продольными перегибами, которые закрепляют отрезками клеящей ленты с липким слоем, или сжатием продольных складок рукава в нагретом состоянии, компоненты взрывчатого вещества заливают при изолированном отводе выделяющихся газов, при этом заряд жидкого взрывчатого вещества растекается по всей длине горизонтальной скважины, пространство для забойки освобождают от взрывчатого вещества посредством вдавливания в скважину диска со стержнями по его краям, плавно, без толчков продвигая диск до полного заполнения рукава взрывчатым веществом на все сечение скважины, которое определяют по прекращению движения диска, образовавшееся пространство заполняют забойкой, после чего стрежни последовательно по одному извлекают из скважины.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что свободный конец рукава, выступающий из устья скважины, помещают в разъемный кожух, выполненный из нерастягивающегося материала в форме усеченного конуса, переходящего в цилиндр, который вставляют в устье скважины, в конец рукава в конической части кожуха вставляют трубки подачи жидких компонентов взрывчатого вещества и отвода выделяющихся газов, край рукава закрепляют обжатием разъемного кожуха, снабженного полосой липкого слоя или системой крючков и петель, образующих при наложении замок - "молнию".

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7