Способ заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми взрывчатыми веществами (варианты)

Изобретение относится к области ведения горных работ, в частности к взрывным работам на карьерах с использованием неводоустойчивых взрывчатых веществ (ВВ) в обводненных скважинах. Сущность изобретения: вариант 1 - способ заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми взрывчатыми веществами производят от забоя скважины по зарядному шлангу с насадкой, фиксирующей положение его торца от поверхности ВВ, установленному совместно с воздухоотводящим шлангом внутри герметичного водонепроницаемого полимерного рукава диаметром больше диаметра скважины. Вариант 2 - используют рукав, собранный вдоль его оси в соприкасающиеся между собой гофры 11 с центральным каналом 12 и помещенный в защитный контейнер 16, верхний торец гофрированного рукава 15 и защитного контейнера 16 герметично закрепляют на зарядном и воздухоотводящем шлангах, нижний торец гофрированного рукава 13 герметизируют. Для варианта 3 нижний торец рукава 13 дополнительно оснащают стопорным механизмом распорного типа и используют сыпучее неводоустойчивое взрывчатое вещество с плотностью менее 1000 кг/м³. Предлагаемый способ заряжания обводненных скважин в водонепроницаемые полимерные рукава от забоя скважин сыпучими неводоустойчивыми ВВ любой плотности, в том числе с плотностью менее 1000 кг/м³, позволяет повысить эффективность ведения буровзрывных работ. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области ведения горных работ, в частности к взрывным работам на карьерах с использованием неводоустойчивых взрывчатых веществ (ВВ) в обводненных скважинах.

Заряжание обводненных скважин неводоустойчивыми (селитросодержащими) ВВ является актуальной задачей. Решение проблемы осуществлялось различными способами: повышение водоустойчивости гранул аммиачной селитры путем покрытия их поверхности легкоплавкими нефтепродуктами или расплавом водоустойчивого горючего - тротила, использование для защиты от воздействия воды эмульсий или гелей различного вида, заряжание неводоустойчивых ВВ в водонепроницаемые полимерные рукава при полном или частичном осушении скважин [1-7].

Известен способ заряжания обводненных скважин неводоустойчивыми ВВ, по которому водонепроницаемый рукав необходимой длины герметизируют с одного конца и укладывают на пустотелую направляющую, через второй открытый конец рукава подают ВВ и рукав перемещается к забою скважины по мере его заполнения ВВ [8-12]. При этом используются ВВ с плотностью, превышающей плотность воды (более 1000 кг/м³), для обеспечения потопляемости рукава в скважине.

Известен способ заряжания обводненных скважин неводоустойчивыми ВВ, по которому рукав необходимой длины диаметром больше диаметра скважины герметизируют с одного конца, скрепляют с грузом и опускают до забоя скважины. В скважину между полимерным рукавом и стенками скважины опускают водоотводящие шланги до дна скважины. В рукаве размещают шланг от компрессора, подают в рукав сжатый воздух, посредством которого рукав обеспечивает вытеснение из скважины воды через водоотводящие шланги на поверхность в места ее слива. После окончания вытеснения воды из скважины воздух из рукава быстро выпускают, шланг от компрессора заменяют на зарядный шланг для подачи ВВ, водоотводящие шланги извлекают из скважины [2, 13]. Недостатком способа является сложность конструкции крепления полимерного рукава в устье скважины с одновременным обеспечением его герметичности и невозможность заряжания скважин с проточной водой.

Известен способ формирования скважинного заряда ВВ, в котором после размещения в скважине водонепроницаемого полимерного рукава его фиксируют в призабойной части скважины к ее стенкам по всему периметру и на высоту 1-5 диаметров скважины распирающими усилиями, действующими из внутренней полости рукава. В качестве ВВ используют смесь компонентов с введенной в нее в процессе заряжания химически активной газогенерирующей добавкой. Смесь при подаче в рукав имеет плотность больше плотности скважинной воды, а плотность готового ВВ становится меньше 1000 кг/м³ только после завершения химической реакции газогенерирующей добавки с компонентом взрывчатой смеси [14]. Недостаток способа - невозможность формирования скважинного заряда из ВВ, имеющего исходную плотность меньше плотности воды.

Наиболее близким из известных технических решений к заявляемому изобретению является способ заряжания обводненных скважин неводоустойчивыми ВВ, в котором в обводненную скважину до ее забоя опускают зарядный шланг, окруженный рукавом из пленочного материала, в свою очередь окруженный разъемной цилиндрической оболочкой с горизонтальным диском и резиновыми лепестками по периметру диска. Подавая в зарядный шланг сжатый воздух, рукав из пленочного материала раздувают, вытесняя из скважины воду через щели между резиновыми лепестками, размещенными по краям диска. Поднимая цилиндр с диском вверх при непрекращающейся подаче сжатого воздуха, весь столб воды удаляют из скважины, после чего заряжают скважину неводоустойчивыми ВВ [15], принятый авторами в качестве прототипа. Недостаток способа - длительность заряжания.

Технической задачей изобретения являлось повышение эффективности ведения взрывных работ за счет расширения области использования сыпучих неводоустойчивых взрывчатых веществ любой плотности, в том числе с плотностью менее 1000 кг/м³, снижение стоимости ведения буровзрывных работ за счет сокращения времени и трудоемкости заряжания скважин.

Техническая задача была решена разработкой способа заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми ВВ и его вариантов, включающих погружение в скважину полимерного водонепроницаемого рукава с размещенным внутри него зарядным шлангом и механизированную подачу по нему взрывчатого вещества сжатым воздухом:

- вариант 1 - при использовании полимерного водонепроницаемого рукава диаметром более диаметра скважины - заряжание скважин производят от забоя скважины по зарядному шлангу с насадкой, фиксирующей положение его торца от поверхности ВВ, установленному совместно с воздухоотводящим шлангом внутри герметичного водонепроницаемого полимерного рукава диаметром больше диаметра скважины;

- вариант 2 - при использовании полимерного водонепроницаемого рукава диаметром менее диаметра скважины - заряжание скважин производят от забоя скважины по зарядному шлангу с насадкой, фиксирующей положение его торца от поверхности ВВ, установленному совместно с воздухоотводящим шлангом внутри водонепроницаемого полимерного рукава диаметром меньше диаметра скважины, собранного вдоль его оси в соприкасающиеся между собой гофры с центральным каналом и помещенного в защитный контейнер; верхний торец гофрированного рукава и защитный контейнер герметично закрепляют на зарядном и воздухоотводящем шлангах, а нижний торец гофрированного рукава герметизируют;

- вариант 3 - при использовании полимерного водонепроницаемого рукава диаметром менее диаметра скважины и взрывчатых веществ с плотностью менее 1000 кг/м³ - заряжание скважин производят от забоя скважины по зарядному шлангу с насадкой, фиксирующей положение его торца от поверхности ВВ, установленному совместно с воздухоотводящим шлангом внутри водонепроницаемого полимерного рукава диаметром меньше диаметра скважины, собранного вдоль его оси в соприкасающиеся между собой гофры с центральным каналом и помещенного в защитный контейнер; верхний торец гофрированного рукава и защитный контейнер герметично закрепляют на зарядном и воздухоотводящем шлангах, а нижний торец гофрированного рукава герметизируют и дополнительно оснащают стопорным механизмом распорного типа; при этом в качестве неводоустойчивого взрывчатого вещества используют сыпучее неводоустойчивое взрывчатое вещество с плотностью менее 1000 кг/м³.

Необходимость трех вариантов заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми ВВ обуславливалась различными требованиями по дробящему действию зарядов ВВ на окружающую скальную породу и плотностью ВВ. При щадящем взрывании скважин снижение плотности заряжания достигается за счет введения в состав ВВ специальных добавок или использования специальных конструкций зарядов, например создания радиальных зазоров между зарядом ВВ и стенками скважины. В заявляемом способе заряжания это обеспечивается 2 и 3 вариантами предлагаемого изобретения.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-3.

Фиг.1 - схема заряжания обводненной скважины сыпучими неводоустойчивыми ВВ по варианту 1.

Фиг.2 - схема заряжания обводненной скважины сыпучими неводоустойчивыми ВВ по варианту 2.

Фиг.3 - схема заряжания обводненной скважины сыпучими неводоустойчивыми ВВ с плотностью менее 1000 кг/м³ по варианту 3.

Обозначения:

1 - скважина;

2 - вода;

3 - водонепроницаемый полимерный рукав;

4 - зарядный шланг;

5 - насадка;

6 - воздухоотводящий шланг;

7 - сыпучее неводоустойчивое ВВ;

8 - нижний торец водонепроницаемого полимерного рукава;

9 - верхний торец водонепроницаемого полимерного рукава;

10 - гофрированный рукав;

11 - гофры;

12 - канал гофрированного рукава;

13 - нижний торец гофрированного рукава;

14 - стопорный механизм распорного типа;

15 - верхний торец гофрированного рукава;

16 - защитный контейнер;

17 - узел крепления верхнего торца гофрированного рукава и защитного контейнера на зарядном и воздухоотводящем шлангах;

18 - узел герметичного крепления верхнего торца гофрированного рукава на зарядном и воздухоотводящем шлангах;

Dскв. - диаметр скважины, м;

dp - диаметр рукава, м;

h - расстояние от конца зарядного шланга до поверхности ВВ, м.

Стрелками показано направление движения ВВ и воздуха.

Способ заряжания обводненных скважин сыпучим неводоустойчивым взрывчатым веществом по варианту 1 (фиг.1) состоит в следующем.

Нижний торец 8 водонепроницаемого полимерного рукава 3 (далее по тексту - рукав) диаметром больше диаметра скважины (dp>Dскв.) герметизируют любым известным способом (клипсование, сварка и др.). В герметичный рукав 3 вводят зарядный шланг 4 с насадкой 5 и воздухоотводящий шланг 6; рукав со шлангами опускают до дна скважины 1. Подачу сыпучего ВВ 7 в скважину 1 осуществляют по зарядному шлангу 4 сжатым воздухом с помощью пневмозарядчиков различного типа или отработанными газами двигателя внутреннего сгорания смесительно-зарядных или зарядных машин. Сыпучее ВВ по зарядному шлангу в рукав подают со стороны забоя скважины. По мере поступления сыпучего ВВ 7 и воздуха рукав 3 со стороны его нижней части расправляется в радиальном направлении и за счет бокового распора прижимается к стенкам скважины 1 и удерживается на них силами трения. При непрерывном заполнении рукава сыпучим ВВ скважинная вода 2 вытесняется раздувающимся под действием сжатого воздуха рукавом вверх и выливается на поверхность из устья скважины. Одновременно по воздухоотводящему шлангу 6 удаляется избыток воздуха, давление в рукаве снижается, что исключает разрыв рукава 3. Всплытие полностью сформированного в рукаве заряда ВВ предотвращается массой заряда ВВ и силами трения, возникающими на границе наружной поверхности рукава со стенками скважины. Скважинная вода, находящаяся над зарядом ВВ, может служить забойкой скважины. В малообводненных скважинах и скважинах средней обводненности забойка скважины может выполняться из инертного твердого материала, размещаемого в верхней части рукава 3. Верхний торец 9 рукава закрепляют на поверхности любым известным способом. Длина рукава берется больше глубины скважины. Расчет массы заряда ВВ, установка средств инициирования и инициирование осуществляется принятым на карьере способом. Способ заряжания обводненных скважин неводоустойчивыми взрывчатыми веществами по варианту 1 пригоден для заряжания взрывчатых веществ с любой плотностью, в том числе с плотностью менее 1000 кг/м³.

Способ заряжания обводненных скважин сыпучим неводоустойчивым взрывчатым веществом по вариантам 2 и 3 (фиг.2, 3) состоит в следующем.

Водонепроницаемый полимерный рукав 10 диаметром меньше диаметра скважины (dp<Dскв.) собирают вдоль его оси в плотно соприкасающиеся между собой гофры 11 с образованием канала 12 (далее по тексту - гофрированный рукав). Нижний торец 13 гофрированного рукава 10 герметизируют любым известным способом, а при заряжании скважин по варианту 3 дополнительно оснащают стопорным механизмом 14 распорного типа. Внутрь гофрированного рукава 10 устанавливают зарядный шланг 4 с насадкой 5 и воздухоотводящий шланг 6. Верхний торец 15 гофрированного рукава герметично закрепляют на зарядном и воздухоотводящем шлангах. Подготовленный таким способом гофрированный рукав вставляют в защитный контейнер 16, который вместе с верхним торцом гофрированного рукава закрепляют на зарядном и воздухоотводящем шлангах и опускают до дна скважины 1. Заряжание скважин также производят от забоя скважины сжатым воздухом с использованием пневмозарядчиков или отработанными газами двигателя внутреннего сгорания смесительно-зарядных или зарядных машин. По мере поступления сыпучего ВВ 7 и воздуха гофры 11 нижней части гофрированного рукава 10 расправляются в продольном направлении, выталкивая зарядный 4 и воздухоотводящий 6 шланги вверх вместе с защитным контейнером 16, закрепленного на них. Гофрированный рукав по мере его заполнения расправляется в гладкий цилиндрической формы рукав. Одновременно по воздухоотводящему шлангу 6 удаляется избыток воздуха, давление в рукаве снижается, что исключает разрыв гофрированного рукава 10. При этом насадка 5 зарядного шланга в процессе заряжания постоянно находится на определенном расстоянии h от поверхности взрывчатого вещества формируемого скважинного заряда, обеспечивая формирование скважинного заряда без воздушных промежутков с постоянной плотностью по высоте колонки заряда. Всплытие полностью сформированного в рукаве заряда ВВ предотвращается массой заряда ВВ, если для заряжания скважин используются сыпучие неводоустойчивые взрывчатые вещества с плотностью более плотности воды (вариант 2), и массой заряда ВВ и стопорным механизмом 14 при использовании сыпучего ВВ с плотностью меньше воды (вариант 3). Вытесненный столб скважинной воды 2, находящийся над зарядом ВВ, может служить забойкой скважины.

Насадка 5 каркасного типа, выполненная из сетчатого материала, не препятствует истечению сыпучего ВВ под действием сжатого воздуха из зарядного шланга. С ее помощью в процессе заряжания скважин фиксируется постоянное положение торца зарядного шланга над поверхностью ВВ (h). Материал насадки должен быть устойчив к компонентам сыпучего ВВ. Равномерное перемещение зарядного и воздухоотводящего шлангов вверх от поступающих новых порций сыпучего ВВ через насадку на конце зарядного шланга уменьшает пыление и унос сыпучего ВВ из рукава, что улучшает санитарно-гигиенические условия работы. Предотвращение разрывов рукава и сохранение постоянного давления воздуха в рукаве за счет использования воздухоотводящего шланга с оптимально подобранным поперечным сечением обеспечивает формирование скважинного заряда ВВ без воздушных промежутков постоянной плотности по высоте колонки заряда.

Воздухоотводящие шланги 6 рекомендуется изготавливать из водостойких материалов, обладающих достаточной поперечной жесткостью для обеспечения постоянства проходного сечения при воздействии на него гидростатического давления скважинной воды. В то же время материал воздухоотводящего шланга должен обладать достаточной продольной гибкостью для обеспечения возможности наматывания его на барабан при извлечении из скважины. Материал воздухоотводящего шланга должен быть устойчив к компонентам сыпучего ВВ. Воздухоотводящий шланг должен иметь гладкую наружную поверхность для предотвращения разрывов рукавов в процессе заряжания скважин. В качестве материала воздухоотводящего шланга может использоваться армированная резина. Зарядный и воздухоотводящий шланги перед размещением их в рукава могут быть скреплены между собой хомутами различного типа, водостойкими резиновыми жгутами и т.п. устройствами.

Защитный контейнер 15 выполняется из водостойких материалов, например из дюралюминия, полиэтилена, углепластика и других, обладающих прочностью, жесткостью и толщиной стенок, достаточными для выполнения функции жесткого каркаса, защищающего гофрированный рукав от повреждения при опускании его с зарядным и воздухоотводящим шлангами до дна скважины. Материал защитного контейнера должен быть устойчив к компонентам сыпучего ВВ. Защитный контейнер должен иметь гладкую внутреннюю поверхность для предотвращения разрывов гофр рукава при опускании его в скважину и расправке гофр при подаче сыпучего ВВ в гофрированный рукав.

В качестве материала полимерного водонепроницаемого рукава 3 для всех вариантов заряжания может использоваться полиэтилен или полипропилен, или полиамид. Нижние торцы рукавов герметизируют любым известным способом (клипсование, сварка и др.).

Длина рукавов 3 и 9 для заряжания скважин по вариантам 1-3 берется больше глубины заряжаемых скважин.

Преимущество предлагаемого способа заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми взрывчатыми веществами и его вариантов:

- простота заряжания, возможность использования существующих пневмозарядных установок, смесительно-зарядных и зарядных машин для подачи ВВ в водонепроницаемый полимерный рукав сжатым воздухом или отработанными газами двигателя внутреннего сгорания этих машин, существующих зарядных шлангов;

- использование сыпучих неводоустойчивых ВВ любой плотности, в том числе с плотностью менее 1000 кг/м³ (по варианту 1 и 3);

- формирование скважинных зарядов ВВ в водонепроницаемых полимерных рукавах диаметром больше и меньше диаметра скважины;

- повышение экологической чистоты ведения взрывных работ за счет снижение пыления и выноса ВВ из скважины;

- снижение стоимости ведения буровзрывных работ.

Пример использования предлагаемого способа заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми взрывчатыми веществами (фиг.1).

В водонепроницаемый полимерный рукав диаметром 0,220 м вставляют зарядный шланг с насадкой и воздухоотводящий шланг. Нижний торец рукава герметизируют клипсованием и погружают через столб воды в скважину диаметром 0,180 м. Подачу ВВ - сыпучего неводоустойчивого гранулита ПФ с плотностью 980 кг/м³ ведут от забоя скважины в нерасправленный водонепроницаемый полимерный рукав отработанными газами двигателя внутреннего сгорания смесительно-зарядной машины. Загружаемый гранулит ПФ с отработанными газами расправляет рукав в радиальном и продольном направлениях и за счет бокового распора и сил трения прижимает стенки рукава к стенкам скважины, вытесняя скважинную воду вверх. Одновременно отработанные газы с избыточным давлением по воздухоотводящему шлангу стравливаются в атмосферу. Плотное прижатие рукава с зарядом ВВ к стенкам скважины препятствует его всплытию. По мере заряжания зарядный и воздухоотводящий шланги извлекаются из рукава, длина которого берется больше глубины заряжаемой скважины. Скважинная вода над сформированным в рукаве зарядом служит забойкой скважины. Установку средств инициирования и инициирование заряда ВВ производят принятым на карьере способом.

Заряжание скважин по вариантам 2 и 3 производится описанным выше способом с использованием водонепроницаемых полимерных рукавов диаметром меньше диаметра скважины, предварительно собранных вдоль оси рукава в соприкасающиеся между собой гофры с образованием канала для размещения в нем зарядного и воздухоотводящего шлангов.

Предлагаемый способ заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми ВВ и его варианты обеспечивают заявленный технический результат:

- расширение области использования неводоустойчивых ВВ любой плотности, в том числе с плотностью менее 1000 кг/м³ для формирования скважинного заряда в полимерном водонепроницаемом рукаве диаметром больше (вариант 1) или меньше (варианты 2, 3) диаметра скважины;

- снижение стоимости ведения буровзрывных работ за счет использования дешевых селитросодержащих ВВ, снижения трудозатрат и повышения производительности труда при заряжании скважин;

а для вариантов 2 и 3 дополнительно

- дополнительное снижение плотности заряжания за счет создания радиального зазора между зарядом ВВ в полимерном водонепроницаемом рукаве и стенками скважины, что обеспечивает щадящий эффект взрывания скважин.

Предлагаемый способ заряжания обводненных скважин неводоустойчивыми ВВ с плотностью больше и меньше 1000 кг/м³ был проверен на карьерах при заряжании обводненных скважин диаметром 120-250 мм. Дробление породы, проработка подошвы уступа, ширина развала породы при взрывах по всем вариантам - в пределах нормы. Отказов и неполной детонации зарядов ВВ не наблюдалось.

Источники информации

1. А.С. СССР №1331164.

2. А.С. СССР №1693316.

3. А.С. СССР №402659.

4. А.С. СССР №735772.

5. Патент РФ №2644881.

6. Патент РФ №2097678.

7. Патент РФ №2130584.

8. Патент РФ №2104473.

9. Патент РФ №2111450.

10. Патент РФ №2068957.

11. Патент США №3696703.

12. А.С. СССР №1630440.

13. Патент РФ №2232372.

14. Патент РФ №2088893.

15. Патент РФ №2130584.

1. Способ заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми взрывчатыми веществами, включающий погружение в скважину полимерного водонепроницаемого рукава с размещенным внутри него зарядным шлангом и механизированную подачу по нему взрывчатого вещества сжатым воздухом, отличающийся тем, что заряжание скважин производят от забоя скважины по зарядному шлангу с насадкой, фиксирующей положение его торца от поверхности ВВ, установленному совместно с воздухоотводящим шлангом внутри герметичного водонепроницаемого полимерного рукава диаметром больше диаметра скважины.

2. Способ заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми взрывчатыми веществами, включающий погружение в скважину полимерного водонепроницаемого рукава с размещенным внутри него зарядным шлангом и механизированную подачу по нему взрывчатого вещества сжатым воздухом, отличающийся тем, что заряжание скважин производят от забоя скважины по зарядному шлангу с насадкой, фиксирующей положение его торца от поверхности ВВ, установленному совместно с воздухоотводящим шлангом внутри водонепроницаемого полимерного рукава диаметром меньше диаметра скважины, собранного вдоль его оси в соприкасающиеся между собой гофры с центральным каналом и помещенного в защитный контейнер, верхний торец гофрированного рукава и защитный контейнер герметично закрепляют на зарядном и воздухоотводящем шлангах, а нижний торец гофрированного рукава герметизируют.

3. Способ заряжания обводненных скважин сыпучими неводоустойчивыми взрывчатыми веществами, включающий погружение в скважину полимерного водонепроницаемого рукава с размещенным внутри него зарядным шлангом и механизированную подачу по нему взрывчатого вещества сжатым воздухом, отличающийся тем, что заряжание скважин производят от забоя скважины по зарядному шлангу с насадкой, фиксирующей положение его торца от поверхности ВВ, установленному совместно с воздухоотводящим шлангом внутри водонепроницаемого полимерного рукава диаметром меньше диаметра скважины, собранного вдоль его оси в соприкасающиеся между собой гофры с центральным каналом и помещенного в защитный контейнер, верхний торец гофрированного рукава и защитный контейнер герметично закрепляют на зарядном и воздухоотводящем шлангах; нижний торец гофрированного рукава дополнительно оснащают стопорным механизмом распорного типа и герметизируют; при этом в качестве неводоустойчивого взрывчатого вещества используют сыпучее неводоустойчивое взрывчатое вещество с плотностью менее 1000 кг/м³.