Гидроигла для бурения и оттаивания мерзлых пород

 

Союз Советсиии

Соцнаянстнчесинк

Респубянн

О П И С А Н И Е „„сщ)1

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22;Заявлено 24-11.80 (21) 3006752/29-08 (51 }Щ (д с присоединением заявки,%

Е 02 F 5/30

1йтеуаерстекнный квинтет

СССР ао делам изобретений и открытий (23) Приоритет. Опубликовано 15.04.82. Бюллетень № 14 (53}УДК 624..139.68

= — (-oaa.в) Дата опубликования описания 17.04 8 " (72) Авторы изобретения

В. Г. Гольдтман, Н. Д. Крыщенко и И. П. Кордюков

Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революций и ордена Трудового Красного Знамени горный институт им. Г. В.. Плеханова (71) Заявитель (54) ГИДРОИГЛА ДЛЯ БУРЕНИЯ И ОТТАИВАНИЯ

МЕРЗЛЫХ ПОРОД

Изобретение относится к устройствам, применяемым в горном деле и строительстве для гидравлического оттаивания многолетнемерзлых горных пород восходящей фильтрацией воды, нагнетаемой че рез гидроиглы, и может быть использовано на горнодобываюших предприятиях в Магаданской области и Якутской АССР при разработке россыпных месторождений золота или касситерита, или на нулевом цикле при строительстве.

Известны гидроиглы для бурения скважин и последуташего нагнетания через оставленный в скважине буровой снаряд воды на период процесса оттаивания окружающих горных пород, которые совмещают в себе качества бурового снаряда и эксплуатационной трубы. На одном по.лигоне для подготовки к разработке драгой действуют одновременно тысячи гндроигл Г1Э

Недостатком известных гидроигл является то, что отверстия для входа всади имеются у ннх только в буровом наконечнике, в его торцовой части, что время операции бурения полезно для промывки забоя. Однако во время последующего продолжительного периода оттаивания нагнетанием воды-теплоносителя в

5 горные породы уменьшается расход потока воды и замедляется процесс оттаивания, так как в торце бурового наконечника отверстия имеют недостаточное по10 . перечное сечение, упираются в забой и засоряются заклинивающимися обломками или взвешенными предметами из воды.

Наиболее близкой к изобретению является гидроигла для бурения и оттаива15 ния мерзлых пород, включающая буровую трубу с коаксиально установление и с возможностью принудительного вертикального. смешения внутренней трубкой и фильтрационными отверстиями и буровую коронку со сквозными каналами и хвосто-виком, вмонтированным в буровую трубу.

Буровая труба состоит из внутренней трубки, которая служит каналом подачи промывочной жидкости к буровой коронке

3 Г1201 во время бур>цпяи наружной трубки, защттщаютпей внутреннюю эксплуатационную трубку и фильтрационные отверстия от повреждений снаружи неустойчивыми горными породами. Поспе бурения освобождают наружную и внутреннюю трубки от кулачковых зацеплений с внутренней трубкой и буровой коронкой путем поворотов снаряда с буровой трубы, причем используется сила сопротивления горных I0 пород повороту и подъему буровой коронки. Затем буровой снаряд поднимают настолько, чтобы наружная и тнутренняя трубы открыли внутреннюю трубку с фильтрационнътми отверстиями Г2 т . т5

Недостатком этой гидроиглы является необходимость в трех коаксиальных трубах в процессе бурения снарядом, что увеличивает минимально допустимый циа20 метр скважины, увеличивает массу снаряда, снижает допустимый по условиям прочности внутренний диаметр трубы, проводящей воду. Это ограничивает расход потока воды и скорость оттаивания этой водой горных пород, а также уменьшает достижимую скорость бурения при наиболее г производительном на россыпных месгорождениях вибрационно-вращательном способе.

Кроме того, исключена возможность исполь30 зования этой гидроиглы для оттаивания размягчаюшихся горных пород, превращающихся в грунтовую массу, а также подземного льда, так как буровая коронка в этих случаях не испытывает достаточного сопротивления вращению и перемещению при расцеплении кулачковых соединений коаксиальных труб и открываний фильтрационных отверстий.

Цель изобретения — повышение производительности и упрощение конструкции гидр о иглы.

Указанная пель достигается тем, что фильтрационные отверстия вьптлонены на нижнем участке буровой трубы, расположенном над хвостовиком буровой коронки, 5 а внутренняя трубка выполнена из перекрывающей фильтрационные отверстия и расположенной с возможностью фрикционного контакта с буровой трубой плоской спиральной пружины с внутренним зацепным концом. При этом буровая труба имеет внутренние упоры, образующие с хвостовиком буровой коронки торцовые ограничители вертикального смещения спиральной пружины. 55

Для прочности буровой трубы фильтрационные отверстия расположены по винтовой линии.

6 т1Л ф111 . 1 И,тоб, ттЖС)ITT Гтт>>!р>>1!гла в Tlf>o> цес1-.е бурения скважиттьт; тта фиг. " — To же, в процет,.се оттаивания мерзл>>го грунта; на фиг. 3 — спттральтт:>я пружина, попер> чно сечение.

Гидроттгла включает буровую трубу 1 с фильтрационными отверстиями 2, буровую коронку 3 со сквозными каналами 4 и хвостовиком 6 и плоскую спиральную пружину 6 с фигурным зацегпптм концом

7. Длина пружтпгы 6 равна или больше длины участка 8 с фильтрационными отверстиями 2 буровой трубы 1. Последняя имеет внутренние упоры D, ограничивающие верхнее смещение пружины G.

Гидроигла действует следующим образомм.

Буровым станком, например, вибровра— щательного действия с подачей водьь через буровую коронку 3 со сквозными каналами 4 для промывки забоя и попутного оттаивания разрушаемой зоны, образуют в мерзлых горных породах скважину, глубина которой равна необходимой глубине последующего оттаивания. В процессе виброврашательного бурения импульс сил, направленных на забой, превышате силу трения пружины 6 о внутреннюю стенку трубы 1 и перемешает пружину 6 в крайьнее нижнее положение до упра в хвостовик 5 буровой коронки 3, сохраняя ее в этом положении, при котором фильтрационные отверстия 2 перекрыты изнутри, а подаваемая вода выходит только через каналы 4 в буровой коронке 3 на забой образуемой скважины, обеспечивая ускоренное разрушенце мерзлых горных пород и промывку.

По окончании процесса бурения в гидроиглу опускают на канатике подъемник до упора в хвостовик 5 буровой коронки

3 и осевым поворотом подъемника соединяют его крючок с зацепным концом 7.

Затем натяжением канатика перелтещают пружину 6 в верхнее положение и обратным осевым поворотом отцепляют подъемник, который затем извлекают и;т гидроиглы на поверхность. После этой операции фильтрационные отверстия остаются открытыми для выхода воды, а пружина

6 удерживается силой трения о внутреннюю поверхность трубы 1 в верхнем положении. Эта сила трения превосходит усилия, воздействующие на пружину 6 от потоКа воды, чем исключается ос евт>е перемещение пружины 6 в нижне положение.

В течение всего послелуют1тег > ттерттг

Да ОттаИВаНИЯ ГOPHbIX ITOP".II 11ДРОИГЛт>Й

920126 вода из нее выходит через фильтрапионные отверстия 2 независимо от состояния легко засоряющихся и забиваючпися каналов 4 буровой коронки 3, через ксъторые вода может выходить дополнитель- 5 но. Период оттаивания продолжается обычно более 10 сут, т.е. до тех пор, пока образовавшаяся талая зона в горных породах сомкнется с талыми зонами, образуемыми смежными гидроиглами.

После этого гидроиглу извлекают и используют на новой очередной точке бурения. В начале бурения пружина 6 под воздействием возникающего импульса силы, подаваемого гидроигле, например вибратором бурового станка, смещается в трубе 1 в свое нижнее положение и перекрывает фильтрационные отверстия 2 и т. д. При этом вода поступает вновь только через каналы 4 в буровой корон- 20 ке 3 на промывку скважины, удаляя продукты разрушения, до окончания пропесса бурения. Гидроигла используется многократно.

Технико-экономические преимущества гидроиглы, выполненной согласно изобре тению, проявляются наиболее существенно при сравнении эффекта ее использования на полигонах разработки мерзлых россыпньс. месторождений золота, где одновре 30 менно в действии находятся тысячи гидро игл.

Гидроигла увеличивает расход воды через нее, что сокращает продолжитель35 ность и энергоемкость нагнетания воды в мерзлые породы, ускоряет оттаивание.

Исключаются также случаи засорения гидроиглы, тлекущие за собой сохранение мерзлых участков, из которых не извле40 кается полезное ископаемое, с потерей замороженных труб.

Эффективна гидроигла и в случаях оттаивания илисто-глинистых горных пород с включениями подземного льда.

Формула изобретения

1. Гидроигла для бурения и оттаивания мерзльж пород, включающая буровую трубу с коаксиально установленной с возможностью принудительного вертикального смешения внутренней трубкой и фильтрапионными отверстиями и буровую коронку со сквозными каналами и хвостовиком, вмонтированным в буровую трубу о т л и ч а ю ш а я с я тем, что, с целью повышения производительности и упрощения конструкпии, фильтрапионные отверстия выполнены на нижнем участке буровой трубы, расположенном над хвостовиком буровой коронки, а внутренняя трубка выполнена из перекрывающей фильтрационные отверстия и расположенной с возможностью фрикпионного контакта с буровой трубой плоской спиральной пружины с внутренним зацепным концом, при этом буровая труба имеет внутренние упоры, образующие с хвостовиком буровой коронки торповые ограничители вертикального смещения спиральной пружиж4.

2, J идроигла по п. 1, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что фильтрационные отверстия расположены по винтовой линии.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 110702, кл. Е 02 F 5/30.

2. Авторское свидетельство СССР

N 237076, кл. Е 21 В 7/00, 1961 (прототи ) .

020126

Составитель H. Лихоперский

Редактор Л. Алексеенко Техред M.Teaep Корректор Н. Стен

Заказ 2280/26 Тираж 71 1 Подписное

ВНИИПИ Государствентито комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул Проектная, 4