Способ осушения и заряжания скважин

 

Использование: ведение взрывных работ скважинными зарядами при открытой разработке полезных ископаемых. Сущность изобретения: в обводненную скважину опускают до ее забоя 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 неводоустойчивым взрывчатым веществом в режиме заряжания сухих скважин. Техническим результатом данного изобретения является повышение эффективности осушения и заряжания скважин. 8 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для ведения взрывных работ скважинными зарядами при открытой разработке полезных ископаемых.

Наибольшее количество способов осушения скважин перед их заряжанием основано на вытеснении воды газами [1], однако из-за несовершенства технических решений известные способы не получили промышленного применения.

Известно осушение скважин с одновременным их заряжанием пневматической подачей в скважину гранулированного BB опусканием в скважину с водой до ее забоя зарядного шланга с насадкой. При подаче в скважину сжатого воздуха под давлением больше давления столба воды в скважине воду вытесняют через зазор между насадкой и стенками скважины, при этом, по описанию патента, создается воздушная полость, в которую по тому же зарядному шлангу и с тем же давлением воздуха подают гранулированное BB, по мере заряжания поднимая шланг, постоянно поддерживая воздушную полость между формируемым зарядом BB и насадкой за счет отработанного воздуха, подающего ВВ. По окончании заряжания вытесненный столб воды служит забойкой [2].

Недостатки прототипа: при подаче сжатого воздуха в трубу под водой происходит барботаж - каскад пузырей воздуха, поднимающихся вверх, создавая "кипящий" режим. Давление воздуха в пузырьках выравнивается с давлением окружающей среды за счет расширения пузырьков. При этом воздушная полость, свободная от воды, не будет создана. В результате при подаче по зарядному шлангу гранулированного BB будет реализован известный режим заряжения "под столб воды", допустимый только для заряжания водоустойчивых эмульсионных и горячельющихся ВВ.

Известен эрлифт для подачи сжатым воздухом нефти и воды из буровых скважин. При этом из скважин поднимается водовоздушная смесь в виде сплошного потока. Создание на пути этого потока каких-либо препятствий с зазорами ("щель между насадкой и стенками скважины" - по описанию патента) приведет лишь к сепарации - разделению воды и воздуха с подъемом последнего вверх. Способ неработоспособен. Кроме того, если бы и удалось, вопреки изложенному, зарядить известным способом скважину с проточной водой неводоустойчивым BB, аммиачная селитра в скважинном заряде будет растворена. Утверждение, что "в порах BB воздух под давлением, превышающим давление грунтовых вод, не позволит (? ) воде проникнуть внутрь пор" несостоятельно, так как проточная вода контактирует не с "порами", а твердым телом - гранулами аммиачной селитры, быстро растворяя их, а воздух, содержащийся в пространстве между гранулами, после их растворения поднимется пузырьками вверх.

Целью изобретения является устранение изложенных недостатков.

Для достижения поставленной цели в вертикальную скважину опускают разъемный цилиндр из прочного нерастягивающегося материала, на торце которого закреплен диск с лепестками из упругоэластичной резины, размещенными по периметру диска. Концы резиновых лепестков касаются стенок скважины, между лепестками щели, пропускающие вытесняемую из скважины воду.

Внутри цилиндра - рукав из полимерной пленки, обычно применяемый для гидроизоляции скважинных зарядов из неводоустойчивых BB, с известными параметрами - толщина пленки 180 - 200 мкм, диаметр рукава на 3 - 5% больше диаметра скважины. Рукав надет на зарядный шланг, отличающийся от общепринятого продольными прорезями около торца шланга - для подачи сжатого воздуха в рукав.

Всю конструкцию опускают в скважину до упора о забой, после чего в шланг подают сжатый воздух под давлением, превышающим давление столба воды в скважине. Рукав, прижатый зарядным шлангом к забою скважины, расширяется на все сечение скважины, вытесняя воду вверх через щели между резиновыми лепестками, размещенными по периметру горизонтального диска, низ диска закрыт пленкой рукава. Сочетание горизонтального диска с пленкой рукава образует узел вытеснения воды.

Цилиндр с узлом вытеснения воды на его конце в процессе осушения скважины непрерывно поднимают вверх, а рукав из полимерной пленки, прижатый зарядным шлангом к забою скважины, продолжает наполняться воздухом, прижатый давлением воздуха к стенкам скважины на все большей ее высоте, вытесняя воду снизу вверх до самого устья скважины.

При подъеме устройства цилиндр клиновым узлом раскрывают в месте соединения его кромок продольной застежкой-молнией из системы крючков и петель или продольной полосой липкого слоя, преобразуя цилиндр в ленту, наматываемую лебедкой на барабан. При опускании устройства в скважину для ее осушения ленту, сматываемую с барабана, протягивают через зазор между формообразующей поверхностью и прижимными роликами для преобразования ленты в цилиндр путем закрепления краев ленты, уложенных внахлест, липким слоем или полосами из крючков и петель.

Схема способа представлена на фиг. 1 - 8 чертежа: фиг. 1 - общий вид схемы способа, фиг. 2 - схема узла вытеснения воды из скважины, фиг. 3 - схема узла вытеснения в горизонтальной проекции, фиг. 4 и 5 - схема быстросъемного соединения узла вытеснения воды с цилиндром; фиг. 6 - схема преобразования ленты цилиндр при его опускании в скважину для ее осушения, фиг. 7 - схема преобразования цилиндра в ленту, сматываемую далее на барабан при подъеме цилиндра в процессе осушения скважины и после окончания этого процесса, фиг. 8 - схема разъединения краев цилиндра для его преобразования в ленту при движении цилиндра на клин, раздвигающий края цилиндра, скрепляемые полосами липкого слоя или продольной застежкой -молнией из крючков и петель.

На чертеже приняты следующие обозначения: 1 - скважина, 2 - зарядный шланг, 3 - рукав из полимерной пленки, 4 - патрубок для размещения гофрированного рукава 3, 5 - лента для разъемного цилиндра, 6 - формообразующий узел из конуса и цилиндра для преобразования ленты 5 в цилиндр, 7 - прижимные ролики: периферийные - для сближения краев ленты 5 и размещения их внахлест, центральный ролик по оси цилиндра - прижимной для полного контакта краев ленты 5 с образованием цилиндра 8, скрепленного застежкой - "молнией" 9 или полосой липкого слоя; 10 - щелевые прорези у конца зарядного шланга вблизи забоя скважины; 11 - диск с уголками жесткости 12, лепестками из упругоэластичной резины 13, 14 - уплотняющий манжет для обжатия шланга 2 с пленкой рукава 3 на его поверхности; 15 и 16 - быстросъемное соединение узла вытеснения воды с цилиндром 8, 17 - уплотняющие ролики с гуммированной поверхностью - взамен прижимного манжета 14, оси роликов закреплены на внутренней поверхности цилиндра 8., 18 - клин, раскрывающий соединение краев цилиндра, скрепленных застежкой или полосой липкого слоя при подъеме устройства, выдвигаемого из скважины, с преобразованием цилиндра в ленту, наматываемую на барабан.

Подготовка оснастки к осушению скважин: лента 5, свернутая на барабане в рулон, оканчивается коротким цилиндром с закрепленным на его торце узлом для вытеснения воды - см. фиг. 2, 3 или 4, 5, периодически снимаемым лишь для профилактического осмотра и чистки.

Перед началом работы часть ленты 5 сматывают с барабана, цилиндрическую часть на конце ленты с диском 11 на конце цилиндра надевают вручную на цилиндрический патрубок, которым оканчивается формообразующий конус 6 (фиг. 1 и 8), прижимные ролики 7, установленные на откидных опорах, устанавливают в рабочее положение прижима краев ленты 5 к формообразующему конусу 6, перед конусом 6 устанавливают патрубок 4 с гофрированным рукавом 3 из полимерной пленки на его поверхности, через патрубок 4 протягивают зарядный шланг 2 с выводом конца штанга 2, окруженного рукавом 3, из узла вытеснения воды (фиг. 2. 4), состоящего из диска 11 с резиновыми лепестками 13 по периметру диска. Шланг 2 с рукавом 3 выступает за пределы диска 11 на расстояние в пределах 100 - 150 мм. При опускании в скважину до ее забоя такое ограничение первоначального положения шланга позволит исключить прорывы и повреждения рукава 3 на конце шланга 2, т.к. диск 11 с лепестками 13 не допустит касания концом шланга с рукавом стенок скважины.

Вручную продвигают ленту 5 в зазор между поверхностью конуса 6 и роликами 7, проверяя надежность закрепления краев ленты крючками и петлями застежки-"молнии" или клейкой полосы, после чего включают привод барабана, разматывающего ленту 5, преобразуя ленты 5 в цилиндр 8 с синхронным опусканием цилиндра 8 до упора шланга 2, вступающего за пределы диска 11 на 100 - 150 мм, о забой скважины, после чего в шланг 2 подают сжатый воздух под давлением, превышающим давление столба воды в скважине.

Сжатый воздух, выходящий из прорезей 10 в рукаве 2, раздувает рукав 3, прижимая его к стенкам скважины и вытесняя из скважины воду через щели между резиновыми лепестками 13. После полного вытеснения воды, находящейся между горизонтальным диском 11 и забоем скважины, пленка рукава 3 будет прижата к нижней поверхности диска 11 с лепестками 13, служащими опорной для пленки рукава 13, так же как и стенки скважины служат опорой, не допуская разрыва полимерной пленки.

Цилиндр 8 с диском 11 и лепестками 13 поднимают при продолжающейся подаче сжатого воздуха, продолжая прижимать рукава 3 шлангом 2 к забою скважины и вытесняя воду с подъемом ее столба за пределы устья скважины.

При подъеме цилиндра 8 в процессе осушения скважины формообразующий узел с конусом 6 переводят в режим преобразования цилиндра 8 в ленту 5, для чего прижимные ролики 7 (фиг. 6) с их откидными опорами разводят в сторону от конуса 6, и в месте перехода цилиндрического патрубка в конус (фиг. 8) устанавливают клин 18, разъединяющий кромки, скрепленные липким слоем или застежкой-молнией с преобразованием цилиндра 8 в ленту 5, наматываемую на барабан с приводом. Под действием намотки ленты и осуществляют подъем устройства из скважины.

В устье скважины после ее осушения вставляют кольцо для закрепления верхней части рукава и заряжают скважину неводоустойчивым BB в режиме заряжания сухих скважин. Промежуточные детонаторы размещают у забоя и около устья скважины, причем в качестве таковых можно применить патроны аммонита N 6ЖВ, так как скважинный заряд, промежуточные детонаторы и средства инициирования надежно защищены от проникновения воды.

Производят забойку, монтируют взрывную цепь и взрывную известным образом.

Применяемое оборудование может быть установлено в кузове бортовой автомашины и перевозится в ней к скважинам. Барабан для намотки зарядного шланга 2 и ленты 5 с приводами размещают в кузове стационарно, а патрубок 4 и конус 6 с роликами 7 и опорами роликов, которые должны быть при их применении в вертикальном положении, должны быть смонтированы с возможностью выдвижения из машины с установкой над скважиной в вертикальном положении.

Простота применяемого оборудования позволяет его изготовление силами собственных мастерских горного предприятия, что облегчает промышленное применение способа.

Источник информации: 1. Шевкун Е.Б. Управление действием взрыва скважинных зарядов. М.: Недра, 1992. - С. 181. С. 133 - 171. Глава 5. Особенности управления действием взрыва в обводненных горных массивах.

2. Пат. РФ N 2044881, E 21 C 37/00, з-ка 93005474/03.

Формула изобретения

Способ осушения и заряжания скважин неводоустойчивым взрывчатым веществом, включающий вытеснение воды из скважины сжатым воздухом с последующим заряжанием скважины взрывчатым веществом, забойкой и монтажем взрывной сети, отличающийся тем, что в скважину до ее забоя опускают зарядный шланг с рукавом из пленочного материала в окружении разъемного цилиндра, выполненного из прочного нерастягивающегося материала, прижимают шлангом торец рукава к забою скважины, в шланг подают сжатый воздух, выходящий из продольных прорезей у конца шланга, при этом часть рукава вместе со шлангом выступает из разъемного цилиндра, расширяется, заполняя скважину на все сечение и вытесняя воду вверх через щели между резиновыми лепестками, размещенными по периметру горизонтального диска, закрепленного на торце разъемного цилиндра, и ограничивающего расширение рукава по высоте скважины расстоянием между горизонтальным диском с резиновыми лепестками по его периметру и забоем скважины, которое в процессе осушения скважины непрерывно изменяется, увеличиваясь пропорционально подъему разъемного цилиндра, с помощью горизонтального диска, продвигающего вытесняемый из скважины столб воды до устья скважины и ее полного удаления, при этом синхронно с подъемом цилиндра вверх по мере осушения скважины цилиндр, протягиваемый навстречу клину, разъединяющего края цилиндра, скрепляемые застежкой-молнией из крючков и петель, или полосой липкого слоя, преобразуется в ленту, наматываемую на барабан с приводом, а при опускании узла осушения в обводненную скважину ленту сматывают с барабана, направляя на формообразующий конус с прижимными роликами, преобразуя ленту в цилиндр, края которого по образующей скрепляют застежкой-молнией или полосой липкого слоя, и после упора рукава со шлангом о забой скважины процесс осушения скважины повторяется в следующей скважине, после окончания которого герметизирующий рукав закрепляют воронкой, вставляемой в устье скважины, скважину заряжают взрывчатым веществом в режиме заряжания сухих скважин.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8