Способ заряжания наклонных скважин

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке полезных ископаемых для заоткоски уступов на карьерах и в гидростроительстве. Способ заряжания наклонных скважин зарядом с диаметром меньшим, чем диаметр пробуренной скважины, включает бурение скважины, спуск в скважину до ее забоя заглушенной с одного конца водонепроницаемой оболочки из эластичного материала и последующую подачу внутрь оболочки эмульсионного ВВ. Водонепроницаемую оболочку выполняют гофрированной и ее незаглушенный конец закрепляют на зарядном шланге зарядной машины. Спуск в скважину водонепроницаемой оболочки производят на всю глубину совместно с зарядным шлангом на всю глубину, который затем извлекают из скважины со скоростью, согласованной со скоростью заполнения водонепроницаемой оболочки эмульсионным ВВ. Диаметр заряда, помещенного в водонепроницаемую оболочку, превышает, как минимум в два раза, критический диаметр детонации, d^н _кр, ЭВВ, находящегося в слое на забое скважины, при этом критический диаметр детонации ЭВВ в слое, находящемся на забое скважины, определяют по формуле: d^н _кр=5,18+ехр[-46,051+52,235ρ^н _отн], мм, где d^н _кр - критический диаметр детонации слоя ЭВВ, находящегося на глубине Н скважины; ρ^н _отн - относительная плотность слоя ЭВВ на глубине Н метров. Изобретение позволяет повысить производительность при проведении буровзрывных работ на карьере. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при открытой разработке полезных ископаемых для заоткоски уступов на карьерах и в гидростроительстве.

Известен способ заряжания обводненных нисходящих скважин водосодержащими взрывчатыми веществами (ВСВВ), согласно которому в скважине размещают водонепроницаемый гибкий рукав с заглушенным нижним концом. После размещения в скважине рукав 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 ВСВВ используют смесь компонентов с введенной в нее в процессе заряжания химически активной газогенерирующей добавкой. При подаче в рукав эта смесь имеет плотность больше плотности скважинной воды, а плотность готового ВСВВ после завершения химической реакции газогенерирующей добавки с, по крайней мере, одним из компонентов ВСВВ меньше плотности скважинной воды (см. патент РФ №2088893, М. кл. F42D 1/00, 1997).

Недостатком этого способа является недостаточный уровень надежности формирования заряда.

Известен способ формирования шланговых контурных зарядов из водосодержащих взрывчатых веществ, заключающийся в бурении скважины диаметром, превышающим диаметр заряда, спуск в скважину до ее забоя водонепроницаемой оболочки из эластичного материала и последующую подачу внутрь оболочки смесевого ВВ (см. патент РФ №2097680, М. кл. F42D 3/04, 1997).

Недостатком этого способа является возможность перекручивания водонепроницаемой оболочки при спуске ее в скважину, а также возможность ее смятия под действием давления воды, которая может быть в скважине, что оказывает негативное влияние на надежность формирования заряда эмульсионных ВВ.

Изобретение решает задачу повышения надежности формирования заряда эмульсионного ВВ, помещаемого в гибкую водонепроницаемую оболочку.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении уровня промышленной безопасности и производительности при проведении буровзрывных работ на карьере.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе заряжания наклонных скважин зарядом с диаметром меньшим, чем диаметр пробуренной скважины, включающем бурение скважины, спуск в скважину до ее забоя заглушенной с одного конца водонепроницаемой оболочки из эластичного материала и последующую подачу внутрь оболочки эмульсионного ВВ, водонепроницаемую оболочку выполняют гофрированной и ее незаглушенный конец закрепляют на зарядном шланге зарядной машины, спуск в скважину водонепроницаемой оболочки в собранном виде производят на всю глубину совместно с зарядным шлангом, который затем извлекают из скважины со скоростью, согласованной со скоростью заполнения водонепроницаемой оболочки эмульсионным ВВ.

Кроме того, тем, что диаметр заряда, помещенного в водонепроницаемую оболочку, превышает, как минимум в два раза, критический диаметр детонации ЭВВ, находящегося в слое на глубине Н скважины, при этом критический диаметр детонации ЭВВ, находящегося в слое на глубине Н, d^н _кр скважины определяют по экспериментально полученной зависимости:

d^н _кр=5,18+exp[-46,051+52,235ρ^н _отн], мм,

где d^н _кр - критический диаметр детонации ЭВВ в слое, находящемся на забое скважины;

ρ^н _отн - относительная плотность слоя ЭВВ на глубине Н метров.

В указанную совокупность включены признаки, каждый из которых необходим, а все вместе достаточны для достижения заявленного технического результата во всех случаях использования изобретения, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Способ осуществляется следующим образом. Обуривание уступа карьера производят скважинами одного диаметра. Отбойные скважины заряжают на полную глубину эмульсионным ВВ с помощью смесевой зарядной машины (СЗМ). Бурение контурных скважин производят под углом к горизонту, например, параллельно борту уступа. Для заряжания контурных скважин используют заряды уменьшенного веса, что позволяет повысить устойчивость бортов уступов, поставленных в конечное положение, за счет снижения передачи энергии взрыва в массив. В предлагаемом способе заряжания при использовании эмульсионного ВВ и СЗМ уменьшение веса заряда достигается за счет уменьшения диаметра заряда.

В этом случае формирование заряда осуществляют с использованием водонепроницаемой оболочки из эластичного материала, например тканевого рукава или рукава из цельнотянутой многослойной полимерной, типа полиамид-полиэтилен, пленки. Указанный рукав в виде гофрированной оболочки, имеющей в развернутом виде длину не менее глубины заряжаемой скважины, надевают на зарядный шланг СЗМ и закрепляют на шланге верхний конец оболочки. Нижний конец оболочки заглушают и в таком виде зарядный шланг подают на забой скважины на всю ее глубину. Поскольку гофрированная оболочка, закрепленная на зарядном шланге СЗМ, значительно увеличивает наружный диаметр зарядного шланга, необходимым условием беспрепятственного спуска шланга на забой скважины является превышение диаметра пробуренной скважины по отношению к диаметру заряда не менее чем в два раза.

После достижения концом зарядного шланга забоя скважины производят подачу эмульсионного ВВ внутрь оболочки, которая при заполнении расширяется. Одновременно с заполнением оболочки производят подъем шланга путем его наматывания на барабан СЗМ. Предпочтительно при этом выдерживать скорость подъема согласованной со скоростью заполнения оболочки. Это обеспечивает равномерное заполнение оболочки эмульсионным ВВ, отсутствие пережимов и перегибов оболочки в скважине. После заполнения оболочки эмульсионным ВВ в необходимом количестве и подъема зарядного шланга из скважины закрепленный конец оболочки снимают со шланга и заглушают его.

Описанный способ заряжания позволяет механизировать процесс заряжания скважин одного диаметра зарядами эмульсионного ВВ различного веса с использованием одного и того же оборудования.

Для исключения отказов при проведении взрывов зарядов уменьшенного диаметра, а также для обеспечения максимального энерговыделения при взрыве заряда необходимо соблюдать условие:

d_зар>2d_кр,

где: d_зар - диаметр заряда ЭВВ,

d_кр - критический диаметр детонации ЭВВ.

Эмульсионное ВВ состоит из аммиачной или натриевой селитры, воды, нефтепродукта, эмульгатора, технологических добавок и сенсибилизатора (газогенерирующей добавки) и представляет собой обратную эмульсию высококонцентрированного раствора окислителя в нефтепродукте. Допускаемая плотность эмульсионного ВВ, при которой обеспечивается стационарная детонация шлангового заряда конкретного диаметра, зависит от глубины скважины, угла ее наклона и относительной плотности (пористости) эмульсионного ВВ.

Критический диаметр детонации зависит от относительной плотности эмульсионного ВВ (ρ_отн), которая в свою очередь зависит от гидростатического давления, т.е. от расстояния (Н) от забоя скважины до дневной поверхности.

С учетом вышесказанного необходимо провести проверку возможности применения на конкретных скважинах заряда конкретного эмульсионного ВВ.

С этой целью первоначально определяют максимальную возможную плотность ВВ конкретного химического состава, т.е. удельный вес (ρ_max). Затем задается значение начальной плотности эмульсионного ВВ, т.е. плотность ЭВВ при атмосферном давлении (ρ⁰). После этого рассчитывается начальная относительная плотность эмульсионного ВВ

(ρ⁰ _отн=ρ⁰/ρ_max)

С учетом угла наклона скважины рассчитывается значение относительной плотности эмульсионного ВВ на глубине Н, м (ρ^н _отн):

ρ^н _отн=ρ⁰ _отнH^{0,25642(1-ρотн)}

Используя полученное значение ρ^н _отн, рассчитывают величину критического диаметра детонации d^н _кр, мм, эмульсионного ВВ, находящегося на забое скважины, по экспериментально установленной формуле:

С учетом полученной величины d^н _кр выбирают диаметр шлангового заряда, который должен соответствовать вышеприведенным условиям. Если возникает необходимость в изменении диаметра заряда, расчет повторяется для другого значения ρ⁰.

В случае, если скважина является обводненной и угол ее наклона превышает 45°, необходимо, чтобы средняя плотность заряда превышала плотность воды для исключения всплытия заряда.

Пример.

Эмульсионное ВВ представляет собой сенсибилизированную газовыми пузырьками обратную эмульсию типа «вода в масле» при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

аммиачная селитра	- 79
вода	- 15
минеральное масло	- 5,3
эмульгатор	- 0,7

Максимальная плотность такого эмульсионного ВВ ρ_max=1,35_г/см ³

Условия применения шлангового заряда:

- диаметр скважины 215 мм;

- длина скважины 28 м;

- угол наклона скважины 45°;

- глубина скважины Н=28 Sin 45°=20 м

Используя выше приведенные данные, произведем расчет по формуле (1) при нескольких значениях начальной плотности ρ⁰, данные сведем в таблицу №1

Параметры	Значения
ρmax, г/см3	1,35
Н, м	20
ρ0, г/см3	1,10	1,15	1,20
ρ0 отн, г/см3	0,815	0,852	0,889
ρ20 отн, г/см3,	0,940	0,954	0,972
d20 кр, мм	26	49	117
dшланга, мм	50	100	250

Как следует из расчета, для беспрепятственного введения гофрированной оболочки шлангового заряда в скважину диаметром 215 мм и эффективного его взрывания начальная плотность ρ⁰ не должна превышать 1,15 г/см³. В этом случае наружный диаметр шланга не должен быть менее 100 мм с учетом требуемого уровня энергосодержания, а диаметр шлангового заряда не должен быть больше 0,5 от диаметра скважины - 107 мм.

1. Способ заряжания наклонных скважин зарядом с диаметром меньшим, чем диаметр пробуренной скважины, включающий бурение скважины, спуск в скважину до ее забоя заглушенной с одного конца водонепроницаемой оболочки из эластичного материала и последующую подачу внутрь оболочки эмульсионного ВВ, отличающийся тем, что водонепроницаемую оболочку выполняют гофрированной и ее незаглушенный конец закрепляют на зарядном шланге зарядной машины, а спуск в скважину водонепроницаемой оболочки в собранном виде производят на всю глубину совместно с зарядным шлангом, который затем извлекают из скважины со скоростью, согласованной со скоростью заполнения водонепроницаемой оболочки эмульсионным ВВ.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр заряда, помещенного в водонепроницаемую оболочку, превышает, как минимум в два раза, критический диаметр детонации, d^н _кр, ЭВВ, находящегося в слое на забое скважины, при этом критический диаметр детонации ЭВВ в слое, находящемся на забое скважины определяют по формуле

d^н _кр=5,18+ехр[-46,051+52,235ρ^н _отн], мм,

где d^н _кр - критический диаметр детонации слоя ЭВВ, находящегося на глубине Н скважины;

ρ^н _отн - относительная плотность слоя ЭВВ на глубине Н метров.