Что такое компенсационная скважина

Обновлено: 07.07.2024

Что такое водяная скважина: устройство и конструктивные особенности

Водяная скважина – это гидротехническое сооружение, предназначенное для автономного снабжения водой. Для частного домовладения наличие собственного источника воды позволяет обустроить на участке все блага цивилизации. От канализации и душа, до полива садово-огородных насаждений. На сегодня существует несколько типов скважин, различающихся своей глубиной и технологией бурения.

Устройство скважины для воды

Прежде всего, разберёмся, что такое скважина? С научной, геологической, точки зрения, данным термином обозначают любую горную выработку, ширина которой во много раз меньше глубины. Водоносная скважина, говоря простыми словами, это гидротехническое углубление в земле небольшого диаметра, предназначенное для забора воды из подпочвенных водоносных слоёв. Также их иногда называют «трубными колодцами», так как стенки скважин укрепляются от осыпания обсадными трубами. Прежде всего, разберёмся, что такое скважина? С научной, геологической, точки зрения, данным термином обозначают любую горную выработку, ширина которой во много раз меньше глубины. Водоносная скважина, говоря простыми словами, это гидротехническое углубление в земле небольшого диаметра, предназначенное для забора воды из подпочвенных водоносных слоёв. Также их иногда называют «трубными колодцами», так как стенки скважин укрепляются от осыпания обсадными трубами.

От традиционных, шахтных колодцев, трубные отличаются своим диаметром и способом устройства. Если простые колодцы выкапываются при помощи ручного труда или землеройной техники, то водоносные скважины делаются методом бурения.

На сегодня существует несколько типов скважин, различающихся своими характеристиками, способом обустройства и методом бурения: На сегодня существует несколько типов скважин, различающихся своими характеристиками, способом обустройства и методом бурения:
  • Абиссинский колодец. Глубина не более 30м. Скважина с тонкой обсадной трубой, заглубляемой в землю ударным методом. Абиссинские колодцы устраиваются на грунтах с низкой плотностью. Пробить скальную породу или каменистую прослойку при помощи такой технологии будет невозможно.
  • Песчаная, пробуренная вручную. Глубина достигает 40м. Устраиваются в мягких грунтах при помощи ручных буровых устройств.
  • Пробуренная машинным способом. Глубина до 80м. Бурятся механическими установками в породах любой плотности, в том числе, и в скальных.
  • Артезианская. Глубинная скважина, заглублённая ниже, чем на 100м. Бурится для получения чистой питьевой воды.

Конструктивные особенности

Конструктивно водяная скважина состоит из ствола, представляющего обсадную трубу, заглублённую до водоносных слоёв грунта. Снизу в стенках трубы проделываются отверстия для проникновения воды внутрь скважины. Снаружи отверстия затягиваются фильтрами во избежание попадания с током воды песка и иных механических загрязнителей.

Для извлечения воды на поверхность применяются различные водоподъёмные приспособления:

  • Ручные насосы.
  • Электрические погружные насосы.
  • Электрические поверхностные насосы.
  • Автоматизированные насосные станции.

Основные компоненты

Разберём подробнее схему скважины: устройство и назначение основных компонентов, принципы их действия, выдвигаемые к ним требования. В качестве основных компонентов водной скважины выступают обсадная труба и фильтр. Разберём подробнее схему скважины: устройство и назначение основных компонентов, принципы их действия, выдвигаемые к ним требования. В качестве основных компонентов водной скважины выступают обсадная труба и фильтр.

Обустройство скважины после бурения подразумевает обсадку её трубами, с установленными сетчатыми фильтрами. После обсадки скважину следует прокачать, и после этого она считается введённой в эксплуатацию.

Общие особенности конструкции всех скважин приблизительно одинаковы. Схема скважины на воду выглядит так:

  • Отверстие, пробуренное в грунте.
  • Стенки отверстия укрепляются обсадными трубами. Одновременно они служат для предотвращения попадания в ствол скважины загрязнённой воды из верхних слоёв почвы – так называемой верховодки. Порой скважины, пробуренные в скальных породах, обходятся без обсадных труб.
  • Забой, нижняя проперфорированная часть трубы, должен располагаться в толще водоносного горизонта. Это основной принцип работы скважины. Если забой не достигнет водоносного пласта, либо проскочит его, она не будет функционировать.
  • В неглубоких скважинах, где велика вероятность попадания внутрь скважины песка, обязательно следует устанавливать фильтрующие приспособления. Обойтись без фильтра можно только при заборе воды из глубинных артезианских скважин. Фильтры бывают внешними, прикреплёнными снаружи обсадной трубы, либо внутренними, крепящимися непосредственно к водозаборному шлангу насоса.
  • На верхнюю оконечность обсадных труб устанавливается защитный оголовок. Он предотвращает попадание в скважину осадков, а также грязи и пыли через верхнюю горловину.

Обсадная труба

Обсадные трубы изготавливают из стали или полимеров. При неглубоком расположении водоносного слоя в обустройстве скважины применяют одну трубу. Но, если длины одной трубы не хватает, чтобы достать до воды, приходится стыковать друг с другом несколько труб. Для этого на краях труб нарезают резьбу, и соединяют их с помощью муфт. Другой вариант соединения – при посредстве электросварки.

Если диаметр бура, используемого для пробивки скважины, не превышает диаметр обсадных труб, то использовать для стыковки муфты не рекомендуется. Выступая за габариты трубы, муфта будет создавать препятствия для её погружения.

По этой же причине не следует делать чрезмерно толстые швы при сварочном соединении. Оба варианта труб – полимерные и стальные, - имеют свои преимущества и свои недостатки. Так, пластик более устойчив к воздействию коррозии, а металл – более стоек к механическим нагрузкам.

Фильтрация

В некоторых случаях используют сильные стороны обоих вариантов: внешняя обсадная труба делается стальной, а внутрь её, в виде вкладыша, вставляется пластиковая. Снизу первая погружаемая труба перфорируется. В некоторых случаях используют сильные стороны обоих вариантов: внешняя обсадная труба делается стальной, а внутрь её, в виде вкладыша, вставляется пластиковая. Снизу первая погружаемая труба перфорируется.

Для этого, начиная с нижнего торца, на протяжении полутора-двух метров, в ней делают небольшие отверстия. Диаметр их не должен превышать сантиметра, а расстояние между ними 2-3см. Сквозь данную перфорацию вода проникает внутрь трубы, откуда перекачивается наверх с помощью насоса.

Защитный фильтр надевается на перфорированную часть обсадной трубы. Он исполняет защитную роль, предотвращая попадание песка внутрь скважины вместе с водой. Изготавливается фильтр из мелкоячеистой сетки, натягиваемой на трубу.

При необходимости сетка наматывается в несколько слоёв. Также, вместо сетки можно использовать проволоку из не окисляющихся материалов. Её наматывают поверх перфорации плотными мотками. В некоторых случаях для очистки воды используются погружной фильтр, являющийся отдельным приспособлением, надеваемым на шланг водяного насоса.

Вывод и полезное видео

Скважина работает по довольно простому принципу. Грунтовая вода сквозь перфорацию и фильтры поступает в обсадную трубу и создаёт там столб определённой высоты. В этом смысле она играет роль накопительного резервуара. Отсюда она насосом перекачивается на поверхность. Для этого, в зависимости от глубины нахождения воды, применяется погружной, или поверхностный насос.

Также использование того или иного варианта насосного оборудования зависит от диаметра обсадной трубы.

Каждая скважина имеет показатель притока воды – дебит. Он исчисляется в кубометрах в час. При выборе насоса следует учитывать величину дебита. Перекачивающая мощность должна быть ниже величины притока грунтовой воды, иначе скважина будет осушена, и насос попросту сгорит.

Обоснование диаметра компенсационных скважин при применении прямых врубов для интенсификации взрывного разрушения горных пород Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Мангуш Сергей Кириллович, Должиков Константин Иванович

Проведен анализ проведения подземных горных выработок, приведены критерии эффективной работы врубовых шпуров. Ланы описания проведенных экспериментальных работ, полученных данных и их анализ. Сделаны рекомендации диаметра компенсационной скважины и удельной энергии от крепости пород и расстояния между первым врубовым шпуром и компенсационной поверхностью.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Мангуш Сергей Кириллович, Должиков Константин Иванович

Разработка и обоснование способов проведения и крепления капитальных горных выработок в условиях удароопасности массива горных пород Параметры проведения горизонтальных выработок шпурами и скважинами Использование разупрочняющего заряда в компенсационной скважине как способ повышения К. И. Ш. При проходке выработок длинными заходками в мягких и вязких породах К вопросу влияния параметров заряда и свойств вв на формирование контурной щели Количественная оценка параметров комбинированных воронкообразующих врубов i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы. i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DIAMETER WELLS COMPENSATORY JUSTIFICATION IN APPLYING DIRECT KERF FOR THE INTENSIFICATION OF THE EXPLOSIVE DESTRUCTION OF ROCKS

In the article an analysis of underground mine workings, are criteria effectively cut hole. Describes the experimental work, findings and analysis. Made recommendations diameter borehole compensation and specific energy on the strength of the rocks and the distance between the first cut hole and compensatory surface.

Текст научной работы на тему «Обоснование диаметра компенсационных скважин при применении прямых врубов для интенсификации взрывного разрушения горных пород»

© С.К. Мангуш, К.И. Должиков, 2013

С.К. Мангуш, К.И. Должиков

ОБОСНОВАНИЕ ДИАМЕТРА КОМПЕНСАЦИОННЫХ СКВАЖИН ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ПРЯМЫХ ВРУБОВ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ВЗРЫВНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

Проведен анализ проведения подземных горных выработок, приведены критерии эффективной работы врубовых шпуров. Даны описания проведенных экспериментальных работ, полученных данных и их анализ. Сделаны рекомендации диаметра компенсационной скважины и удельной энергии от крепости пород и расстояния между первым врубовым шпуром и компенсационной поверхностью. Ключевые слова: скважина, коэффициент использования шпура, заряд взрывчатого вещества, разрушение, трешина.

При проведении подземных горных выработок в рудниках и шахтах России, а также странах СНГ применяется самоходное буровое оборудование на пневмоколесном ходу «Atlas Copco», или «Sandvic Tam-rock» с применением прямых врубов и удлиненных заходок. Известно, что прямые врубы при проведении горных выработок работают при взрывании зарядов ВВ на компенсационные скважины различного диаметра [2]. Как показала практика ведения взрывных работ, эффективность разрушения горных пород зависит в первоначальный момент от диаметра компенсационных скважин, вокруг которых производится первоочередное взрывание шпуровых зарядов ВВ. Применение скважин большого диаметра значительно облегчает процесс разрушения массива, однако увеличивает затраты времени на бурение и приводит к значительному удорожанию проведения одного метра горной выработки или отбойки 1 м3 породы (руды), что в свою очередь влияет на себестоимость работ. Для оптимального выбора диаметра компенсаци-

онной скважины нами проведены экспериментальные работы на шахте «Алмазная» («Алмазная угольная компания») в забоях: квершлага Sпр=17,9 м2, породы — песчаник, коэффициент крепости /=6^8 по шкале проф. М.М. Протодьяконова, вентиляционного штрека Snp=16,5 м2 в породах /=8^10 и горизонтальной выработке «Мост» сечением S^=16,5 м2 в породах /=10^15. Для бурения компенсационных скважин использовался расширитель фирмы «Atlas Copco» диаметром 89 мм в породах различной крепости. При проведении экспериментальных работ применялись в качестве: ВВ — аммонит 6ЖВ, средств инициирования — ЭД-ЗН. В процессе экспериментальных работ определялась вновь образованная компенсационная поверхность, объем разрушения, количество трещин, расстояние между ними и направление развития.

Экспериментальные работы проводились в два этапа:

На 1ом этапе — взрывали одиночные заряды ВВ массой 1,6 и 1,2 кг аммонита 6ЖВ. После каждого взрывания измерялась образованная компенсационная

Результаты опытных взрывов, ш. «Алмазная» f = 6 :8

№ п/п № шпура порядок взрыв, шпуров расст. до комп. СКВ., м масса заряда шпура, кг глубина шпура, м образов, комп. площадь, м2 работа взрыва, кДж/кг объем разруш., м3 удельный расход вв, кг/м3 кол-во образов, трещин, шт расст. между треш., см ориент. вновь образ, трещин

1 1 I прием 0,5 1,6 2,2 1,75 148^347 1,5 0,85 8 3—4 S

2 5 II прием 0,5 1,2 2,2 1,62 112^260 1,38 11 2,5-3 и 0

3 3 III прием 0,6 1,2 2,2 1,6 112^260 1,4 9 2-3 0 к Р,

4 7 IV прием 0,6 1,2 2,2 1,7 112^260 1,45 13 2,5-3 § а > >

5 2 V прием 0,7 1,2 2,2 1,61 112^260 1,42 11 2,5-3,5 sс § а

7 4 VII прием 0,8 1,2 2,2 1,71 112^260 1,55 15 2,5-4 р. 0)

8 8 VIII прием 0,8 1,2 2,2 1,78 112^260 1,58 10 3-4

№ п/п № шпура порядок взрыв, шпуров расст. до комп. СКВ., м масса заряда шпура, кг глубина шпура, м образов, комп. площадь, м2 работа взрыва, кДж/кг объем разруш., м3 удельный расход вв, кг/м3 кол-во образов, трешин, шт расст. между треш., мм ориент. вновь образ, трешин

1 1 I прием 0,5 1,4 2,5 3,4 130^304 3,2 0,81 4 15 перпендикулярно оси шпура

2 5 0,5 1,2 2,5 112^260 6 12

3 3 II прием 0,6 1,2 2,5 3,15 112^260 2,8 11 20

4 7 0,6 1,2 2,5 112^260 8 16

5 2 III прием 0,7 1,2 2,5 3,31 112^260 3,1 10 35

6 6 0,7 1,2 2,5 112^260 14 38

7 4 IV прием 0,8 1,2 2,5 3,45 112^260 3,4 17 55

8 8 0,8 1,2 2,5 112^260 14 60

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Результаты опытных взрывов, ш. «Алмазная» f = 10-hl 5

№ п/п № шпура порядок взрыв, шпуров расст. до комп. СКВ., м масса заряда шпура, кг глубина шпура, м образов, комп. площадь, м2 работа взрыва, кДж/кг объем разруш., м3 удельный расход ВВ, кг/м3 кол-во образов, трещин, шт расст. между треш., см ориент. вновь образ, трещин

1 1 I прием 0,5 1,4 2,5 1,67 130^304 1,45 0,79 6 4

2 5 II прием 0,5 1,2 2,5 1,56 112^260 1,3 8 4,5 и 0

3 3 III прием 0,6 1,2 2,5 1,7 112^260 1,5 10 4,7 0 К р.

4 7 IV прием 0,6 1,2 2,5 1,71 112^260 1,53 9 5 К (0 С Р.

5 2 V прием 0,7 1,2 2,5 1,5 112^260 1,6 14 4,8 $ С § а

6 6 VI прием 0,7 1,2 2,5 1,5 112^260 1,68 11 5 к 0)

7 4 VII прием 0,8 1,2 2,5 1,6 112^260 1,63 13 5 р. 0)

8 8 VIII прием 0,8 1,2 2,5 1,62 112^260 1,65 16 7

Результаты опытных взрывов, ш. «KNAUF ГИПС Новомосковск» f = 3,4^5,7

№ № шпура порядок расст. до масса глубина образов. работа объем удельный кол-во расст. ме- ориент.

п/п взрыв. комп. заряда шпура, м комп. пло- взрыва, разруш., расход ВВ, образов. жду треш., вновь

шпуров СКВ., м шпура, кг щадь, м2 кДж/кг м3 кг/м3 трешин, мм образ.

1 1 I прием 0,3 1,8 2,5 1,65 167^390 0,62 1,62 3 15 К

2 5 0,3 1,8 2,5 1,8 167^390 0,65 5 20 и 0

3 2 II прием 0,5 1,8 2,5 2,1 167^390 0,74 7 30 0 К р.

4 8 0,5 1,8 2,5 2,3 167^390 0,78 9 25 К (0 с: р.

5 3 III прием 0,6 1,8 2,5 2,5 167^390 1,2 5 50 й с I а

6 7 0,6 1,8 2,5 2,38 167^390 1,05 10 40 к 0)

7 4 IV прием 1 1,8 2,5 2,9 167^390 1,98 8 90 р. 0)

8 6 1 1,8 2,5 2,75 167^390 1,87 10 80 Е

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Конструкция заряда: пссчанно-глинистая забойка патрон-боевик заряд ВВ

Рис. 1. Схема расположения шпуров и компенсационной скважины, ш. «Алмазная» ОАО «Алмазная угольная компания»

забойка :ларяд В В и а фон патрон-боевик

Рис. 2. Схема расположения шпуров и компенсационных скважин, ш. «KNAUF ГИПС Новомосковск»

(свободная) поверхность, объем разрушенной породы, скорость детонации, количество трещин, расстояние между ними и их направление.

На Пш этапе — производили взрыв шпурового заряда расположенного на расстоянии — 14d33p (50см, шпуры 1, 5). Затем заряды (3, 7), (2, 6) и (4, 8). Результаты опытных взрывов сведены в табл.: 1, 2, 3 по шахте «Алмазная» (ОАО «Алмазная угольная компания»). Аналогичные эксперименты были проведены на шахте ООО «KNAUF ГИПС Новомосковск», результаты сведены в табл. 4. Схемы экспериментальных взрывных работ представлены на рис. 1, 2.

Полученные экспериментальные данные были проанализированы и обработаны. Критерием для оценки эффективности принятого диаметра компенсационной скважины с учетом свойств взрываемых пород следует считать такой диаметр, при котором образуется максимальная свободная (компенсационная) поверхность, наибольший объем разрушения породы и коэффициент использования шпура (КИШ) при фиксированных затратах аммонита 6ЖВ, принятого за эталонное [1].

На основе проведенных шахтных экспериментальных работ установлено, что:

Оптимальными следует считать диаметры компенсационных скважин для пород:

1. Мангуш С.К., Фисун А.П. Справочник по буровзрывным работам на подземных горных разработках. ЗАО «Книга», М., 2003, 97с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

компенсационной скважиной и взрываемым зарядом ВВ, должна быть:

• для пород крепостью f = 6-8, £уд > 100 кДж/кг, при l0 < 0,6 м;

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

для пород крепостью f = 10-15, £уд > 250 кДж/кг, при l0 < 0,4 м; где l0 — расстояние от первого заряда ВВ до компенсационной скважины.

Для условий шахты ООО «KNAUF ГИПС Новомосковск», при отбойке гипсового камня крепостью f < 5 по шкале проф. М.М. Протодьяконова в очистных камерах, следует считать оптимальным Iми ряд скважин диаметром 280мм (бурение скважин производится станками «Smag» одновременно — 3шт. в одном ряду), остальные три являются лишними, что приводит к значительно-му3удорожанию себестоимости отбойки 1м гипсового камня и излишним затратам времени на бурение второго ряда скважин. При этом удельная плотность энергии первого заряда ВВ должна быть не менее 150 кДж/кг, а расстояние от первого шпура до компенсационной скважины l0 < 0,6 м.

Применение оптимального компенсационного диаметра скважин позволяет:

• значительно снизить затраты средств и энергоресурсов на разрушение горных пород;

• произвести корректировку схемы расположения шпуров и масс взрываемых зарядов по отношению к эталонному ВВ — аммониту 6ЖВ;

• снизить себестоимость проведения одного метра горной выработки или отбойки 1 м3 полезного ископаемого.

2. Мосинец В.Н. Дробящее и сейсмическое действие взрыва в горных породах. М.,

Способ бурения компенсационных скважин

Способ бурения компенсационных скважин

Изобретение относится к буровой технике, а именно к способам для бурения. Технический результат заключается в повышении эффективности бурения компенсационных шпуров и скважин в одну стадию. Способ для бурения компенсационных шпуров (скважин) включает применение коронки с расширяющей частью, в передней части которой используют направляющий центратор. Бурение компенсационной скважины ведут в одну стадию, при этом на расширяющей части диаметром D в роли направляющего центратора выступает коронка меньшего диаметра d по сравнению с диаметром D, которую насаживают на наружный конус в передней части расширяющей части коронки, этот конус выполнен как одно целое с расширяющей частью. Породоразрушающим элементам как на опережающей коронке, так и на расширяющей части задают штыревую форму. Боковой поверхности расширяющей части коронки задают форму, подобную форме изгиба лепестков цветка лотоса, с радиусом изгиба. Вогнутым пазам для выноса разрушенного шлама на расширяющей части придают радиальную форму цилиндрической поверхности. 13 ил.

Изобретение относится к буровой технике, а именно к особым способам или устройствам для бурения.

Бурение компенсационных шпуров и скважин ∅ 60-90 мм параллельными врубами с подготовкой забоев для взрыва в горизонтальных подземных горных выработках шпурами ∅ 40-42 мм на глубину 1,5-1,6 м является весьма актуальным. Особенно на подэтажах, на которые невозможно доставить мощную буровую технику. Например, в Криворожском железорудном бассейне на такие выработки приходится до 60% от всех горизонтальных выработок. Для повышения эффективности проходки таких выработок в различных частях забоя бурят несколько компенсационных шпуров и скважин ∅ 60-90 мм. В компенсационные шпуры (скважины) взрывчатка не закладывается, однако благодаря шпурам (скважинам) увеличиваются глубина отбойки и коэффициент использования шпуров (скважин). Забой после взрыва получается гладкий, правильной формы и практически без недовзорванных стаканов.

Известен способ бурения компенсационных скважин сплошным забоем лезвийной коронкой типа К-100 В, которая включает лезвийную трехперую часть диаметром ≥60-100 мм с опережающим лезвием - центратором ∅ 40 мм - аналог 1. (См. источник 1: Иванов К.И. и др. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1966, с. 170.) Недостатком данного способа является низкая скорость бурения из-за несовершенной формы породоразрушающих твердосплавных лезвий коронки, недостаточной энергии удара для данной коронки особенно в переносных перфораторах на пневмоподдержках, которые применяются при проходке подэтажных выработок.

Известен способ для бурения компенсационных шпуров и скважин сплошным забоем штыревой коронкой ∅ 64 мм, у которой передняя часть, снабженная породоразрушающими штырями, изготовлена в виде усеченного конуса, выполняющего функцию центратора - аналог 2. (См. источник 2: Каталог - Rock Drilling Tools. Atlas Copco Secoros AB, SE-737 25 Fagersta, Sweden, 2001, c. 33.) По сравнению с аналогом 1 аналог 2 обеспечивает повышенную скорость бурения. Однако недостатком данного способа является необходимость применения мощных гидравлических перфораторов с удельной энергией удара ≥350 Дж/м 3 и усилием подачи ≥3000 Н, которые не могут обеспечить переносные пневматические перфораторы, применяемые при бурении на подэтажных выработках.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ расширения ранее пробуренных шпуров ∅ 40-42 мм с целью превращения их в компенсационные шпуры большего диаметра 65 мм. (См. Источник 3: Применение коронок- расширителей для бурения компенсационных скважин на проходческих работах, Минцветмет СССР, ЦНИИ экономики и информации цветной металлургии. Обзорная информация. Выпуск 6. М., 1988, 39 с.) Для реализации данного способа предусмотрено применение коронки с расширяющей частью, в передней части которой используют направляющий центратор, вставляемый в предварительно пробуренный шпур в первой стадии - коронки КРР-65, серийно выпускаемой ЗАО «Бинур», РОССИЯ, Москва - аналог 3. (См. Источник 4: авт. св. СССР №876948, кл. Е21В 10/26, опубл. 30.10.81, бюл. №40.) Эта коронка-расширитель имеет жестко соединенный с ним при помощи внутреннего конусного соединения в расширяющей части корпуса направляющий центратор-стержень с головкой, на котором установлены кольцевая насадка и эластичные кольца, размещенные с обоих торцов. По сравнению со способами- аналогами 1 и 2 суммарное время, которое затрачивается на бурение опережающего шпура и расширение скважины, уменьшается до 2-х раз. Однако к недостаткам данного способа следует отнести необходимость бурения в две стадии. В первой стадии бурится шпур коронкой ∅ 40-42 мм, а затем осуществляется его расширение до ∅ 65 мм коронкой с расширяющей частью КРР-65. У нее низкая эффективность передачи ударных импульсов от буровой штанги, по которой наносит удары поршень-ударник перфоратора. Ударные импульсы трансформируются в волну напряжения, которая, пройдя буровую штангу через конусное сопряжение штанга-коронка, передается на корпус КРР-65 и далее на ее расширяющую часть. На этом участке происходят основные потери энергии ударных импульсов из-за несовершенной ступенчатой формы перехода корпуса коронки на ее расширяющую часть, а также несовершенной лезвийной формы ее породоразрушающих элементов и нерациональной треугольной формой пазов для выноса шлама. Такая форма пазов не только не обеспечивает необходимую очистку забоя от шлама, который повторно измельчается твердосплавным вооружением коронки, увеличивая износ всех элементов коронки, но и снижает передачу энергии ударов поршня перфоратора на лезвия коронки. Кроме того, направляющий стержень вследствие того, что он не прижат к забою, а находится в уже пробуренном шпуре под действием ударных волн, проходящих через коронку, часто отсоединяется от коронки и остается в расширенной скважине. Это происходит потому, что волна напряжения, проходящая через корпус расширяющей части коронки, на несколько микрон увеличивает его в размере и, соответственно, увеличивает диаметр внутреннего конуса в нем. Поэтому натяг конусного сопряжения постепенно ослабляется и направляющий стержень отсоединяется от корпуса в среднем 1 раз после расширения 2-х шпуров. Для его извлечения непроизводительно тратится время, снижая эффективность процесса расширения шпуров, что установлено нами и не указано в вышеприведенных источниках 3 и 4.

Целью изобретения является создание более эффективного способа для бурения компенсационных шпуров и скважин в одну стадию коронкой диаметром 60-90 мм.

Предусмотрена возможность бурения компенсационного шпура (скважины) в одну стадию. При этом в случае бурения компенсационного шпура (скважины) в одну стадию коронкой с расширяющей частью диаметром D центратор заменяют коронкой меньшего диаметра d по сравнению с диаметром D, которую насаживают на наружный конус в передней части расширяющей части коронки. Этот конус выполнен как одно целое с расширяющей частью и изготовлен таким образом, чтобы обеспечить максимальную передачу энергии ударных импульсов через сопряжение наружный конус расширяющей части / внутренний конус опережающей коронки, которая в этом случае выполняет функцию концентратора энергии, обеспечивающего эффективное разрушение породы вблизи ее оси. При этом породоразрушающим элементам как на опережающей коронке, так и на расширяющей части задают штыревую форму, которая вместе с количеством и диаметрами штырей опережающей коронки соотносится к форме, диаметру и количеству штырей расширяющей части в пропорции ноу-хау заявителя. Эти соотношения задают таким образом, чтобы расчетная удельная энергоемкость 1 мм 3 разрушенной породы в компенсационной скважине при ее использовании для бурения в одну стадию с опережающей коронкой меньшего диаметра, была соразмерна удельной энергоемкости 1 мм 3 разрушенной породы штыревой коронкой, используемой для бурения подготовительных шпуров в случае бурения компенсационных скважин в две стадии. Причем боковой поверхности расширяющей части коронки задают форму, подобную форме изгиба лепестков цветка лотоса, радиус R изгиба которой регламентирован в диапазоне размеров ноу-хау заявителя. При этом наряду с формой боковой поверхности расширяющей части, подобной форме лепестков цветка лотоса, радиус ее изгиба R задают такой величины, что обеспечивают максимальное напряжение на породоразрушающих штырях и создают условия эффективного разрушения породы в скважине при минимальном напряжении в конусном сопряжении штанга / расширяющая часть коронки. Кроме того, вогнутым пазам для выноса разрушенного шлама на расширяющей части придают радиальную форму цилиндрической поверхности радиусом r такой величины, что обеспечивают эффективный вынос шлама при минимальном износе поверхности расширяющей части и опережающей коронки, а также максимальное напряжение на поверхности породоразрушающих штырей как на расширяющей части, так и на штырях опережающей коронки. Это наряду с формой боковой поверхности расширяющей части, подобной форме лепестков цветка лотоса, дополнительно увеличивает напряжение на породоразрушающих штырях и обеспечивает более эффективное разрушение породы в скважине.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 показана трехперая лезвийная коронка с четвертым опережающим лезвием способа-аналога 1. На фиг. 2 показана штыревая коронка ∅ 64 мм, у которой передняя часть, снабженная породоразрушающими штырями, выполнена в виде усеченного конуса, выполняющего функцию центратора способа-аналога 2. На фиг. 3 показана коронка-расширитель ∅ 65 мм КРР-65 способа-прототипа. На фиг. 4 и 5 показаны чертежи предлагаемой коронки: фиг. 4 - вид сбоку, фиг. 5 - вид сверху по стрелке А, на которых: 1 - корпус расширителя; 2 - породоразрушающие штыри расширителя; 3 - пазы для выноса шлама от расширителя; 4 - наружный конус для насадки опережающей коронки; 5 - опережающая коронка; 6, 7 - породоразрушающие штыри опережающей коронки; 8 - пазы для выноса шлама опережающей коронки; 9 - каналы для выхода промывочной жидкости из опережающей коронки. По стрелке Б на фиг. 7 штриховой линией показан внутренний конус расширяющей части коронки для ее насадки на буровую штангу. На фиг. 6 показана фотография комбинированной коронки для реализации предложенного способа бурения компенсационных скважин в одну стадию. На фиг. 7 показаны зависимости напряжений, определенные нами компьютерным моделированием: 1 - на породоразрушающих штырях; 2 - в конусном сопряжении коронка-штанга в зависимости от формы и радиуса кривизны R боковой поверхности коронки.

Способ бурения компенсационных скважин реализован следующим образом.

1. Разработана компьютерная 3-D модель предложенной коронки, фиг. 4-6. У этой коронки форма боковой поверхности расширяющей части задана подобной форме лепестков цветка лотоса. Своим внутренним конусом расширитель коронки виртуально насаживался на внешний конус буровой штанги для проведения экспериментов на компьютерной модели.

2. Задавались различные варианты пазов для выноса бурового шлама на расширяющей части коронки: закругленные пазы цилиндрообразующей поверхности радиусом r, треугольные пазы; трапецеидальные пазы. Компьютерным моделированием определена наилучшая форма пазов, при которой напряжение на поверхностях породоразрушаюших штырей расширителя максимально. Как видно из фиг. 8, эти закругленные пазы обеспечивают наибольшее напряжение на породоразрушающих штырях >45 МПа, при оптимальной величине радиуса r.

3. Проверена эффективность выноса шлама по методике, разработанной нами, зависящая от безразмерного параметра завихренности двухфазного потока (промывочная жидкость-шлам). Из фиг. 9 видно, что наилучшую эффективность выноса шлама обеспечивают закругленные пазы цилиндрообразующей поверхности, обеспечивающие самый высокий параметр завихренности потока - 0,4.

4. Выбран диапазон оптимальных радиусов R закругления боковой поверхности, подобной форме лепестков цветка лотоса, расширяющей части коронки по методике, аналогичной вышеописанной в п. 2 реализации способа. На фиг. 7 этот диапазон отмечен двойной стрелкой, в котором величина напряжений на породоразрушающих штырях расширяющей части коронки (график 1) максимальна и составляет 52-55 МПа, а величина напряжений в конусном сопряжении штанга-коронка (график 2) минимальна - 370-440 МПа. Это, с одной стороны, обеспечивает максимальную эффективность разрушения коронкой породы в скважине и, соответственно, производительность бурения. А с другой стороны - предотвращает разрушение (разрыв) корпуса расширяющей части коронки в районе нижней части ее внутреннего конуса, в которой для разработанной нами конструкции толщина корпуса коронки минимальна, фиг. 4 - вид по стрелке Б.

5. Теоретически рассчитана удельная энергия, которая необходима для разрушения 1 мм 3 породы крепостью ƒ=10 по шкале М.М. Протодьяконова для штыревых коронок различных конструкций, фиг. 10: 1 - для штыревой коронки ∅ 64 мм (353 Дж/мм 3 ); 2 - для штыревой коронки ∅ 41 мм (81 Дж/мм 3 ); 3 - для предлагаемой комбинированной одностадийной коронки ∅ 65 мм, с опережающей коронкой меньшего диаметра и расширяющей частью, боковая поверхность которой подобна форме лепестков лотоса (92 Дж/мм 3 ); 4 - для предложенного расширителя ∅ 65 мм, боковая поверхность которого подобна форме лепестков лотоса (38 Дж/мм 3 ). Как видно из фиг. 10, предложенная одностадийная коронка с опережающей коронкой меньшего диаметра и расширяющей частью, боковая поверхность которой подобна форме лепестков цветка лотоса ∅ 65 мм (тип 3), имеет теоретически несущественно более высокую (примерно на 13-14%) удельную энергоемкость разрушения по сравнению со штыревой коронкой ∅ 41 мм (тип 2), для которой после бурения шпура еще требуется расширять скважину во второй стадии бурения. Самым эффективным для данной крепости породы является предложенный расширитель ∅ 65 мм, боковая поверхность которого подобна форме лепестков лотоса (тип 4), у которого удельная энергия разрушения породы более чем в 2 раза меньше, чем у штыревой коронки ∅ 41 мм (тип 2), применяемой для бурения врубовых, вспомогательных и контурных шпуров забоя.

6. Если вместо опережающей коронки меньшего диаметра применяется цилиндрический центратор или бывшая в употреблении коронка-центратор ∅ 40-42 мм, то волна напряжения, проходящая через корпус расширяющей части коронки и наружный конус в ее передней части для насадки, на несколько микрон увеличивает наружный размер этого конуса. Это увеличивает натяг конусного сопряжения, поэтому специальный цилиндрический центратор или бывшая в употреблении коронка-центратор никогда не отсоединяется от расширяющей части предложенной коронки, несмотря на то, что в этом случае они находится в предварительно пробуренном шпуре и не упираются в разрушаемую породу. В отличие от расширителя КРР-65 способа-прототипа, который отсоединяется примерно 1 раз на 2 расширенные скважины.

Опытные образцы предложенных коронок - одностадийная (тип 3) и расширитель (тип 4) были изготовлены и испытаны в производственных условиях на шахте им. Фрунзе ПАТ «Евраз Суха Балка» г. Кривой Рог при бурении породы средней крепости ƒ=10 по шкале проф. М.М. Протодьяконова по сравнению с коронкой-расширителем КРР-65 способа-прототипа. Как видно из фиг. 11, наименьшие затраты времени (11 мин) на бурение компенсационной скважины приходятся на предложенный расширитель (тип 4). Это вместе с бурением шпура коронкой ∅ 41 мм в первой стадии. У предложенной одностадийной коронки (тип 3) - 16 мин. Самые большие затраты времени приходятся на бурение расширителем КРР-65 способа-прототипа - 18 мин вместе со временем, затрачиваемым на бурение подготовительного шпура. Это без учета времени, которое приходится тратить на извлечение периодически отсоединяющегося направляющего стержня. Кроме того, из-за более низкой эффективности выноса шлама расширителя КРР-65, у которого треугольные пазы для выноса шлама (см. фиг. 3 и фиг. 9). При этом у него самая высокая скорость износа 2,3 г на 1 погонный метр пробуренной скважины, фиг. 12.

Таким образом, предложенный способ при бурении по породам средней крепости ƒ=10 увеличивает скорость бурения в среднем на 54,5% и снижает скорость износа предложенных коронки и расширителя в среднем на 45,5% по сравнению со способом-прототипом с расширителем КРР-65.

Испытания по крепким породам ƒ=18 проведены на шахте им. Ленина ПАТ «Криворожский железорудный комбинат». При одностадийном бурении компенсационного шпура предложенной комбинированной коронкой (тип 3, показанной на фиг. 6) и бурении в две стадии предложенным расширителем (тип 4), как видно из фиг. 13, в этих условиях скорость бурения, как в одну стадию комбинированной коронкой с опережающей коронкой меньшего диаметра, так и в две стадии, суммарная скорость бурения с учетом бурения опережающего шпура и расширения скважины с одностадийным способом одинакова - 0,134 м/мин. Это значит, что при бурении крепкой породы целесообразно применять одностадийный способ бурения компенсационной скважины. При этом для данной крепости породы с использованием способа-прототипа скорость разбуривания скважины в предварительно пробуренном шпуре ∅ 41 мм расширителем КРР-65 практически равна нулю, фиг. 13. Это происходит из-за несовершенной ступенчатой формы его корпуса и треугольных пазов для выноса шлама, а также лезвийной формы породоразрушающих элементов, на которых в этой связи напряжение на них для разрушения крепкой породы недостаточно.

Таким образом, предложенный способ бурения компенсационных скважин с использованием предложенной комбинированной одностадийной коронки имеет существенные преимущества по сравнению со способом- прототипом.

Способ для бурения компенсационных шпуров (скважин), включающий применение коронки с расширяющей частью, в передней части которой используют направляющий центратор, отличающийся тем, что предусмотрено бурение компенсационной скважины в одну стадию, при этом на расширяющей части диаметром D в роли направляющего центратора выступает коронка меньшего диаметра d по сравнению с диаметром D, которую насаживают на наружный конус в передней части расширяющей части коронки, этот конус выполнен как одно целое с расширяющей частью и изготовлен таким образом, чтобы обеспечить максимальную передачу энергии ударных импульсов через сопряжение наружный конус расширяющей части / внутренний конус опережающей коронки, которая в этом случае выполняет функцию концентратора энергии, обеспечивающего эффективное разрушение породы вблизи ее оси, при этом породоразрушающим элементам как на опережающей коронке, так и на расширяющей части задают штыревую форму, причем боковой поверхности расширяющей части коронки задают форму, подобную форме изгиба лепестков цветка лотоса, радиус R изгиба которой регламентирован в диапазоне оптимальных величин так, что обеспечивает максимальные напряжения на породоразрушающих штырях при минимальном напряжении в конусном сопряжении штанга / расширяющая часть коронки, кроме того, вогнутым пазам для выноса разрушенного шлама на расширяющей части придают радиальную форму цилиндрической поверхности радиусом r такой величины, что обеспечивают эффективный вынос шлама при минимальном износе поверхности расширяющей части и опережающей коронки, а также максимальное напряжение на поверхности породоразрушающих штырей как на расширяющей части, так и на штырях опережающей коронки, это наряду с формой боковой поверхности расширяющей части, подобной форме лепестков цветка лотоса, дополнительно увеличивает напряжение на породоразрушающих штырях.

Скважина

Содержание

Некоторые виды скважин



Сверхглубокие скважины

Средняя глубина скважин

См. также

Примечания

  1. ↑Артезианский бассейн — Горная энциклопедия
  2. ↑Уральская сверхглубокая скважина

Литература

Ссылки

  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.
  • Добавить иллюстрации.
  • Горные выработки
  • Бурение

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы:

Смотреть что такое "Скважина" в других словарях:

скважина — См … Словарь синонимов

Скважина 44 — гидрогеологический памятник природы местного значения. Находится в Волновахском районе Донецкой области. Статус памятника природы присвоен решением облисполкома № 26 от 11 января 1978 года. Площадь 0,1 га. Скважина 44 источник радоновых вод … Википедия

скважина — СКВАЖИНА, ы, ж. Женщина (часто пренебр. о женщине с сомнительной репутацией). Уг. «скважина» проститутка … Словарь русского арго

СКВАЖИНА — СКВАЖИНА, ы, жен. 1. Узкое отверстие, щель. Замочная с. (отверстие для ключа). 2. Глубокое цилиндрическое отверстие в земле, сделанное буровым инструментом. Нефтяная с. 3. Мельчайшее отверстие в веществе, пора (во 2 знач.). | прил. скважинный, ая … Толковый словарь Ожегова

Скважины специальные

время — 3.3.4 время tE (time tE): время нагрева начальным пусковым переменным током IА обмотки ротора или статора от температуры, достигаемой в номинальном режиме работы, до допустимой температуры при максимальной температуре окружающей среды. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

НЕФТЬ И ГАЗ — См. также ХИМИЯ И МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ; НЕФТЕХИМИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ. НЕФТЬ Сырая нефть природная легко воспламеняющаяся жидкость, которая находится в глубоких осадочных отложениях и хорошо известна благодаря ее использованию в качестве топлива и … Энциклопедия Кольера

устройство — 2.5 устройство: Элемент или блок элементов, который выполняет одну или более функцию. Источник: ГОСТ Р 52388 2005: Мототранспортны … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Читайте также: