Спосіб підземного буріння шпурів

Изобретение относится к горному делу, а точнее к способам ускорения бурения шпуров по крепким известнякам (СаСОз); имеющим крепость 8 и более по шкале проф. Протодьяконова. Наиболее близким к предлагаемому является способ бурения разведочных скважин по крепким породам (песчаники, известняки) с применением промывки скважин водными растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ) [2]. Поверхностно-активные вещества ПАВ - это вещества, молекулы и ионы которых в водном растворе под действием молекулярных сил концентрируются на поверхности раздела жидкости и пород. Эффект понижения твердости не крепких трещиноватых пород (до 6-7 по шкале проф. Протодьяконова) при применении ПАВ основан на расширении активными веществами микротрещин. Существенным недостатком известного способа является недостаточная скорость бурения неспособность ПАВ эффективно разрушать монолитные крепкие песчаники и известняки с крепостью более 7 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Кроме этого, известно, что в зоне разрушения породы в шпуре режущим инструментом при вращательном бурении температура ПАВ повышается до 50-60° вследствие механического трения режущего инструмента (коронки) по породе, а в таких условиях активность ПАВ уменьшается за счет снижения адсорбции. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ бурения шпуров в котором бы применение нового состава раствора солей позволило бы повысить скорость бурения за счет взаимодействия раствора солей с породами известняка и, соответственно повысить производительность труда из-за сокращения машинного времени бурения. Поставленная задача достигается тем, что в способе подземного бурения шпуров, включающем подачу вращающегося бура с режущим инструментом на забой шпура, разрушение породы режущим инструментом, промывку шпура согласно изобретению, промывку осуществленной, жидкостью, состоящей из водного раствора солей АІСІ 3 и FeCІ 3 с концентрацией 1-2мас.%. Применение в качестве промывочной жидкости водного раствора солей АІСІ 3 и FeCІ 3 с концентрацией 12мас.% позволяет повысить скорость бурения шпуров за счет взаимодействия раствора этих солей с породами известняка и, соответственно сократить машинное время бурения. В результате достигается значительная растворимость карбоната кальция (известняка) в указанных растворах, связанная с наличием в этих растворах небольших размеров трехзарядных катионов металлов. Их электростатическое взаимодействие с карбоанионами СО32- приводит к их переходу в раствор и к разрушению структуры кристаллов карбоната кальция. Кристаллическая структура известняков имеет химический состав осадочных пород СаСО3 и представлена ромбоэдрическими кубами, в вершинах и центрах граней которых находятся катионы Са2. Растворимость в воде карбоната кальция (СаСО3) незначительна - 0,013г/литр при t=18°C. Лабораторные и натурные исследования в шахтных условиях (шахта им; Менжинского ПО Первомайскуголь) показали, что наиболее эффективные результаты дают водные растворы солей АІСІ 3 или FeCІ 3 с концентрацией 1-2мас.%. На основании экспериментальных исследований установлена растворимость известняков (СаСО3) в 100г 1-2% водного раствора солей АІСІ 3 и/или/FeCІ 3 в течение 1 суток при t=18°C. После нахождения образцов в водных 1-2% растворах указанных солей в течение суток их крепость при повторном испытании на сжатие уменьшалась на 20-30%, что положительно сказалось на увеличении скорости бурения шпуров (увеличилась на 25%) при использовании данных растворов во время бурения шпуров по указанным известнякам в шахтных условиях. Комплексное термохимическое воздействие указанных растворов на ускорение процесса бурения объясняется следующим экспериментом. Чтобы подтвердить термохимическое воздействие 2мас.% растворов АІСІ 3 или FeCІ 3 на растворимость известняка, образцы известняка СаСО3 помещались в 100 граммовые растворы указанных солей на 60 мин с поддерживаемой температурой 50°С, которая аналогична температуре промывочной жидкости при механическом бурении шпуров. Результаты указанных экспериментальных исследований сведены в табл.2. Из таблицы 2 видно, что комплексное термохимическое воздействие водных растворов (2 мас. %) солей АІСІ 3 или FeCІ 3 вызвало увеличение процесса растворимости известняка в два раза (см. результаты таблиц 1 и 2), а крепость образцов при повторном испытании на сжатие снизилась на 25-30%. На основании проведенных исследований, необходимо учитывать, что по сравнению с растворимостью крепкого известняка СаСО3 в воде (0,013г/литр в течение суток при t=18°C) растворимость его в предложенных растворах 2 мас.% АІСІ 3/и/или FeCІ 3 при комплексном (в процессе бурения шпуров) термохимическом воздействии значительно возрастает: - в растворах АІСІ 3 в 192 раза (0,25:0,0013), - в растворах FeCІ 3 в 477 раз (0,62:0,0013), что способствует снижению крепости известняка и увеличению скорости бурения шпуров по крепким известнякам минимум на 25%. Сопоставительный анализ заявленного способа с прототипом показывает, что в качестве промывочной жидкости при бурении шпуров по крепким известнякам (СаСО3) используют активные водные растворы АІСІ 3/и/или FeCІ 3 с концентрацией 1-2мас.% позволяющих в результате комплексного термохимического воздействия при бурении шпуров по крепким известнякам (СаСО3) используют активные водные растворы АІСІз/и/или FeCb с концентрацией 1-2мас.%, позволяющих в результате комплексного термохимического воздействия при бурении шпуров увеличить скорость бурения на 25%. В заявленном способе предложенный водный раствор оказывает на известняк активное комплексное термохимическое воздействие непосредственно в процессе бурения шпуров с повышением температуры промывочного раствора до 50°С. На чертеже изображена принципиальная схема осуществления способа. Способ осуществляется с помощью бура 1 с режущим инструментом 2, бурильной машины 3 (колонкового электросверла или пневмоперфоратора) муфты 4 на буре 1 для подачи предложенного промывочного раствора через канал в буре на забой 5 шпура 6, насоса 7 для принудительной подачи промывочного 12мас.% раствора АІСІ 3 или/и/FeCІ 3 из емкости 8 оросительного водопровода 9 для подачи воды и емкости 10 для 1-2 мас.% раствора АІСІ 3 или/и/FeCІ 3. Гибкий шланг 11 служит для подачи раствора от насоса 7 в муфту 4 бура 1. В емкости 10 создается требуемая концентрация промывочного раствора, заливают в емкость 8 требуемые объемы воды и раствора АІСІ 3 или/и FeCІ 3 соответственно из водопровода 9 и емкости 10. Количество воды и растворов АІСІ 3 или/и/FeCІ 3, которые необходимо залить в емкость 8 определяют с помощью расходомеров (условно не показаны). После создания, в емкости 8 раствора необходимой концентрации, включают насос 7, с помощью которого подают промывочный раствор по гибкому шлангу 11 в бур 1 через 15 боковую муфту 4. Из канала бура 1 раствор поступает в забой 5 шпура 6, где посредством комплексного термохимического воздействия на разрушаемую режущим инструментом 2 породу при бурении шпуров 6 по крепкому известняку снижает на 25-30% крепость этого известняка непосредственно в забое 5 шпура 6, что позволяет повысить скорость бурения на 25% за счет ослабления структурных связей породы в забое шпура под действием комплексного термохимического воздействия раствора предложенного состава. Буровая мелочь из шпура 6 вымывается раствором. Отработанный раствор стекает в отстойник (условно не показан), где после осаждения буровой мелочи, может вновь подаваться в емкость 8 для повторного использования. Техническое преимущества способа заключаются в повышении скорости проведения подготовительных выработок за счет сокращения времени на бурение по крепким известнякам, повышении производительности труда, т.к. реже приходится менять режущий инструмент, что повышает машинное время бурения, в снижении энергозатрат и расхода режущего инструмента (коронок или резцов). Экспериментальная проверка предложенного способа проведена на шахте им. Менжинского ПО "Первомайскуголь" при прохождении обгонной ветви строящегося горизонта 1110 метров, где крепость известняка f=10 по шкале проф. М.М. Протодьяконова. Применение 2 объем.% раствора АІСІ 3 и FeCІ 3 при бурении "шпуров позволило сократить время бурения на 25% (72 шпура бурили 4,5 часа вместо 6 часов). В результате снижения времени бурения на 25%, трудозатрат и расхода режущего инструмента, затраты на проведение одного погонного метра выработки сечением 13,8м2 снижены на 42 рубля, что за год обеспечит экономический эффект порядка 50-55-тыс.руб.