Спосіб буріння вибухових свердловин

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при бурении с одновременным закреплением стенок взрывных скважин в трещиноватых обводненных горных породах. Известен способ бурения скважин в трещиноватых породах, при котором для крепления стенок скважин в продувочный агент - воздушно-водяную смесь вводят эмульсионную присадку ВНИИНП-117 [1]. Однако, при бурении скважин в обводненных горных породах этим нельзя предотвратить попадание бурового шлама в подшипниковые опоры шарошек долота и, как следствие, преждевременный выход его из строя, к тому же закрепление стенок скважины в этих условиях связано с большим расходом присадки, составляющей 1-2% в эмульсионной смеси. Известен способ бурения скважин с использованием наддолотного влагоотделителя, заключающийся в разделении воздушно-водяной смеси в буровом ставе и подаче сжатого воздуха на забой, а воды - в затрубное пространство [2]. Во влагоотделителе воздухоотводящая центральная втулка и форсунки для выброса воды снабжены шламозащитой, что предохраняет влагоотделитель от засорения и дает возможность бурить скважину в сильно обводненных породах без зашламования долота. Однако известный способ имеет недостатки. При бурении взрывных скважин в породах с естественной и искусственной трещиноватостью, образованной в результате воздействия на породу взрывных работ, вода, поступающая через форсунки влагоот-делителя в затрубное пространство, размывает стенки и устье скважины, что ведет к нарушению процесса бурения. Промышленные испытания упомянутого влагоотделителя (ВНО-200) показали, что при минимальном расходе воды, составляющем 0,03-0,05 кг/с, бурение сопровождается сильным пылевыделением, превышающим ПДК в зоне работы станка в десятки раз из-за плохого смачивания пыли водой, но процесс бурения скважины идет без обрушения стенок; при расходе воды 0,1-0,2 кг/с пылевыделение значительно уменьшается и в зоне работы станка превышает ПДК лишь в 5-10 раз, но при этом происходит размыв стенок скважины и их обрушение, снижающее эффективность бурения; при расходе воды 0,2-0,3 кг/с запыленность воздуха превышает ПДК в 2-3 раза, но происходит сильный раэмыв стенок и устья скважины, затрудняющий процесс бурения. Таким образом, для нормальной проходки и устойчивости стенок скважины в трещиноватой верхней части горного массива процесс бурения должен идти с минимальным расходом воды, но для обеспечения ПДК пыли в зоне работы станка необходимо увеличить пылесмачивающую способность воды. При бурении скважины в монолитной части обводненного горного массива (в рудном целике) основным недостатком является образование шламовых сальников вокруг штанги из-за налипания шлама, что приводит к нарушению процесса бурения. Поэтому для нормализации процесса бурения скважины в рудном обводненном целике необходимо уменьшить липкость шлама к металлическим частям бурового става. Кроме того, после завершения бурения скважины до проектной глубины буровой став поднимают без подачи в него сжатого воздуха. Поэтому оставшийся в скважине шлам, разжижаясь поступающей гр унтовой водой, зашламовывает подшипниковые опоры шарошек, что также отрицательно влияет на стойкость долота. Поэтому после завершения бурения скважины ее необходимо промыть, чтобы оставшийся шлам в затруб-ном пространстве был полностью вынесен на поверхность. Задачей изобретения является разработка способа бурения взрывных скважин путем обеспечения повышенной пылесмачивающей способности промывочной воды и уменьшения липкости шлама, что приведет к улучшению процесса бурения, а следовательно, к увеличению стойкости шарошечного долота и стойкости стенок скважины. Решение задачи заключается в том, что в известном способе бурения, включающем разрушение горной породы и очистку забоя от бурового шлама путем подачи в колонну бурильных труб смеси сжатого воздуха и промывочной жидкости - воды, разделения этой смеси в буровом ставе и подачи воздуха на забой, а воды в затрубное пространство, согласно изобретению, поддерживают влажность бурового шлама на устье скважины в интервале значений 4-8% и 15-30% при бурении скважины соответственно в трещиноватых и монолитных частях обводненных пород путем регулирования расхода промывочной жидкости, причем при завершении проходки скважины до проектной'глубины ее промывают в течение 3-4 минут с максимальным расходом жидкости, составляющим 0,4-0,5 кг/с, что приводит к улучшению процесса бурения скважины, увеличению стойкости шарошечного долота и стойкости стенок скважины. Для повышения пылесмачивающей способности промывочной воды и уменьшения липкости шлама к металлическим частям бурового става в воду дополнительно вводятся композиции ПАВ при следующи х соотношениях ингредиентов, мас.%: Вода 99.93...99.9 Композиция ПАВ 0.07...0.1 В качестве добавки к промывочной воде, повышающей пылесмачивающую способность и уменьшающую липкость бурового шлама, использована композиция ПАВ. Эта композиция представляет собой 30% раствор смеси ПАВ (50% анионного ЛАВ + 50% неионогенного ПАВ), относится к биологически разлагаемым веществам, хорошо растворима в воде и не дает осадка. Величины ингредиентов предлагаемого раствора выбраны на основе результатов лабораторных исследований скорости смачивания пыли и липкости бурового шлама водными растворами композиции ПАВ. Некоторые результаты исследований представлены в таблице 1,из которой видно, что скорость смачивания, пыли кварцитов растворами композиции ПАВ в 3-4 раза больше, а липкость шлама из этих же пород в 6-8 раз меньше, чем с использованием воды, что способствуе т эффективному процессу бурения скважин. Величины значений влажности бурового шлама и расхода раствора на промывку скважины найдены в процессе промышленных экспериментов, и обусловлены следующим: при 4-8% влажности буримых пород обеспечивается устойчивость в тре щиноватом массиве стенок и устья скважины и ПДК пыли в зоне работы станка; при 15-30% влажности шлама создается на стенках скважины прочный, нелипкий, пластичный закрепляющий слой. предотвращающий обрушение скважины; расход промывочного раствора 0,4-0,5 кг/с в течение 3-4 минут обеспечивает по всем видам буримых пород вынос шлама из затрубного пространства скважины. Способ бурения скважины осуществляли буровым станком типа СБШ-250МНА 32 с наддолотным влагоот делителем НВО-200, установленным между шарошечным долотом и первой штангой вместо переходника. Проходку скважин осуществляли долотами типа 244,5-ОКПВ-3 на глубину 20 м по кварцитам хлоритамфиболовым, обводненным на 70% высоты скважины, с коэффициентом крепости по шкале проф. Протодъя конова М.М. f = 15...17 на горизонте - 75 м в карьере ЮГОКа. Водяную емкость станка объемом 2,5 м заполняли водой с добавлением 2.5 л композиции ПАВ. Верхний слой трещиноватой породы глубиной 4-6 м бурили с расходом раствора 0,05-0,08 кг/с, что обеспечивало влажность шлама на устье скважины 4-8% при расходе сжатого воздуха 18 м /мин. Затем, когда буровой снаряд достигал рудного целика, что определялось по резкому возрастанию давления масла в гидросистеме механизма подачи от 0 при проходке трещиноватой породы до 5-6 МПа, расход раствора увеличивали до 0.15-0,17 кг/с, что обеспечивало влажность шлама 15-30% при бурении на всю глубину скважины. В процессе бурения фиксировали частоту вращения бурового става и усилие подачи его на забой штатными приборами пульта управления станка - вольтметром, проградуировамным в оборотах в минуту, и масляным манометром, показывающим давление масла в гидросистеме механизма подачи бурового снаряда на забой. После завершения бурения скважины на глубину 20 м её промывали раствором с расходом 0,4-0,5 кг/с в течение 3-4 мин. Результаты промышленных испытаний показывают (см.табл.2). что при бурении взрывных скважин предлагаемым способом улучшается процесс бурения скважины, увеличивается стойкость шарошечного долота до 30% и стойкость стенок скважины, уменьшается запыленность воздуха в зоне работы станка до ПДК.