Буровий снаряд для буріння свердловин на ударонебезпечних вугільних пластах

Буровий снаряд для буріння свердловин на ударонебезпечних вугільних пластах, що містить забурник і розширники, який відрізняється тим, що діаметр різця забурника прийнятий мінімальним (50мм), забурник довжиною не менше 1200мм має конусоподібну форму з діаметром, що поступово змінюється від різця до хвостовика від 50 до 100мм, а наступні за ним розширники виготовлені знімними, мають різні діаметри, що не перевищують відповідно розмірів зон розвантажень від попереднього розширення ділянок свердловини, і розташовані на буровій штанзі в порядку зростання їхніх діаметрів через інтервали S, що визначаються за формулою S=Vtcr, м, де V - швидкість буріння свердловин, м/хв; t c r - час, необхідний для стабілізації напруг у масиві вугілля, хв. Корисна модель відноситься до гірничої промисловості, зокрема, до обладнування бурових снарядів для буріння технічних свердловин діаметром більш 100мм на вугільних пластах, небезпечних і загрозливих за гірськими ударами. Відомі бурові снаряди, що складаються з забурника довжиною до 1,2м діаметром більш 100мм і розташованої за ним коронки (розширника). До комплектів бурових снарядів також можуть входити розширники зворотного ходу. Свердловини такими снарядами буряться або відразу на проектний діаметр або (звичайно на пластах крутого падіння) спочатку на проміжний, а при зворотному ході - на проектний діаметри [1]. У напруженому гірському масиві, особливо на ударонебезпечних вугільних пластах, унаслідок зосередження високих напруг при досягнутих глибинах розробки (1000м і більш), такими буровими снарядами не вдається здійснити буріння свердловин діаметром більш 100мм без прояву гірських ударів, які порушують технологічні процеси і створюють небезпеку травматизму для працюючих у шахті. Відповідно до існуючого способу запобігання гірським ударам [2] буріння свердловин доцільно здійснювати поетапно: спочатку бурити свердловину мінімального діаметра, а потім її поетапно розширювати до проектного діаметра. При цьому на кожнім етапі розширення свердловини визначають розміри виникаючих зон розвантаження від попереднього буріння (розширення) і час стабілізації напруг у масиві. При використанні відомих бурових снарядів свердловину приходиться розширювати кілька разів з повторенням технологічних процесів, що обумовлює складність і трудомісткість буріння. Найбільш близьким до пропонованого технічного рішення є буровий снаряд із забурником довжиною до 1,2м і конусоподібним розширником шарошечного типу, що дозволяє бурити свердловину з поступовим розширенням її діаметра [3]. Недоліком цього бурового снаряда є те, що розширення свердловини здійснюється без урахування розмірів зон розвантаження від попереднього її буріння (розширення) і часу стабілізації напруг у пласті. Тому використання цього бурового снаряда не запобігає проявам гірських ударів. В основу пропонованої корисної моделі поставлена задача створення бурового снаряда для буріння свердловин на ударонебезпечних вугільних пластах, у якому розширники розташовуються з урахуванням виникаючих під час буріння (розширення) зон розвантаження і часу стабілізації напруг у пласті, за рахунок чого забезпечується зниження активності процесу перерозподілу напруг у вугільному масиві, запобігається прояв гірських ST 9119 ударів на вугільних пластах, підвищується безпека і продуктивність буріння свердловин великого діаметра (більш 100мм). Поставлена задача вирішується тим, що в буровому снаряді, що містить забурник і розширники, діаметр різця забурника прийнятий мінімальним (50мм), забурник довжиною не менш 1200мм з упаяними в його тіло різальними пластинами, має конусоподібну форму з діаметром, що поступово змінюється від різця до хвостовика від 50 до 100мм, а наступні за ним розширники виготовлені знімними, мають різні діаметри, що не перевищують відповідно розмірів зон розвантажень від попереднього розширення ділянки свердловини, і розташовані на буровій штанзі в порядку зростання їхніх діаметрів через інтервали S, що визначаються за формулою S = V t c r , м, де V - швидкість буріння свердловин, м/хв; t d - час, необхідний для стабілізації напруг у масиві вугілля, хв. Фізична сутність пропонованого рішення полягає в наступному. Впровадження в напружений вугільний масив різця забурника мінімального діаметра (50мм), як показує практика буріння свердловин і шпурів на ударонебезпечних пластах [4], не приводить до прояву гірських ударів, а може лише в крайньому випадку викликати поштовх у масиві чи мікроудар, які не порушують технологічних процесів. Наступний за забурником розширник №1 має діаметр, що не перевищує розмірів зони розвантаження (зони непружних деформацій), що утворилася від роботи різця і самого забурника. Розширник №2 у свою чергу має діаметр, що не перевищує розмірів зони розвантаження, що утворилася від роботи розширника №1 і т.д. Це забезпечує запобігання гірським ударам у процесі буріння свердловини. На основі досвіду буріння свердловин у Донбасі на пластах, що мають коефіцієнт міцності вугілля за Протодияконим 0,6-1,5 при глибинах розробки 1200м, оптимальними діаметрами для запобігання гірським ударам при бурінні є: різця забурника - 50мм, забурника (довжиною 1200мм) 50...100мм, розширників: №1 - 150мм, №2 - 25 мм, №3 - 390мм і т.д. зі збільшенням кожного наступного розширника на 150мм. Відстані S між різцем і розширником №1, а також між кожним попереднім і наступним розширниками визначаються з розрахунку встановлюваного практично часу стабілізації напруг t d після буріння свердловини чи її розширення. Наприклад, в умовах Донбасу за результатами спостережень tcT ~15хв. Середня швидкість буріння й одночасного розширення свердловин діаметром 150-390мм по вугіллю буровими установками типу ЛБС-4, БИК-2, БШ, СБМ-Зу й іншими V ~5м/год. Тому для стабілізації напруг інтервали між різцем і розширником №1, а також між наступними розширниками повинні складати 5м х15хв = 1,2м 60 хв При використанні бурових установок, що мають більш високу швидкість буріння, зміна визначних інтервалів S здійснюється шляхом перемонтажу знімних розширників між буровими штангами. На наведеному кресленні (Фіг. 1) зображений загальний вид запропонованого бурового снаряда, що складається з забурника 1 з різцем і розширників 2, змонтованих між буровими штангами 3. Забурник виконаний зі смугової сталі, згорнутої в спіраль з діаметром, що поступово змінюється від 50 до 100мм. Упаяні в тіло забурника різальні пластини розбурюють свердловину з діаметра 50 до 100мм. Забурник задає напрямок свердловині і створює навколо її зону розвантаження від гірського тиску для більш спокійної роботи першого розширника. Бурова штанга - типова, являє собою пустотілий сталевий стрижень із привареною до нього по спіралі сталевою смугою. Розширники - типові, аналогічні розширникам, що входять до комплекту існуючої збійковобурової машини СБМ-Зу [5]. Вал першого розширника у верхній частині має отвір із трапецеподібною різьбою під наконечник забурника, а в нижній аналогічний отвір для з'єднання з буровою штангою. В інших розширниках вал у верхній і нижній частинах має вищевказані отвори для з'єднання з буровими штангами. Застосування запропонованого бурового снаряда дозволяє за рахунок запобігання гірським ударам під час буріння свердловин діаметром більш 100мм підвищити безпеку праці, збільшити продуктивність і знизити трудомісткість буріння. Запропонований буровий снаряд може бути використаний на вугільних шахтах, що розробляють круто- і пологоспадні пласти, небезпечні й загрозливі за гірськими ударами. Джерела інформації 1. Машины и оборудование для угольных шахт: Справочник/Под ред. В.Н. Хорина -4-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1987. 2. А.с. 1350367 СССР, МКИ4 E21F5/00. Способ предотвращения горных ударов пластов /Д.И. Ходырев, И.А. Новичихин и др.; УФ ВНИМИ. -№4074262; Заявлено 30.04.86; Опубл. 07.11.87, Бюл. №4. -2с. 3. Алейников А.А., Влашин С.А., Недодаев Н.В. Шахтные испытания редукторного снаряда БР. -В сб.: Новое горношахтное оборудование и аппаратура. Испытания и опыт эксплуатации. М., 1971. -Вып. №7. -С.11-13 (прототип). 4. Петухов И.М. Горные удары на угольных шахтах. -М.: Недра, 1972. 5. Сбоечно-буровая машина СБМ-Зу. В Каталоге-справочнике 18.3.73 - Буровое оборудование и инструмент. Машины, станки и установки вращательного бурения. Лист №2. Шифр по общесоюзному классификатору промышленной и сельскохозяйственной продукции 314218. -М., НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1973. 9119 Фіг. 1 Комп'ютерна верстка Л Литвиненко Підписне Тираж 26 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ - 4 2 , 01601