Пристрій для осушення низхідних вибухових свердловин

Винахід відноситься до гірничої справи і може бути використаним при веденні буропідривних робіт в обводнених свердловинах. Найбільш близьким технічним рішенням вибраним у якості прототипу є пристрій для осушення низхідних вибухови х свердловин, що включає трубу для подання стисненого повітря і надувний елемент із еластичного матеріалу, закріплений одним кінцем на трубі. Надувний елемент із еластичного матеріалу представляє собою фартух у вигляді відрізку еластичного рукава. Фартух розміщений коаксіально трубі. Довжина рукава рівна 1,5-4 його діаметра і більш довжини охоплюваного ним кінця труби. На бічній поверхні труби для подання стиснутого повітря виконані наскрізні отвори між місцем кріплення на ній рукава і вихідним її отвором. Над місцем кріплення рукава на трубі для подання стиснутого повітря на бічній її поверхні виконані додаткові наскрізні отвори. У випадку, коли пристрій має насадок, жорстко з'єднаний з трубою, тоді рукав кріпиться на насадку і на ньому ж виконані отвори. Вільний кінець рукава, до подання стиснутого повітря, підвернутий в трубу [СРСР, Авт. свід. № 1538652 А1, МПК5 F42D3/00]. Недоліками відомого пристрою є складність конструкції пристрою і недостатня надійність у зв'язку з тим, що на трубі і насадку виконана велика кількість отворів. Крім того виконання надувного елемента у вигляді фартуха із відрізка еластичного рукава, вільний кінець якого підвернутий у трубу, приводить до того, що після подання стиснутого повітря еластичний рукав вивертається вільним кінцем уверх (як зонтик при сильному пориві вітру) і перестає витісняти воду із свердловини. Відбувається це із-за того, що вільний кінець рукава не може виявити опір силам тиску стиснутого повітря, що вивертають рукав. Виконання насадка діаметром більшим діаметра труби для подання стиснутого повітря створює уступ у середині свердловини, що може привести до заклинювання пристрою у свердловині куском породи, що випадково може упасти в неї. В цьому випадку, як правило неможливо витягти пристрій із свердловини, що не дасть можливості в подальшому її заряджати вибуховими речовинами. Виконання наскрізних отворів на бічних поверхнях труби виключає можливість її подальшого використання для пневмозаряджання свердловин сипучими вибуховими речовинами. Указані недоліки підтверджуються проведеними випробуваннями. Причинами, що перешкоджають одержанню технічного результату винаходу, що заявляється прототипом є: виконання великої кількості наскрізних отворів на бічній поверхні труби для подання стиснутого повітря і на насадку з закріпленням на трубі одного з кінців надувного елементу із еластичного матеріалу - фартуха із відрізка еластичного рукава, розміщеного коаксіально трубі, після подання стиснутого повітря відбудеться вивертання вільного кінця рукава увер х, перешкоджаючи витисненню води із свердловини, що ускладнює конструкцію пристрою і знижує надійність роботи; виконання насадка із наскрізними отворами діаметром більш діаметра труби для подання стиснутого повітря створює уступ усередині свердловини і у випадку подання у свердловину куска породи приведе до заклинювання пристрою у свердловині, а це ускладнює конструкцію пристрою і знижує надійність його роботи. Завданням винаходу, що заявляється є удосконалення конструкції пристрою для осушення низхідних вибухових свердловин, в якому шляхом стабілізації об'єму надувного елемента із еластичного матеріалу в процесі витиснення води із свердловини за рахунок забезпечення можливості зрівноваження тиску стиснутого повітря у верхній і нижній частинах надувного елементу - мішка в процесі осушення свердловини, досягають універсальності пристрою і підвищення надійності його роботи. Поставлене завдання вирішується тим, що у відомій конструкції пристрою для осушення низхідних вибухови х свердловин, що включає трубу для подання стиснутого повітря і надувний елемент із еластичного матеріалу, закріплений одним кінцем на трубі, згідно винаходу надувний елемент виконаний у вигляді мішка, наприклад із відходів вибухо вої мішкотари, при цьому довжина мішка по периметру його більш довжини периметра перерізу свердловини, а поздовжня його довжина складає 2÷4 діаметра свердловини, причому по кутах донної частини мішка виконані отвори для виходу стиснутого повітря, площа перерізу кожного отвору менш площі внутрішнього перерізу тр уби, а сумарна площа перерізу отворів у мішку рівна площі внутрішнього перерізу тр уби. Суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є: труба для подання стиснутого повітря; надувний елемент із еластичного матеріалу; закріплення надувного елементу одним кінцем на трубі; виконання надувного елементу у ви гляді мішка, наприклад із відходів вибухової мішкотари; виконання мішка довжиною по периметру більш довжини периметра перерізу свердловини; поздовжня довжина мішка складає 2÷4 діаметра свердловини; виконання по кутах донної частини мішка отворів для виходу стиснутого повітря; площа перерізу кожного отвору менша площі внутрішнього перерізу тр уби; сумарна площа перерізу отворів у мішку рівна площі внутрішнього перерізу тр уби. Новими суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є: виконання надувного елементу у вигляді мішка, наприклад із відходів вибухової мішкотари; виконання мішка довжиною по периметру більшому довжини периметра перерізу свердловини; поздовжня довжина мішка складає 2÷4 діаметра свердловини; виконання по кутах донної частини мішка отворів для виходу стиснутого повітря; площа перерізу кожного отвору менша площі внутрішнього перерізу труби; сумарна площа перерізу отворів у мішку рівна площі вн утрішнього перерізу труби. Сукупність відомих і нових суттєви х ознак є необхідними і достатніми в усіх випадках використання пристрою. Завдяки тому, що надувний елемент виконаний у вигляді мішка, наприклад із відходів вибухової мішкотари, буде створюватися стабільність форми надувного елементу - мішка при русі його до устя свердловини, що приведе до більш повного викиду об'єму води разом з шламом із устя свердловини, а це сприятиме універсальності пристрою і підвищенню надійності його роботи. Завдяки тому, що довжина мішка по периметру його більша довжини периметра перерізу свердловини, відбувається розширення мішка у устя свердловини, діаметр якого буде більшим діаметра свердловини при виході його із свердловини в процесі осушення її, що приведе до більш повного викиду об'єму води разом з шламом із устя свердловини і зменшить об'єм зворотного потоку води в свердловину, а це сприятиме універсальності пристрою і підвищенню надійності його роботи. У випадку, коли довжина мішка по периметру його менша, або рівна довжині периметра перерізу свердловини, то в процесі осушення свердловини буде недостатній викид об'єму води із устя свердловини і буде збільшуватися об'єм зворотного потоку води в свердловину, що знизить надійність роботи пристрою. Завдяки тому, що поздовжня довжина мішка складає 2÷4 діаметра свердловини, то в процесі руху мішка до устя свердловини при забезпеченні стабільності форми його відбудеться достатньо надійне притискання його бічних поверхонь до стінок свердловини, що забезпечить в процесі осушення свердловини максимально можливе виштовхування стовпа води разом з шламом із свердловини, а це сприятиме універсальності пристрою і підвищенню надійності його роботи. У випадку, коли поздовжня довжина мішка буде меншою 2÷4 діаметрів свердловини, то не забезпечиться достатньо надійне притискання бічних поверхонь мішка до стінок свердловини і в процесі її осушення буде неповне виштовхування стовпа води разом з шламом із свердловини, що знизить надійність роботи пристрою. У випадку, коли поздовжня довжина мішка буде більшою 2÷4 діаметрів свердловини, то збільшиться імовірність поривчастості бічних поверхонь мішка при русі його до устя свердловини в процесі її осушення, а це приведе до заміни його, що знизить продуктивність роботи пристрою і відповідно знизить надійність роботи його. Завдяки тому, що по кутам донної частини мішка виконані отвори для виходу стиснутого повітря, то їх максимально можливе рівновіддалення від вісі труби забезпечить при поданні стиснутого повітря по трубі надійне притискання бічних поверхонь мішка до стінок свердловини при збереженні стабільності його форми при русі до устя свердловини, що сприятиме універсальності пристрою і підвищенню надійності його роботи. Завдяки тому, що площа перерізу кожного отвору мішка менш площі внутрішнього перерізу тр уби, то при поданні стиснутого повітря в трубу відбувається стабільне роздування мішка в донній частині свердловини, що забезпечить надійний контакт бічних поверхонь мішка із стінками свердловини в її донній частині протягом процесу осушення, а це сприятиме універсальності пристрою і підвищенню надійності роботи пристрою. У випадку, якщо площа перерізу кожного отвору мішка буде рівною, або більш площі вн утрішнього перерізу труби, то при поданні стиснутого повітря по трубі можливе відхилення її в напрямку одного, або другого отвору, що не дасть можливості стабільному роздуванню мішка в донній частині свердловини і відповідно не забезпечить надійний контакт бічних поверхонь мішка із стінками свердловини, а це знизить надійність роботи пристрою. Завдяки тому, що сумарна площа перерізу отворів у мішку рівна площі внутрішнього перерізу труби, забезпечиться вихід достатнього об'єму стиснутого повітря в пристрій між донною частиною свердловини і мішка, який буде прискорювати процес осушення свердловини, що сприяє універсальності пристрою і підвищенню надійності його роботи. У випадку, коли сумарна площа перерізу отворів у мішку, буде меншою площі внутрішнього перерізу труби, то об'єм стиснутого повітря із отворів мішка буде виходити менше, чим його поступає по трубі, що приведе до поривчастості мішка під дією підвищеного тиску стиснутого повітря, що виходить із труби, а це знизить надійність роботи пристрою. У випадку, коли сумарна площа перерізу отворів у мішку буде більшою площі внутрішнього перерізу труби, то стиснутого повітря із отворів мішка буде виходити більше, чим необхідно для збереження стабільності форми мішка при русі до устя свердловини, він буде зминатися, що не забезпечить надійного притискання його бічних поверхонь до стінок свердловини, а це буде знижувати надійність роботи пристрою. Завдяки використанню сукупності перелічених ви ще відомих і нових суттєви х ознак стало можливим здійснення причинно-наслідкового зв'язку між ними, що забезпечить можливість одержання технічного результату винаходу, що заявляється - універсальність пристрою і підвищення надійності його роботи. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де: на Фіг.1 схематично зображений пристрій для осушення низхідних вибухови х свердловин при опусканні його в свердловину; на Фіг.2 - теж в процесі осушення свердловини. Пристрій включає трубу 1, наприклад зарядний шланг для подання стиснутого повітря і надувний елемент із еластичного матеріалу у вигляді мішка 2. У якості надувного елемента - мішка 2 застосовують, наприклад відходи вибухової мішкотари. По кутам донної частини мішка 2 виконані отвори 3 для виходу стисн утого повітря. Мішок 2 обхоплює нижню частину труби 1, а вільний верхній кінець його має закріплення 4 на трубі 1. Довжина мішка 2 по периметру його більш довжини периметра перерізу свердловини, а поздовжня його довжина складає 2÷4 діаметра свердловини. Крім того площа перерізу кожного отвору 3 менш площі внутрішнього перерізу труби 1, а сумарна площа перерізу отворів 3 у мішку 2 рівна площі внутрішнього перерізу тр уби 1. Пристрій працює наступним чином. У початковому стані пустий мішок 2 охоплює нижній кінець труби 1, а вільний верхній кінець його має закріплення 4, наприклад стальною проволокою на трубі 1, що забезпечить вільне опускання пристрою до забою свердловини. Після опускання пристрою до забою по трубі 1 подається стиснуте повітря, під дією якого мішок 2 розправляється, заповнює весь переріз свердловини, за рахунок зрівноваження тиску стиснутого повітря у верхній і нижній частинах мішка 2 і стабілізує його об'єм в процесі витиснення води із свердловини. Стиснуте повітря, що ви ходить із отворів 3 донної частини мішка 2 створює між дном мішка 2 і дном свердловини тиск, який виштовхує мішок 2, що діє як поршень, разом з водою і шламом при русі його до устя свердловини з одночасним виштовхуванням труби 1. В цей час бічні поверхні мішка 2 будуть достатньо надійно притиснені до стінок свердловини в процесі її осушення із забезпеченням стабільності його форми, а тиск стиснутого повітря на дно мішка 2 створює сили, що перешкоджають можливості вивертання його уздовж труби 1. Цьому перешкоджає також можливість розміщення труби 1 у дні мішка 2. В устя свердловини вільний кінець мішка 2 розширюється, що забезпечить в процесі осушення максимально можливе виштовхування стовпа води разом з шламом із свердловини, що підвищує надійність роботи пристрою при його універсальності. Крім того трубу 1 можна в подальшому використовува ти для пневмозаряджання осушених свердловин. Приклад. В вересні - жовтні 2003 року на кар'єрі ВАТ "ІнГЗК" проводилися дослідно-промислові випробування пристрою для осушення низхідних вибухови х свердловин, як по прототипу, так і по пристрою, що заявляється. Випробування проводилися на обурених блоках горизонтів - 105м (північ) і - 270м (схід). В якості устатк ування і елементів пристрою використані: компресор продуктивністю 10м 3/хв. і тиском до 7ата (0,7МПа); тр уба - поліхлорвініловий зарядний шланг з внутрішнім діаметром 50мм; компресор бурового станка СБШ-250 продуктивністю 25-30м 3/хв.; мішок із міцної еластичної тканини - відходи мішкотари із-під селітри; стальна проволока. Випробування заключалися в наступному. На кінець зарядного шланга надягався з обхватом його мішок, вільний кінець якого закріплювався на шлангу стальною проволокою. В донній частині мішка по його кутам виконані отвори діаметром 17мм для виходу стиснутого повітря в свердловину. Свердловина діаметром 250мм. Довжина периметру перерізу свердловини - 785мм, довжина мішка по периметру - 1120мм, поздовжня довжина мішка - 750мм, площа перерізу кожного отвору мішка - 981мм 2, площа внутрішнього перерізу труби - 1962мм 2, сумарна площа перерізу отворів мішка - 1962мм 2. Шланг з надійним і закріпленим на його кінці мішком опускали до дна свердловини. Після подання стиснутого повітря по шлангу, мішок заповнявся стиснутим повітрям до прийняття розмірів перерізу свердловини. Одночасно з цим, із отворів в донній частині мішка в порожнину свердловини між донною частиною мішка і свердловини поступає повітря, внаслідок чого мішок діє, як поршень, витискує воду над ним разом із шламом, при цьому зарядний шланг разом з мішком витискується із свердловини. Результати випробувань приведені в таблиці. Таблиця Горизонт, Глибина блок, свердловин, кількість м свердловин -105 м 17,5-18,5 північ, 7 свердл. -270 м схід, 17,5-18,5 15 свердл. Висота стовпа води, м Час Час введення осушення, шланга, сек. сек. Залишковий рівень води, Час м відновлення рівня води, 1 цикл 2 цикл годин 3÷7 20 5 0,5-1 більше доби 10÷15 20 5 1,5-2,5 0,5-1 менше однієї години Як видно із таблиці час циклу осушення близько 25 сек. В період випробувань установлено, що вода, яка витісняється із свердловини розтікається по поверхні уступу, майже зворотно не попадає у свердловину, обтікає суміжні свердловини, захищені бортиками із затвердженого бурового шламу. Усі процеси осушення зафіксовані кінозйомкою. Використання винаходу дозволить підвищити надійність роботи пристрою при його універсальності за рахунок забезпечення можливості зрівноваження тиску стиснутого повітря у верхній і нижній частинах надувного елемента - мішка в процесі осушення свердловини шляхом стабілізації об'єму надувного елемента із еластичного матеріалу в процесі витиснення води із свердловини. Технічний результат досягається, у зв'язку з тим, що надувний елемент виконаний у вигляді мішка, наприклад із відходів вибухової мішкотари з отворами по кутам донної її частини, що обхоплює кінець труби з закріпленням на ній вільним кінцем з параметрами - довжині мішка по периметру більш довжини периметра перерізу свердловини і поздовжній його довжини рівній 2÷4 діаметрам свердловини. При цьому площа перерізу кожного отвору менша площі внутрішнього перерізу труби, а сумарна площа перерізу отворів у мішку рівна площі внутрішнього перерізу труби.