Спосіб буріння шахтного ствола

Реферат: Винахід належить до гірничої справи, зокрема до буріння свердловин великого діаметра в міцних породах, і призначений для буріння шахтних стволів. Спосіб буріння шахтного ствола включає руйнування породи бурінням колонковим буром по кільцевому вибою з формуванням керна проектної довжини й видаленням вибуреної породи з кільцевого вибою потоком промивної рідини, відділення сформованого керна від масиву гірської породи відокремлюючими елементами прикладанням зусиль, вертикальне вилучення керна на поверхню з утриманням його в колонковому бурі відокремлюючими елементами, при цьому буріння по кільцевому вибою здійснюють із доданням нижньому торцю вибою східчастої форми у вертикальній площині, керн формують діаметром, рівним 0,8-0,9 проектного діаметра шахтного ствола, відділення керна від масиву гірської породи здійснюють прикладанням ріжучих горизонтальних зусиль, рівномірно розподілених по всій площі торця керна, а утримання відокремлюючими елементами при вилученні керна здійснюють із рівномірним перекриттям відокремлюючими елементами, площі нижнього торця керна. Використання пропонованого способу приводить до підвищення рейсової швидкості буріння при зниженні енергетичних і матеріальних витрат. UA 97940 C2 (12) UA 97940 C2 UA 97940 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничої справи, зокрема до буріння свердловин великого діаметра в міцних породах, і призначений для буріння шахтних стволів. Відомий спосіб буріння шахтного ствола, що включає буріння кільцевим прохідницьким агрегатом по кільцевому вибою, формування керна по бічній поверхні, видалення вибуреної породи з кільцевого вибою, відділення керна від масиву гірської породи відривом за допомогою накладних кумулятивних зарядів вибухових речовин у нижній частині кернопідйомника, вертикальний підйом кернопідйомником керна в буровому розчині і його перевантаження вантажопідйомними механізмами, що здійснюють нижче поверхні бурового розчину [SU, № 605010, кл. E21D 1/03, опубл. 30.04.1978 p.]. Використання відомого способу з вилученням керна в буровому розчині передбачає попереднє: спорудження форшахти, заповненої буровим розчином, що приводить до високих енергетичних і матеріальних витрат. Відділення керна від масиву гірської породи зарядами вибухових речовин приводить до утворення неправильної й непрогнозованої форми нижнього його торця, що утрудняє надійне втримання керна при підйомі. Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є спосіб буріння шахтного ствола, реалізований відомим колонковим буром [SU, № 1048121 А, кл. E21D1/06, опубл. 15.10.1983 p.]. Спосіб включає спуск у свердловину на буровій колоні колонкового бура, руйнування породи бурінням колонковим буром по кільцевому вибою з видаленням вибуреної породи з кільцевого вибою потоком промивної рідини, що подається з поверхні буровим насосом, причому контакт ріжучої поверхні колонкового бура з гірською породою здійснюють по сферичній поверхні, формування керна проектної довжини, відділення сформованого керна від масиву гірської породи шляхом відколу керна додатком взаємнопротилежних горизонтальних зусиль до ділянок бічної поверхні керна у верхнього й нижнього торців відокремлюючими елементами колонкового бура у вигляді керноломів, вертикальне вилучення керна на поверхню з утриманням його керноломами колонкового бура контактом на локальних ділянках його бічної поверхні. Відомий спосіб не забезпечує досягнення необхідного технічного результату з наступних причин. Реалізація відомого способу вимагає прикладання значного осьового навантаження на площу контакту ріжучої поверхні колонкового бура з гірською породою. Це викликано тим, що наступна операція відділення відколом вимагає формування кільцевого вибою значного перерізу й значного зазору між бічною поверхнею керна й внутрішньою поверхнею колонкового бура для забезпечення перекосу керна в цьому просторі для здійснення відколу в нижній частині. При цьому керн формується невеликого діаметра стосовно проектного діаметра шахтного ствола через необхідність збільшення кільцевого зазору для забезпечення відколу. Нижній торець керна має неправильну й непрогнозовану форму в місці відколу, що приводить до розтріскування керна по площинах нашарування, порушення зв'язку між частками масиву, погіршуючи стан стійкості й можливого руйнування керна, що утрудняє утримання керна відокремлюючими елементами при підйомі. Неправильна форма нижньою торця керна може привести до випадання керна при підйомі з колонкового бура через неможливість його втримання по всій площі відділення. Все це приводить до зменшення рейсової швидкості буріння, що включає операції безпосереднього (буріння, відділення керна й вилучення керна на поверхню), що приводить до значних енергетичних і матеріальних витрат. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу буріння шахтного ствола, у якому за рахунок технологічних особливостей забезпечується раціональний розподіл осьового навантаження на площу контакту ріжучої поверхні колонкового бура з гірською породою й можливість відділення керна в горизонтальній площині з надійним утриманням його при вилученні, що приводить до підвищення рейсової швидкості буріння при зниженні енергетичних і матеріальних витрат. Поставлена задача вирішується тим, що в способі буріння шахтного ствола, що включає руйнування породи бурінням колонковим буром по кільцевому вибою з формуванням керна проектної довжини й видаленням вибуреної породи з кільцевого вибою потоком промивної рідини, відділення сформованого керна від масиву гірської породи відокремлюючими елементами прикладанням горизонтальних зусиль, вертикальне вилучення керна на поверхню з утриманням його в колонковому бурі відокремлюючими елементами, згідно з винаходом, буріння по кільцевому вибою здійснюють із доданням нижньому торцю вибою східчастої форми у вертикальній площині, керн формують діаметром, рівним 0,8-0,9 проектного діаметра шахтного ствола, відділення керна від масиву гірської породи здійснюють прикладанням ріжучих горизонтальних зусиль, рівномірно розподіленим по неї площі торця керна, а утримання 1 UA 97940 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 відокремлюючими елементами при вилученні керна здійснюють з рівномірним перекриттям відокремлюючими елементами, площі нижньою торця керна. Спосіб буріння шахтного ствола здійснюють таким чином. На буровій колоні в свердловину спускають колонковий бур діаметром не менш 1 метра й здійснюють руйнування гірської породи бурінням по кільцевому вибої з формуванням керна діаметром, рівним 0,8-0,9 проектного діаметра шахтного стисла. В процесі буріння здійснюють видалення вибуреної породи з кільцевого вибою потоком промивної рідини. Можливість формування керна великого діаметра забезпечена виконанням відокремлюючих елементів за формою, наближеної до внутрішньої бічної поверхні колонкового бура, причому відокремлюючі елементи у процесі буріння притиснуті до внутрішньої бічної поверхні колонкового бура й сприяють вільному переміщенню колонкового бура щодо бічної поверхні керна. Формування керна діаметром, рівним 0,8-0,9 проектного діаметра шахтного ствола дозволяє зменшити кількість вибуреної породи в кільцевому вибої до 10-20 % у порівнянні зі способом найближчим аналогом, що дозволяє здійснювати видалення вибуреної породи на поверхню мінімальною кількістю промивної рідини, створюючи сприятливі умови роботи бурових насосів. Буріння шахтного ствола по кільцевому вибої здійснюють із доданням нижньому торцю вибою східчастої форми у вертикальній площині за рахунок виконання ріжучої крайки у два ряди по зовнішньому й внутрішньому діаметрам бура з розміщенням відрізків ріжучої крайки переривчасто в шаховому порядку на різній висоті від торця кільцевого вибою з розрахунку, щоб загальна фактична довжина ріжучої крайки контактуючої з породою становила від 1/3 до 1/2 радіуса свердловини. Потім сформований керн відокремлюють від масиву гірської породи відокремлюючими елементами виконаними у вигляді важелів довжиною, рівної радіусу керна й за формою, наближеної до внутрішньої бічної поверхні колонкового бура, вільно встановлених з можливістю переміщення їх у процесі різання в радіальному напрямку. Прикладанням ріжучих горизонтальних зусиль до бічної поверхні керна й рівномірним розподілом по всій площі торця керна, здійснюють відділення керна від масиву гірської породи його підрізанням на 90-95 % від площі торця. При цьому забезпечується зменшення розтріскування керна по площинах нашарування, а торець керна максимально наближений до кільцевого вибою, що дає можливість практично повністю вилучити вирізаний керн, залишаючи на вибої стовпчик керна незначної висоти, що не вимагає його руйнування при наступному заглибленні. Відділення підрізанням поблизу вибою здійснюють при невеликих зазорах до 50-100 мм між бічною поверхнею керна й внутрішніх стінок колонкового бура, що дозволяє зменшити площу кільцевого вибою. По закінченні відділення, не розтрісканий по площинах нашарування торця й бічної поверхні керн, вертикально вилучають на поверхню разом з колонковим буром за допомогою бурової колони й талевої системи бурової установки. У процесі вертикального вилучення керна здійснюють його утримання відокремлюючими елементами з рівномірним перекриттям площі нижнього торця керна. Буріння по кільцевому вибої зі зменшеною площею й доданням нижньому торцю вибою східчастої форми у вертикальній площині дозволяє прикласти значно більше осьове навантаження для збільшення механічної швидкості буріння, а в сполученні з якісним відділенням і надійним утриманням керна при вертикальному підйомі забезпечує підвищення рейсової швидкості буріння при зниженні енергетичних і матеріальних витрат. 45 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Спосіб буріння шахтного ствола, що включає руйнування породи бурінням колонковим буром по кільцевому вибою з формуванням керна проектної довжини й видаленням вибуреної породи з кільцевого вибою потоком промивної рідини, відділення сформованого керна від масиву гірської породи відокремлюючими елементами прикладанням горизонтальних зусиль, вертикальне вилучення керна на поверхню з утриманням його в колонковому бурі відокремлюючими елементами, який відрізняється тим, що буріння по кільцевому вибою здійснюють із доданням нижньому торцю вибою східчастої форми у вертикальній площині, керн формують діаметром, рівним 0,8-0,9 проектного діаметра шахтного ствола, відділення керна від масиву гірської породи здійснюють прикладанням ріжучих горизонтальних зусиль, рівномірно розподілених по всій площі торця керна, а утримання відокремлюючими елементами при вилученні керна здійснюють із рівномірним перекриттям відокремлюючими елементами площі нижнього торця керна. 2 UA 97940 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3