Спосіб спорудження вертикального шахтного ствола

Реферат: Винахід належить до гірничої промисловості, зокрема до спорудження глибоких вертикальних стволів шахт великого діаметра бурінням. Спосіб спорудження вертикального шахтного ствола включає дискретне буріння ствола суцільним вибоєм з передачею обертання буру через бурову колону від розташованого на поверхні ротора з видаленням утвореної пульпи на поверхню і кріплення ствола по завершенні буріння кожної дискретної частини. Буріння кожної дискретної частини ствола ведуть у два етапи із заливанням води в ствол перед початком буріння до установлювання рівня води на 6-7 м вище вибою ствола. Буріння на першому етапі ведуть зверху донизу частини ствола діаметром, рівним внутрішньому діаметру кріплення, без видалення пульпи на поверхню й припиняють його після поглиблення вибою ствола на 4-5 м нижче торця кріплення попередньої дискретної частини, після чого видаляють пульпу на поверхню. На другому етапі буріння ведуть знизу нагору частини ствола діаметром, рівним зовнішньому діаметру кріплення, до нижнього торця кріплення попередньої дискретної частини без видалення пульпи на поверхню й по завершенні другого етапу буріння пульпу видаляють на поверхню. Використання пропонованого способу забезпечує можливість буріння ствола з підвищеною дискретністю постійного діаметра по глибині, рівного проектному діаметру з одночасним застосуванням кріплення одного діаметра, що дозволяє здійснювати комплексні заходи щодо своєчасного виявлення й запобігання обвалоутворенню і відхиленню осі ствола під вертикалі, що приводить до зниження строків уведення ствола в експлуатацію при скороченні енергетичних і матеріальних витрат. UA 100202 C2 (12) UA 100202 C2 UA 100202 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничої промисловості, зокрема до спорудження глибоких вертикальних стволів шахт великого діаметра бурінням. Відомий спосіб спорудження вертикального шахтного ствола (SU 1768760 А1, кл. Е21D 1/06, опубл. 15.10.1992 p.), що включає обертальне буріння з розбурюванням суцільним вибоєм центральної частини ствола пілотним буром і розширенням ствола до необхідних розмірів розширником, наступне кріплення незакріпленої частини ствола, збір вибуреної породи в ємність, розташовану усередині пілотного бура й періодичну її видачу на поверхню разом з пілотним буром для розвантаження. Недоліком відомого способу є те, що при використанні заглибного індивідуального приводу, буріння можливо тільки в стійких м'яких породах. Це пояснюється тим, що у відомому способі з фіксацією оболонок бура шляхом розкріплення їх у стінках ствола при бурінні, реакція сил зчеплення розпірного пристрою зі стінкою ствола, що розкладається на дві складові сили, одна, спрямована радіально до осі ствола, а друга - спрямована паралельно цієї осі, повинна бути не менше величини створюваного осьового навантаження, тому в нестійких м'яких породах пристрій, що розкріплює, буде глибоко впроваджуватися в стінки ствола, що утруднить їхній витяг. У породах середньої міцності й міцних для створення значних радіальних і поздовжніх сил, що втримують бур від провертання її осьового переміщення при передачі пілотному буру й розширнику осьового навантаження значної величини до 20 кН і обертального моменту до 150 кНм, вертикальні розміри розпірного пристрою, що контактує зі стінками ствола, а значить і всього бура, повинні бути дуже значні, а збільшення вертикального розміру бура призводить до збільшення відкритої незакріпленої частини ствола, що призводить до обвалення стінок ствола в процесі буріння, тобто до аварії. Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є спосіб спорудження вертикального шахтного ствола (Пилипець В. І., Тулуб С. Б., Левіт В. В. Буріння стволів шахт та технічних свердловин. - Донецьк: Норд-Прес, 2009. с. 21, рис. 2.1), що включає дискретне буріння ствола суцільним вибоєм уступами глибиною, що залежить від глибини залягання зон ускладнень (приблизно 100-300 м) з передачею обертання буру від розташованого на поверхні ротора через бурову колону з видаленням вибуреної породи потоком промивної рідини (пульпи) на поверхню, при цьому перший уступ ствола бурять діаметром, що перевищує проектний діаметр, далі буріння ведуть із зменшенням діаметра до проектного на останньому уступі, а по завершенні буріння кожного уступа ствола здійснюють його кріплення. Недоліком відомого способу буріння є те, що видалення пульпи на поверхню в процесі буріння кожного уступа передбачає використання великого обсягу дорогої промивної рідини й постійного її поповнення в результаті її поглинання в зонах ускладнень, що призводить до значних енергетичних і матеріальних витрат на готування великого обсягу промивної рідини. Крім того, у зонах ускладнень у процесі буріння уступа, незакріплена частина ствола схильна до підвищеного обвалоутворення, що неможливо вчасно контролювати й усувати шляхом кріплення, оскільки доступ робітників відсутній у незакріплений простір ствола, заповнений промивною рідиною. Спорудження шахтного ствола відомим способом передбачає використання тимчасового вантажопідйомного встаткування (бурова вишка або щогла з талевою системою) у процесі буріння й заміну його на постійний прохідницький копер, необхідний при кріпленні ствола і його обслуговуванні, що збільшує час уведення ствола в експлуатацію й матеріальні витрати. Обертальне буріння ствола уступами великою глибиною й діаметром супроводжується значним відхиленням осі ствола від вертикалі, що неприпустимо при експлуатації підйомних засобів, тому що не витримується нормативна вимога до припустимих відхилень осі ствола. Буріння ствола уступами зі зменшенням діаметра до проектного на останньому уступі й постійному заповненні ствола промивною рідиною кріпленням металевими трубами товщиною до 15 мм обмежує діапазон традиційно використовуваних видів кріплення, виключає можливість використання, наприклад тюбінгової й набризк-бетонної через неможливість доступу робітників у незакріплений простір ствола, заповнений промивною рідиною. Таким чином, використання відомого способу спорудження вертикального ствола призводить до збільшення строків уведення ствола в експлуатацію й матеріальних витрат через поділ у часі операцій по бурінню й кріпленню ствола. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення способу спорудження вертикального шахтного ствола, у якому за рахунок технологічних особливостей забезпечується можливість буріння ствола з підвищеною дискретністю постійного діаметра по глибині, рівного проектному діаметру з одночасним закріплюванням кріплення одного діаметра, що дозволяє здійснювати комплексні заходи щодо своєчасного виявлення й запобігання обвалоутворенню і відхиленню 1 UA 100202 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 осі ствола від вертикалі, що приводить до зниження строків уведення ствола в експлуатацію при скороченні енергетичних і матеріальних витрат. Поставлена задача вирішується тим, що в способі спорудження вертикального шахтного ствола, що включає дискретне буріння ствола суцільним вибоєм з передачею обертання буру через бурову колону від розташованого на поверхні ротора з видаленням утвореної пульпи на поверхню і кріплення ствола по завершенні буріння кожної дискретної частини, згідно з винаходом, буріння кожної дискретної частини ствола ведуть у два етапи із заливаниям води в ствол перед початком буріння до установлювання рівня води на 6-7 м вище вибою ствола, при цьому буріння на першому етапі ведуть зверху донизу частини ствола діаметром, рівним внутрішньому діаметру кріплення, без видалення пульпи на поверхню й припиняють його після поглиблення вибою ствола на 4-5 м нижче торця кріплення попередньої дискретної частини, після чого видаляють пульпу на поверхню, а на другому етапі буріння ведуть знизу нагору частини ствола діаметром, рівним зовнішньому діаметру кріплення, до нижнього торця кріплення попередньої дискретної частини без видалення пульни на поверхню й по завершенні другого етапу буріння пульпу видаляють на поверхню. Суть пропонованого винаходу пояснюється кресленнями, на яких показана схема розміщення устаткування на різних етапах спорудження ствола: фіг. 1 - при бурінні дискретної частини зверху донизу; фіг. 2 - при видаленні пульпи після першого етапу буріння; фіг. 3 - при бурінні дискретної частини знизу нагору; фіг. 4 - при видаленні пульпи після другого етапу буріння. На фігурах показані: прохідницький копер 1; насос 2; ротор 3; підроторна рама 4; прохідницька баддя 5; прохідницький поміст 6; бурова колона 7; кріплення 8; ствол 9; рівень 10 води; незакріплений простір 11 ствола; бур 12, що складається з декількох променів, на яких шарнірно встановлені розширники 13, причому кількість променів визначається діаметром прохідного ствола 9 з урахуванням забезпеченим повного перекриття вибою й можливістю вільного проходу між суміжними променями усмоктувальної лінії шламового насоса й робітників, а розширники 13 установлені з можливістю переведення з неробочого вертикального положення в робоче - горизонтальне положення; шламовий насос 14. Перед початком робіт зі спорудження вертикального шахтного ствола на устя ствола 9 установлюють насос 2, споруджують прохідницький копер 1 і на підроторну раму 4 установлюють ротор 3. У ствол 9 опускають бурову колону 7 з буром 12 діаметром, рівним внутрішньому діаметру кріплення 8, розширники 13 якого встановлюють у неробоче вертикальне положення. У ствол 9 заливають воду для охолодження бура 12 і утворення в процесі буріння на вибої пульпи (суміш вибуреної породи з водою), до установлювання рівня води на 6-7 м вище вибою ствола. На першому етапі здійснюють обертальне буріння суцільним вибоєм дискретної частини ствола діаметром, рівним внутрішньому діаметру кріплення 8, зверху донизу буром 12, з передачею обертання від розташованого на поверхні ротора 3 буру 12 через бурову колону 7 (фіг. 1). Буріння ведуть без видалення пульпи на поверхню й припиняють його після поглиблення вибою ствола 9 на 4-5 м нижче торця кріплення 8 попередньої дискретної частини, для забезпечення стійкості стінок незакріпленої частини ствола 9. Потім у ствол 9 опускають прохідницький поміст 6 з робітниками, прохідницькою баддею 5 і шламовим насосом 14 з урахуванням того, щоб прохідницький поміст 6 зупинився на відстані 0,5-1,0 м від рівня 10 води в стволі 9. З поверхні бурову колону 7 з буром 12 провертають із розрахунку забезпечення можливості пропуску усмоктувальної лінії шламового насоса 14 між двома суміжними променями бура 12 і здійснюють видалення пульпи, що утворилася в процесі буріння, шламовим насосом 14 по гнучкому трубопроводу в прохідницьку баддю 5, з наступним підйомом бадді на поверхню для її розвантаження (фіг. 2). Для прискорення можна опускати одночасно два насоси й завантажувати пульпу у дві бадді. Потім розширники 13 переводять із вертикального неробочого положення в робоче горизонтальне положення в присутності у вибої робітників і прохідницький поміст 6 з робітниками піднімають на поверхню до устя ствола 9. У ствол 9 заливають воду для охолодження бура 12 і утворення в процесі буріння на вибої пульпи (суміш вибуреної породи з водою) до установлювання рівня води на 6-7 м вище вибою ствола. На другому етапі здійснюють обертальне буріння даної дискретної частини ствола діаметром, рівним зовнішньому діаметру кріпленням 8, знизу нагору, що забезпечується горизонтальним положенням розширників 13 бура 12, до їхнього підходу на відстань 0,2-0,3 м 2 UA 100202 C2 5 10 15 20 25 30 35 до нижнього торця кріплення 8 попередньої дискретної частини без видалення пульпи на поверхню (фіг. 3). У робочому положенні розширники 13 виходять за межі бура й при бурінні руйнують породу в стінках ствола 9 нижче кріплення 8 попередньої дискретної частини до діаметра, рівного зовнішньому діаметру кріплення 8. Потім у ствол 9 опускають прохідницький поміст 6 з робітниками, прохідницькою баддею 5 і шламовим насосом 14 з розрахунком того, щоб прохідницький поміст 6 зупинився на рівні нижнього торця кріплення 8 попередньої дискретної частини. З поверхні бурову колону 7 з буром 12 провертають із розрахунку забезпечення можливості пропуску усмоктувальної лінії шламового насоса між двома суміжними променями бура 12 і потім здійснюють видалення пульпи, що утворилася в процесі буріння, шламовим насосом 14 у прохідницьку баддю 5, з наступним підйомом бадді на поверхню для її розвантаження (фіг. 4). Після видалення пульпи незакріплену дискретну частину стінок ствола кріплять по відомих технологіях, використовуваних при сполученій схемі проходки ствола. При цьому конструкція бура 12 дозволяє пропускання через бур усмоктувальної лінії шламового насоса й знаходження робітників на бурі на період кріплення й виконання всіх прохідницьких операцій, крім буріння. Таким чином, використання пропонованого способу забезпечує можливість буріння ствола з підвищеною дискретністю постійного діаметра по глибині, рівного проектному діаметру, з одночасним закріплюванням кріплення одного діаметра, що дозволяє здійснювати комплексні заходи щодо своєчасного виявлення й запобігання обвалоутворенню і відхиленню осі ствола від вертикалі, що приводить до зниження строків уведення ствола в експлуатацію при скороченні енергетичних і матеріальних витрат. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб спорудження вертикального шахтного ствола, що включає дискретне буріння ствола суцільним вибоєм з передачею обертання буру через бурову колону від розташованого на поверхні ротора з видаленням утвореної пульпи на поверхню і кріплення ствола по завершенні буріння кожної дискретної частини, який відрізняється тим, що буріння кожної дискретної частини ствола ведуть у два етапи із заливанням води в ствол перед початком буріння до установлювання рівня води на 6-7 м вище вибою ствола, при цьому буріння на першому етапі ведуть зверху донизу частини ствола діаметром, рівним внутрішньому діаметру кріплення, без видалення пульпи на поверхню й припиняють його після поглиблення вибою ствола на 4-5 м нижче торця кріплення попередньої дискретної частини, після чого видаляють пульпу на поверхню, а на другому етапі буріння ведуть знизу нагору частини ствола діаметром, рівним зовнішньому діаметру кріплення, до нижнього торця кріплення попередньої дискретної частини без видалення пульпи на поверхню й по завершенні другого етапу буріння пульпу видаляють на поверхню. 3 UA 100202 C2 4 UA 100202 C2 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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 5