Спосіб заповнення низхідних свердловин речовиною в рукаві та пристрій для його здійснення

Реферат: Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний при заряджанні вертикальних або крутопохилих сухих і обводнених свердловин вибуховою речовиною (далі ВР), а також при необхідності розміщення в свердловинах яких-небудь сипучих або рідких речовин, упакованих у рукава. У способі заповнення низхідних свердловин речовиною в рукаві, що включає гальмування рукава в процесі його сходу в свердловину, у міру заповнення рукава речовиною силу гальмування рукава збільшують. У пристрої для заповнення низхідних свердловин речовиною в рукаві, що містить пустотілу напрямну, пакетований рукав, що охоплює її, і гальмові пристрої, пакет рукава розділений на секції, а гальмові пристрої розміщені в нижній частині кожної секції. Технічним результатом цього винаходу є розроблення способу і пристрою, які забезпечують підвищення надійності процесу формування стовпа вибухової речовини у рукаві в свердловині при забезпеченні потрібної якості заряду вибухової речовини. UA 105717 C2 (12) UA 105717 C2 UA 105717 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до гірничої справи і може бути використаний при заряджанні вертикальних або крутопохилих сухих і обводнених свердловин вибуховою речовиною (далі ВР), а також при необхідності розміщення в свердловинах яких-небудь сипучих або рідких речовин, упакованих у рукава. Відомі спосіб і пристрій [1] для заповнення низхідних свердловин речовиною в рукав, у яких рукав збирають у пакет з осьовим отвором з можливістю сходу рукава в свердловину. Пакет установлюють в устя свердловини або над свердловиною і подають у нього ВР. У процесі подачі ВР рукав сходить у свердловину під його вагою. У процесі сходу ВР рукав гальмують. У цьому пристрої використовується один рукав. У сучасній практиці підривних робіт при використанні доступних і недорогих матеріалів, як правило, це не забезпечує або необхідних міцнісних характеристик або герметичності. Так, при формуванні заряду наливних ВР шляхом розміщення їх у поліетиленових рукавах останні розтягуються в поперечному напрямку, а при формуванні зарядів наливних або сипучих ВР у більш міцних поліпропіленових рукавах відбувається взаємодія свердловинної води з ВР, оскільки ці рукави негерметичні. Відомий пристрій [2], а також спосіб укладання рукава та пристрою для розміщення ВР у рукаві [3], в яких як рукав використовується подвійний рукав - внутрішній і зовнішній, які можуть бути або заздалегідь вставлені один в інший або сформовані в пакети таким чином, що в процесі подачі ВР внутрішній рукав входить у зовнішній. У цьому способі і пристрої не визначені характеристики сили гальмування рукава, які є одним з визначальних факторів процесу формування якісного заряду в рукаві. У випадку невідповідності сили гальмування силовому впливу на пристрій з боку рукава в свердловині, у який подається ВР, можливий цілий ряд негативних явищ, які погіршують або унеможливлюють процес формування стовпа ВР у рукаві. Найбільш суттєвими з них є: - зменшення натягу рукава через його зайвий схід під дією сили тертя подаваного ВР об внутрішню поверхню рукава при знаходженні нижнього торця рукава на дні свердловини або в обводненій свердловині, якщо стовп ВР, поринаючи у воду, перебуває на плаву; - потоплення сформованої частини стовпа ВР і здавлювання рукава над ним свердловинною водою; - непотоплення сформованої частини стовпа ВР в обводненій свердловині через необґрунтовано високу силу гальмування. При цьому сили, що діють на пристрій, в процесі подачі ВР у свердловину змінюються внаслідок зміни довжини рукава, що зійшов у свердловину, ваги стовпа речовини, поданого в рукав, висоти стовпа води. Найбільш близьким технічним рішенням до цього винаходу є спосіб і пристрій для заповнення низхідних свердловин речовиною в рукав [4], у яких рукав, зібраний на порожнистій напрямній, установлюється в устя свердловини або над нею. Через напрямну подається ВР, і в процесі сходу рукава під вагою ВР рукав гальмується із силою, що дорівнює або перевищує силу тертя ВР об внутрішню поверхню рукава. Однак зазначені спосіб і пристрій не передбачають необхідного збільшення сили гальмування рукава в міру подачі ВР у рукав і його сходу в свердловину. Така зміна сили гальмування функціонально відповідає збільшенню сили тертя ВР об внутрішню поверхню рукава внаслідок збільшення площі тертьової поверхні, за рахунок збільшення шляху переміщення ВР відносно рукава. Це характерно як при переміщенні ВР у сухій свердловині, так і в обводненій при використанні ВР, щопроходить по рукаву, стиснутому свердловинною водою, наприклад, щільної рідкої ВР. При недостатній силі гальмування рукава відбувається витягування "зайвого" рукава, слабшає його натяг, який у свою чергу супроводжується підвищенням сили тертя, згинанням і скручуванням рукава, що приводить до припинення процесу формування стовпа ВР або до неоднорідності сформованого стовпа ВР у рукаві в свердловині. Більш складним є процес формування стовпа ВР у рукаві в обводненій свердловині, якщо ця ВР за своїми властивостями не проходить через стиснутий водою рукав. У цьому випадку необхідне виконання умов, коли верх сформованого стовпа ВР перебуває постійно над дзеркалом води в свердловині, а частина сформованого стовпа поринає у воду, перебуваючи на плаву. При цьому спочатку для забезпечення затоплення стовпа ВР необхідна порівняно невелика сила гальмування. У міру нагромадження ВР у рукаві для утримання його стовпа над водою необхідно збільшувати силу гальмування. Установлення постійної сили гальмування високого рівня, який виключає зазначені недоліки в обводненій свердловині, може привести до іншого ускладнення - неможливості початку здійснення процесу формування стовпа ВР або його зупинку при підйомі стовпа води в свердловині при зануренні в неї сформованої частини ВР. Це явище відбувається як результат 1 UA 105717 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 діючих сил - ваги ВР у рукаві з урахуванням виштовхувальної сили на стовп ВР у воді і сили гальмування рукава. У сухій свердловині та свердловині з незначним рівнем води завдання формування стовпа ВР у рукаві може бути розв'язане встановленням постійної сили гальмування (у межах міцності рукава). Однак застосування цього принципу гальмування при формуванні стовпа ВР в умовах високої обводненості свердловини, коли встановлена сила гальмування може перевищити допустиму силу гальмування внаслідок обмеження висоти розміщення напрямної рукава над свердловиною, приведе до неможливості формування стовпа ВР. Крім того, при високому рівні води (коли вона може видавлюватися зі свердловини і виливатися через устя) установлення сили гальмування виходячи з умови незатоплення сформованої частини стовпа ВР кінцевої маси може призвести до зупинки процесу формування стовпа ВР, коли сумарної маси частково сформованого стовпа ВР в обводненій і сухій його частинах буде недостатньо для подолання встановленої сили гальмування. Тому, з огляду на різноманітність умов формування стовпа ВР у рукаві і неможливість їх визначення на момент виготовлення пристрою заряджання, а також можливі ситуації, що зупиняють процес формування стовпа ВР, установлення постійного гальмування є неефективним і недоцільним. Більш надійним є спосіб формування стовпа ВР, при якому зі збільшенням довжини сходу рукава збільшується сила гальмування. Технічною задачею цього винаходу є розроблення способу і пристрою, які забезпечують підвищення надійності процесу формування стовпа ВР у рукаві в свердловині при забезпеченні потрібної якості заряду ВР. Зазначена технічна задача розв'язується тим, що у способі заповнення свердловин речовиною в рукаві, що включає гальмування рукава в процесі його сходу в свердловину, в міру заповнення рукава речовиною силу гальмування рукава збільшують. При цьому силу гальмування рукава збільшують неперервно або ступенево. У пристрої для заповнення свердловин речовиною в рукаві, що містить пустотілу напрямну, пакетований рукав, що охоплює її, та гальмові пристрої, пакет рукава розділений на секції, а гальмові пристрої розміщені в нижній частині кожної секції. Крім того, пустотіла напрямна обладнана зовнішніми кільцевими виступами. Крім того, кільцеві виступи виконані парними. Крім того, гальмові пристрої розміщені між парами виступів. Крім того, рукав обладнаний зовнішнім додатковим рукавом. Крім того, додатковий рукав зібраний у пакет. Винахід пояснюється графічними матеріалами, де схематично представлене найкраще виконання пристрою, що заявляється. Звернемося до фіг. 1, на якій зображено пристрій, що включає циліндричну пустотілу напрямну 1 з лійкою 2, пакетований рукав 3 із секціями 3.1 і 3.2, кільцевий виступ 4, що утримує рукав у верхній частині напрямної 1 і жорстко пов'язаний з нею, закріп 5, який може бути виконаний з шпагату, гальмо 6 у вигляді гумового кільця і тримач 7 гальма 6, який може бути виконаний у вигляді рукава, верхню частину якого утримує закріп, гальмо 8 і тримач 9 гальма, які можуть бути виконані аналогічно 6 і 7. Звернемося до фіг. 2, на якій додатково до зображених на фіг. 1 показані кільцеві виступи 10, 11 і 12, жорстко закріплені на напрямній 1. Над виступом 10 розміщене гальмо 6, а між виступами 11 і 12 розміщене гальмо 8. Звернемося до фіг. 3, на якій схематично зображено переріз пристрою (повернуто) з додатковим рукавом 13, гальмом 14 і тримачем цього гальма 15, виконаним у вигляді рукава, який одночасно є чохлом пристрою. Крім того, тут пакет рукава додатково містить секцію 3.3. Спосіб заповнення свердловин речовиною (вибуховою речовиною) у рукаві реалізується пристроєм у такий спосіб. У пристрої, зображеному на фіг. 1, розміщеному в свердловині (не позначена), рукав 3 зібрано на циліндричній напрямній 1 у секції 3.1 і 3.2, кожна з яких притискається в нижній частині відповідно гальмом 6 і гальмом 7. Рукав утримується на напрямній через утримуючий виступ 4 закрепом 5, який також утримує тримачі 7 і 9 гальм 6 і 8. При подачі у воронку 2 речовини рукав поступово спускається в свердловину, утримуваний спочатку гальмом 8, а потім, у міру його сходу, і гальмом 6; сила гальмування при цьому збільшується неперервно. У пристрої, зображеному на фіг. 2, гальмо 6 розміщене над кільцевим виступом 10, а гальмо 8 - між кільцевими виступами 11 і 12. При подачі речовини рукав 3 спочатку утримується гальмом 8 до повної витрати секції 3.2, а потім з невеликим ривком, долаючи виступ 10, 2 UA 105717 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 утримується гальмом 6 і далі спільно діючими гальмами 6 і 8. Наявність кільцевих виступів 10, 11 і 12 у взаємодії з гальмами 6 і 8 створює ступеневе збільшення зусилля гальмування рукава 3. У пристрої на фіг. 3, у порівнянні з попередніми, рукав 3 додатково містить секцію 3.3, а гальмо 14 і внутрішня поверхня пакета додаткового рукава 13 створюють силу гальмування на початку процесу подачі речовини і сходу в свердловину рукава секції 3.3. У міру сходу рукава сила гальмування зростає ступенево за рахунок підсумувальної дії гальм 8 і 6. Виступи на напрямній забезпечують збільшення сили гальмування за рахунок вигинів рукава та підвищення сили притиснення його гальмовими кільцями. У результаті збільшення гальмового зусилля в міру заповнення рукава речовиною і сходу в свердловину підвищується надійність формування стовпа ВР незалежно від обводненості свердловини і поліпшується якість руйнування порід вибухом. При цьому пристрій забезпечує можливість механізованої зарядки свердловини, що в підсумку знижує трудомісткість і час робіт із заряджання свердловин. Спосіб, що заявляється, може бути використаний при заповненні свердловин ВР як в одношаровому, так і у двошаровому рукаві, що складається з двох рукавів - внутрішнього і зовнішнього, заправлених один в інший. Заявлений спосіб може застосовуватися і при використанні рукавів, що складаються з більшої кількості шарів. При цьому зміна сили гальмування може здійснюватися неперервно та/або ступенево, шляхом використання для сходу рукавів пристроїв, у яких застосовуються кілька гальмових пристроїв з необхідними характеристиками гальмування, які включаються в роботу послідовно, у міру сходу рукава з ВР. У випадку застосування подвійного рукава підвищення сили гальмування здійснюється насамперед дією на внутрішній рукав, що контактує із ВР, оскільки саме він є силовим елементом, у якому формуються втягувальні зусилля, обумовлені вагою стовпа ВР і його тертям об внутрішню поверхню рукава. Зовнішній рукав виконує функції силового каркаса, що запобігає поперечній деформації та розриву рукава під тиском стовпа ВР, а також захисної оболонки при розривах і проколах внутрішнього рукава об виступи і шорсткості стінок у процесі переміщення в свердловині. Формування роздільних пакетів рукавів спрощує виготовлення пристрою для заряджання і знижує його трудомісткість, оскільки виключає операцію розміщення одного рукава в іншому. Крім того, прикладення гальмових зусиль до одного лише внутрішнього рукава підвищує надійність процесу гальмування, оскільки виключається проковзування одного рукава відносно іншого при їх затисканні гальмовим пристроєм і знижується об'єм складок, що можуть при цьому виникнути. Гальмові пристрої у вигляді кілець, що охоплюють рукав, забезпечують його гальмування шляхом притиснення рукава до поверхні напрямної і створення тим самим сили тертя рукава при його сході в свердловину. Різні варіанти виконання гальмових кілець у комбінації з виступами на напрямній забезпечують функціонування пристрою у великому діапазоні технікотехнологічних умов. Джерела інформації: 1. Патент РФ № 2111450, МКИ F42D1/06 "Устройство для заполнения скважин веществом в рукав". 2. Патент України № 68945, МПК F42D1/08 "Пристрій для заповнення низхідних свердловин речовиною в рукав". 3. Патент України № 62457, МПК F42D1/00 "Спосіб розміщення вибухової речовини в рукав у низхідній свердловині, спосіб укладання рукава (варіанти) і пристрій для розміщення речовини в рукаві (варіанти) ". 4. Патент РФ № 2104473, МКИ F42D1/08 "Способ заполнения скважин веществом в рукав и устройство для его осуществления". 5. Патент України № 23031, МПК F42D1/08. 3 UA 105717 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 1. Спосіб заповнення свердловин речовиною в рукаві, що включає гальмування рукава в процесі його сходу в свердловину, який відрізняється тим, що в міру заповнення рукава речовиною силу гальмування рукава збільшують. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що силу гальмування рукава збільшують неперервно або ступенево. 3. Пристрій для заповнення свердловин речовиною в рукаві, що містить пустотілу напрямну, пакетований рукав, що охоплює її, та гальмові пристрої, який відрізняється тим, що пакет рукава розділений на секції, а гальмові пристрої розміщені в нижній частині кожної секції. 4. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що пустотіла напрямна обладнана зовнішніми кільцевими виступами. 5. Пристрій за п. 4, який відрізняється тим, що кільцеві виступи виконані парними. 6. Пристрій за п. 5, який відрізняється тим, що гальмові пристрої розміщені між парами виступів. 7. Пристрій за п. 3, який відрізняється тим, що рукав обладнаний зовнішнім додатковим рукавом. 8. Пристрій за п. 7, який відрізняється тим, що додатковий рукав зібраний у пакет. 4 UA 105717 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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