Файл: Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 153
Скачиваний: 5
а м п у л ь н о е и л и п а т р о н н о е , когда на забой с помощыо воды или воздуха подается заряд жидкого или твердого ВВ в оболочке. Заряд инициирует или в результате его удара о забой, или от инер ционного детонатора накольного типа;
с т р у й н о е , когда |
из емкостей с поверхности по трубкам |
|||
подаются к |
дозирующим |
устройствам |
взрывобура, |
расположенного |
над забоем, |
горючее и |
окислитель, |
образующие |
при смешивании |
в процессе подачи их на забой взрывчатую смесь. В струю подается инициатор (эвтектический сплав калия и натрия), который вызывает сначала горение, а затем взрыв жидкого плоского заряда на поверх ности забоя.
Взрыв каждого заряда разрушает некоторый объем породы, кото рый затем с помощью жидкости или воздуха выносится на поверх ность. В результате многократных последовательных взрывов обра зуется скважина.
Патронный способ бурения глубоких скважин. В случае примене ния ж и д к и х в з р ы в ч а т ы х с м е с е й разрушение породы происходит при взрыве на забое скважины ампул-зарядов в пластмас совой оболочке. В ампуле имеются два отделения, разделенных хрупкой перегородкой, которые заполняются жидкими компонен- тами-горючим и окислителем, в отдельности они не взрываются.
В качестве горючего используется соляровое |
масло или бензол, |
|
в качестве |
окислителя — тетранитрометан. Для |
безопасности в об |
ращении с |
ампулой ее в процессе бурения заряжают окислителем |
|
и горючим |
с помощью автоматической питательной установки. Сна |
ряженные ампулы, вводимые с заданной частотой в поток промы вочной жидкости, следуют по колонне труб, ускоряются метательным соплом и при ударе о забой взрываются. При прохождении ампулы через суженную часть метательного сопла ее внутренняя перегородка разрушается, и компоненты смешиваются, образуя высокочувстви тельное ВВ. Время смешивания исходных компонентов ~1,5 с, поэтому частота подачи ампул на забой не должна превышать 40 в минуту. Зазор между метательным соплом и забоем во время буре ния поддерживается равным 200—500 мм для того, чтобы ампулы взрывались в центре забоя и сопло не повреждалось при взрывах. При взрыве порода непосредственно под зарядом разрушается и отде ляется от массива, образуя зону дробления (рис. 200).
За пределами зоны дробления образуются трещины и другие нару шения сплошности породы. Эта область называется з о н о й п р е д - р а з р у ш е н и я . При многократном повторении взрывов увели чивается число и протяженность трещин и частицы породы отделяются при напряжениях, меньших разрушающих.
Разрушение породы происходит также и в боковом направлении с постепенным увеличением диаметра скважины, в результате чего призабойная часть скважины имеет коническую форму. Стенки сква
жины разрушаются под |
действием гидравлического удара. |
Участок |
||
массива, |
примыкающий |
к |
стенкам скважины, называется |
з о н о й |
г и д р а |
в л и ч е с к о г о |
д е й с т в и я . Образование трещин здесь |
происходит под влиянием многократно возникающих знакоперемен ных напряжений и расклинивающего действия жидкости, заполня ющей трещины в породе. Размер зоны гидравлического действия по
высоте скважины |
для ампул с |
зарядом 50 г |
составляет |
|
1,5—2 м, |
|||||||||||
|
|
|
|
углубление |
скважины |
диаметром |
||||||||||
|
|
|
|
250—300 мм за один |
взрыв |
около |
||||||||||
|
|
|
|
10 мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Наиболее |
|
мелкие |
частицы от |
|||||||||
|
|
|
|
деляются |
в зоне дробления, |
более |
||||||||||
|
|
|
|
крупные — в зоне предразрушения, |
||||||||||||
|
|
|
|
особенно |
|
крупные |
куски |
породы |
||||||||
|
|
|
|
(200—400 г) — в |
|
зоне |
гидравли |
|||||||||
|
|
|
|
ческого |
действия. |
Стенки образу |
||||||||||
|
|
|
|
ющейся скважины |
из-за |
|
неуправ |
|||||||||
|
|
|
|
ляемости разрушения |
в зоне гид |
|||||||||||
|
|
|
|
равлического |
|
действия |
|
имеют |
||||||||
|
|
|
|
много |
каверн. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
Куски разрушенной породы ве |
||||||||||||
|
|
|
|
сом до 80 г выносятся |
циркулиру |
|||||||||||
|
|
|
|
ющим |
потоком промывочной жид |
|||||||||||
|
|
|
|
кости |
(обычно |
глинистого |
рас |
|||||||||
|
|
|
|
твора). При этом расход жидкости |
||||||||||||
|
|
|
|
составляет |
50—60 л/с. Патронное |
|||||||||||
|
|
|
|
бурение нефтяных скважин испы- |
||||||||||||
|
|
|
|
тывалось |
|
при |
|
глубине |
более |
|||||||
|
|
|
|
700 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
При увеличении глубины сква |
||||||||||||
|
|
|
|
жины |
от 1000 до 2000 м проходка |
|||||||||||
|
|
|
|
на взрыв |
|
снижается |
в 2—3 раза, |
|||||||||
|
|
|
|
что объясняется не только ухудше |
||||||||||||
|
|
|
|
нием |
разрушаемости |
пород с глу |
||||||||||
|
|
|
|
биной |
вследствие |
увеличения их |
||||||||||
|
|
|
|
пластичности, |
но |
и |
технологиче |
|||||||||
Р и с . 200. Зон ы воздействия н а породу |
скими |
трудностями. При бурении |
||||||||||||||
скважин глубиной до 1000 м часто |
||||||||||||||||
последовательных взрывов пр и пат |
||||||||||||||||
та посылки ампул в скважины до |
||||||||||||||||
|
ронном |
бурении: |
||||||||||||||
а — при взрывании |
в |
воздухе; б — при |
стигала |
600—700 в час. |
|
|
|
|||||||||
взрывании |
в жидкости; L — общая зона |
Наибольшая |
достигнутая про |
|||||||||||||
разрушения |
забоя скважины; Hg — зона |
ходка |
взрывами |
за рейс |
инстру |
|||||||||||
бокового разрушения; |
Д Я — углубление |
|||||||||||||||
на взрыв; 1 — зона |
дробления; г — зона |
мента |
в |
|
скважину |
около |
100 м, |
|||||||||
бокового действия взрыва; з — зона пред |
скорость |
бурения |
16 м/ч |
на глу |
||||||||||||
разрушения; 4 — зона |
гидравлического |
|||||||||||||||
|
действия взрыва |
бине до |
1000 м |
и до 2 м/ч — на |
||||||||||||
|
|
|
|
глубине |
более |
2000 м. |
|
|
|
|||||||
Установлено, что в породах, у которых прочность на сжатие раз |
||||||||||||||||
личается в 13—15 раз, проходка на взрыв изменяется всего в 1,5 |
раза, |
т. е. при взрывном бурении прочностные характеристики пород ока зывают существенно меньшее влияние на эффективность процесса, чем при механических способах проходки. Объем разрушения
за взрыв в значительной степени зависит от пластичности
пород. |
|
Стоимость патронного способа бурения в 2- -3 раза выше стои- |
|
мости бурения шарошечными долотами. |
|
П р и б у р е н и и в з р ы в а м и з а р я д о в |
т в е р д ы х |
ВВ на границе воздух — порода большая часть энергии взрыва пере дается воздушной среде. Из-за большой сжимаемости воздуха проис ходят необратимые потери энергии, и воздействие взрыва на боковые
стенки скважины значительно |
слабее, |
|
||
чем в жидкости. Диаметр скважины по |
Воздух |
|||
лучается значительно меньше, |
чем при |
|||
|
||||
проходке, заполненной жидкостью сква |
|
|||
жины. |
Для получения диаметра сква-. |
|
||
жины 200—220 мм при этом способе |
|
|||
требуется заряд весом 300—350 г. Глу |
|
|||
бина |
проходки за взрыв возрастает в |
Патроны |
||
|
|
|
Рис. 201. Патрон твердого В В : |
Рис. 202. |
Принципиальная |
|
- тротиловый |
заряд; 2 — оболочка; 3 —инерцион |
схема установки дл я бурения |
|
ный |
накольный детонатор |
скважин патронами твердого |
|
|
|
|
ВВ |
несколько раз и скважина имеет более правильную |
цилиндрическую |
форму (см. рис. 200).
Экспериментальное бурение осуществлялось зарядами флегматизированного гексогена и тротила (рис. 201) весом 300—500 г в пласт массовом корпусе с капсюлем накольного действия (плотность ВВ 1,56—1,58 г/см3 ). Заряд с капсюлем соединяется автоматически непо средственно перед пуском заряда в скважину.
В период 1958—1964 гг. бурение экспериментальных скважин на карьерах осуществлялось при помощи взрывобура, навешенного на ударно-канатный станок БС-1. Принципиальная схема бурения патро нами твердого ВВ показана на рис. 202.
При испытаниях этого способа порода разрушалась в основном на куски размером 10—15 мм, которые за 8—10 с полностью выноси лись из забоя. При этом частота посылки патронов не должна превы шать 8 в минуту, расчетная скорость бурения скважины диаметром
200 мм составляет 10—15м/ч. Было пройдено семь скважин глубиной от 9 до 20 м.
Средний расход патронов на 1 м скважины на Бакальском место рождении в сидеритах и доломитах 26, в кварцитах — 15. Удельный расход ВВ 0,16—0,3 кг/дм3 . Скважину предварительно забуривали в верхнем нарушенном слое уступа станками ударно-канатного бурения и ее устье обсаживали стальной трубой.
Оптимальная форма заряда — цилиндрическая с отношением высоты к диаметру около единицы. Увеличение этого отношения больше единицы ведет к увеличению диаметра скважины, так как уве личивается число взрывов, воздействующих на стенки скважины.
Углубление скважины за взрыв можно определить по формуле
АН = К3От, |
(ХУЛ) |
где К3 — коэффициент, зависящий от |
характеристики заряда |
и свойств породы; |
|
Q— вес заряда, кг;
т^ 1/2 — показатель степени.
Нижний срез рабочей штанги располагается на расстоянии 250— 500 мм от забоя. Во время опытов на забой подавали два—четыре патрона ВВ при неподвижной штанге, а затем корректировали рас
стояние от среза трубы до забоя. |
|
Подача в скважину 20—25 м3 /мин воздуха обеспечивает |
полное |
удаление разрушенной породы. |
|
Диаметр скважины находится по формуле |
|
d = K3Qn, |
(XV.2) |
где п = х /з — показатель степени.
Исследование зависимости между свойствами пород и величиной углубления на взрыв при бурении скважин зарядами твердого ВВ позволило установить, что эта величина возрастает с уменьшением плотности породы и повышением ее крепости. Сопротивляемость различных горных пород взрывному бурению целесообразно оцени вать по прямой технологической пробе, т. е. путем определения вели чины проходки в данной горной породе в результате взрывов несколь ких зарядов и вычисления среднего значения.
ИГД им. А. А. Скочинского предложены бескапсюльные заряды жидкого ВВ (смесь четырехокиси азота и солярового масла), которые предусматривается приготавливать автоматически на станке, пода вать в трубопровод и разгонять для устойчивой детонации при ударе о забой до скорости 100—120 м/с. Разработаны патроны для бурения скважин диаметром 150, 200 и 250 мм зарядами соответственно весом 150, 200 и 300 г.
Основные недостатки бурения зарядами твердого ВВ: сложность забуривания скважин; невозможность проходки скважин в трещино ватых породах; невозможность бурения обводненных скважин; зна чительные затраты времени на продувку после каждого взрыва;