RU2019663C1 - Method for drilling blastholes - Google Patents

Method for drilling blastholes Download PDF

Info

Publication number
RU2019663C1
RU2019663C1 SU4834873A RU2019663C1 RU 2019663 C1 RU2019663 C1 RU 2019663C1 SU 4834873 A SU4834873 A SU 4834873A RU 2019663 C1 RU2019663 C1 RU 2019663C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drilling
cutting tool
drill
rock
solution
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Филиппович Овчинников
Владимир Андреевич Кошеленко
Алексей Иванович Бочарников
Николай Александрович Галкин
Георгий Иванович Глухов
Константин Юрьевич Плахотнюк
Валерий Алексеевич Труфанов
Николай Иванович Нестеренко
Original Assignee
Виталий Филиппович Овчинников
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Виталий Филиппович Овчинников filed Critical Виталий Филиппович Овчинников
Priority to SU4834873 priority Critical patent/RU2019663C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2019663C1 publication Critical patent/RU2019663C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

FIELD: mining. SUBSTANCE: method includes feeding of rotating borer to blasthole bottom, breaking of rocks by cutting tool and flushing of blasthole with aqueous solution of sodium or potassium carbonate in concentration of 6-20 mas.%. Novelty consists in use of flushing fluid in form of aqueous solution of alkali metal carbonates ensuring combined destructive thermochemical action on hard sandstones in drilling blastholes. EFFECT: higher drilling rate. 1 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, а точнее - к способам ускорения бурения шпуров по крепким песчаникам, имеющим крепость 10 и более по шкале проф. М.М.Протодъяконова. The invention relates to mining, and more specifically, to methods for accelerating drilling of holes in strong sandstones having a strength of 10 or more on a scale of prof. M.M. Protodyakonova.

Известен способ бурения шпуров по горным породам, включающий подачу вращающегося бура с режущим инструментом на забой шпура, разрушение породы режущим инструментом, промывку шпура водой для удаления буровой мелочи (1). A known method of drilling holes in rocks, including feeding a rotating drill with a cutting tool to drill the hole, breaking the rock with a cutting tool, washing the hole with water to remove drill trifle (1).

Известный способ имеет следующие недостатки. Промывка шпуров водой способствует только удалению буровой мелочи и практически не влияет на скорость бурения, энергозатраты и расход режущего инструмента. The known method has the following disadvantages. Washing holes with water only contributes to the removal of drilling fines and has virtually no effect on the drilling speed, energy consumption and cutting tool consumption.

Известен способ ускорения бурения крепких песчаников, включающий подачу вращающегося бура с режущим инструментом на забой шпура, разрушение породы режущим инструментом, промывку шпура водными растворами поверхностно-активных веществ (ПАВ) (2). A known method of accelerating the drilling of strong sandstones, including feeding a rotating drill with a cutting tool to cut a hole, breaking up the rock with a cutting tool, washing the hole with aqueous solutions of surfactants (2).

ПАВ - это вещества, молекулы или ионы которых в водном растворе под действием молекулярных сил концентрируются на поверхности раздела жидкости и твердого тела. Эффект понижения твердости пород при использовании ПАВ основан на расширении активными веществами микротрещин, образующихся на забое скважины под воздействием породоразрушающих инструментов. Surfactants are substances whose molecules or ions in an aqueous solution under the influence of molecular forces are concentrated on the interface between a liquid and a solid. The effect of lowering the hardness of the rocks when using surfactants is based on the expansion of microcracks by active substances that form at the bottom of the well under the influence of rock cutting tools.

Существенным недостатком известного способа является неспособность ПАВ эффективно разрушать крепкие горные породы, в частности, крепкие песчанки, крепостью 10 и более по шкале проф. М.М.Протодъяконова, состоящие в основном из диоксида кремния. A significant disadvantage of this method is the inability of the surfactant to effectively destroy strong rocks, in particular, strong gerbils, with a strength of 10 or more on the scale of prof. M.M. Protodyakonova, consisting mainly of silicon dioxide.

Кроме того, известно, что в зоне разрушения породы режущим инструментом, особенно при вращательным бурении, температура повышается вследствие механического трения инструмента по породе, а в таких условиях активность ПАВ падает за счет снижения адсорбции - (2, с. 168). In addition, it is known that in the zone of rock destruction by a cutting tool, especially during rotary drilling, the temperature rises due to mechanical friction of the tool along the rock, and under such conditions the surfactant activity decreases due to a decrease in adsorption - (2, p. 168).

Целью предлагаемого способа является повышение скорости бурения по крепким песчаникам при одновременном снижении удельных затрат и расхода режущего инструмента. The aim of the proposed method is to increase the drilling speed in hard sandstones while reducing unit costs and cutting tool consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе бурения шпуров, включающем подачу вращающего бура с режущим инструментом на забой шпура, разрушение породы режущим инструментом и промывку шпура жидкостью, в качестве промывочной жидкости используют водные растворы карбонатов щелочных металлов NaCO3 или К2СO3 с концентрацией 6-20 %.This goal is achieved by the fact that in the known method of drilling holes, including feeding a rotary drill with a cutting tool to bore a hole, destroying the rock with a cutting tool and washing the hole with a liquid, aqueous solutions of alkali metal carbonates NaCO 3 or K 2 CO 3 s are used as the washing liquid concentration of 6-20%.

В результате достигается растворение диоксида кремния, из которого в основном и состоят крепкие песчанки. Как следствие, существенно снижается механическая прочность крепкого песчаника, что и обеспечивает значительное повышение скорости бурения при одновременном снижении удельных энергозатрат и расхода режущего инструмента. As a result, the dissolution of silicon dioxide is achieved, from which strong gerbils mainly consist. As a result, the mechanical strength of strong sandstone is significantly reduced, which ensures a significant increase in drilling speed while reducing specific energy consumption and consumption of cutting tools.

Сущность взаимодействия раствора щелочей и карбонатов щелочных металлов с песчаником состоит в следующем. The essence of the interaction of a solution of alkalis and alkali metal carbonates with sandstone is as follows.

Песчаники как горная порода состоят в основном из диоксида кремния SiO2, и представляют собой осадочную горную породу из спрессовавшегося песка. Песок - это крупинки кварца SiO2.Sandstones as a rock consist mainly of silicon dioxide SiO 2 , and are sedimentary rock of compacted sand. Sand is quartz grains of SiO 2 .

В воде SiO2 практически нерастворим. Являясь ангидридом кремневой кислоты, он легко переходит в силикат при реакции со щелочами:
SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O;
SiO2 + 2KOH = K2SiO3 + H2O; (силикаты щелочных металлов растворимы в воде).
SiO 2 is practically insoluble in water. Being silicic anhydride, it easily passes into silicate by reaction with alkalis:
SiO 2 + 2NaOH = Na 2 SiO 3 + H 2 O;
SiO 2 + 2KOH = K 2 SiO 3 + H 2 O; (alkali metal silicates are soluble in water).

Аналогичным образом SiO2 реагирует при реакции с карбонатами щелочных металлов:
SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO

Figure 00000001
;
SiO2 + K2CO3 = K2SiO3 + CO
Figure 00000002
;
Аморфный диоксид кремния можно легко перевести в раствор при взаимодействии с растворами NaOH, KOH, NaCO3, K2CO3; при этом образуются растворимые в воде силикаты щелочных металлов (Реми Г. Курс неорганической химии, том 1, М., 1963, с. 534. Изд. иностр. лит. пер. с немецкого, XI издания).Similarly, SiO 2 reacts with a reaction with alkali metal carbonates:
SiO 2 + Na 2 CO 3 = Na 2 SiO 3 + CO
Figure 00000001
;
SiO 2 + K 2 CO 3 = K 2 SiO 3 + CO
Figure 00000002
;
Amorphous silicon dioxide can easily be converted into solution by interaction with solutions of NaOH, KOH, NaCO 3 , K 2 CO 3 ; in this case, water-soluble silicates of alkali metals are formed (Remy G. Course of Inorganic Chemistry, Volume 1, Moscow, 1963, p. 534. Ed. foreign literary translation from German, XI edition).

Как установлено и предложено, одновременное комплексное воздействие температурного фактора (при механическом бурении) значительно усиливает химическое воздействие карбонатов щелочных металлов Na2CO3 или K2CO3 с концентрацией 6-20 %, что не порочит новизны предложенного способа.It has been established and proposed that the simultaneous complex effect of the temperature factor (during mechanical drilling) significantly enhances the chemical effect of alkali metal carbonates Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 with a concentration of 6-20%, which does not discredit the novelty of the proposed method.

Ослабленный таким образом крепкий песчаник легко разрушается инструментом и вымывается из шпура. The strong sandstone weakened in this way is easily destroyed by the tool and washed out of the hole.

Законы химической кинетики - закон действия масс (Гельдберг, Вааге) и правило Вант-Гоффа утверждают, что с повышением концентрации реагирующих веществ скорость химической реакции возрастает (Некрасов В.В. Курс общей химии. М., 1954, с. 121 - 129). The laws of chemical kinetics - the law of mass action (Geldberg, Vaage) and Vant-Hoff rule - state that the rate of a chemical reaction increases with an increase in the concentration of reacting substances (Nekrasov V.V. Course in General Chemistry. M., 1954, p. 121 - 129) .

На основе экспериментальных исследований, проведенных в Стахановском филиале КГМИ, установлена следующая зависимость требуемой концентрации раствора от крепости песчаника. Based on experimental studies conducted at the Stakhanov branch of KSMI, the following dependence of the required solution concentration on the strength of sandstone was established.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что в качестве промывочной жидкости для шпуров используют более активные (по сравнению с прототипом) водные растворы карбонатов щелочных металлов с концентрацией 6-20 %. При этом более высокие концентрации применяют при более крепких песчаниках и при необходимости значительного увеличения скорости бурения. A comparative analysis of the proposed method with the prototype shows that the proposed method differs from the known one in that more active (in comparison with the prototype) aqueous solutions of alkali metal carbonates with a concentration of 6-20% are used as washing liquid for holes. At the same time, higher concentrations are used for stronger sandstones and, if necessary, a significant increase in the drilling speed.

Кроме того, в отличие от прототипа, где применяемый раствор оказывает на породу только физическое воздействие, в предлагаемом способе предложенный раствор оказывает на породу активное комплексное термохимическое воздействие. In addition, in contrast to the prototype, where the applied solution has only a physical effect on the rock, in the proposed method, the proposed solution has an active complex thermochemical effect on the rock.

Таким образом, предлагаемый способ соответствует критерию "новизна". Поскольку предлагаемый способ характеризуется новыми признаками и новой совокупностью признаков, а именно - новым химическим составом промывочной жидкости, новой концентрацией ее, а также повышенной активностью воздействия на песчаник вследствие комплексного термохимического взаимодействия, то это обеспечивает в совокупности достижение нового совокупного эффекта - повышение скорости бурения при одновременном снижении энергозатрат и расхода режущих коронок. Поэтому предлагаемый способ соответствует критерию "существенные отличия". Thus, the proposed method meets the criterion of "novelty." Since the proposed method is characterized by new features and a new set of features, namely, the new chemical composition of the washing liquid, its new concentration, as well as increased activity on sandstone due to complex thermochemical interaction, this ensures the achievement of a new cumulative effect - an increase in drilling speed when at the same time reducing energy consumption and consumption of cutting crowns. Therefore, the proposed method meets the criterion of "significant differences".

Сравнение предлагаемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и смежных областях техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this and related fields of technology did not reveal the signs that distinguish the proposed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences" is met.

На чертеже изображено одно из возможных устройств, с помощью которых может быть реализован предлагаемый способ. The drawing shows one of the possible devices by which the proposed method can be implemented.

Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из бура 1 с режущим инструментом 2, буровой машины 3, например, колонкового электросверла или пневмоперфоратора, муфты 4 на буре 1 для подачи промывочного раствора через канал в буре на забой 5 шпура 6, насоса 7 для принудительной подачи промывочного раствора из емкости 8, оросительного трубопровода 9 для подачи воды и емкости 10 для раствора карбонатов щелочных металлов. Гибкий шланг 11 служит для подачи раствора от насоса 7 в муфту 4 бура 1. A device for implementing the proposed method consists of a drill 1 with a cutting tool 2, a drilling machine 3, for example, a core drill or pneumatic drill, a coupling 4 on the drill 1 for supplying a washing solution through a channel in the drill to the bottom face 5 of a hole 6, a pump 7 for forcing a washing a solution from a tank 8, an irrigation pipe 9 for supplying water and a tank 10 for a solution of alkali metal carbonates. A flexible hose 11 is used to supply the solution from the pump 7 to the coupling 4 of the drill 1.

Устройство работает следующим образом. В емкости создают требуемую концентрацию промывочного раствора, заливая в емкость 8 требуемые объемы воды, карбонатов щелочных металлов Na2CO3 или К2СO3 соответственно из трубопровода 9 и емкости 10. Количество воды и щелочи, которое необходимо залить, определяют с помощью простейших расходометров (не показаны).The device operates as follows. The required concentration of the washing solution is created in the tank, pouring the required volumes of water, alkali metal carbonates Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 into the tank 8, respectively, from the pipeline 9 and the tank 10. The amount of water and alkali to be filled is determined using simple flow meters (not shown).

После создания в емкости 8 раствора необходимой концентрации, включают насос 7, посредством которого подают промывочный раствор по гибкому шлангу 11 в канал бура 1 через боковую муфту 4. Из канала бура 1 раствор поступает в забой 5 шпура 6, где термохимически взаимодействует с горной породой, преимущественно крепким песчаником, размягчая его. Химически размягченную породу легко разрушают режущим инструментом 2, которому сообщают вращательно-поступательное движение от буровой машины 2. Буровая мелочь вымывается из шпура 6 раствором. Отработанный раствор стекает самотеком по канавке на почве выработки в отстойник (не показаны). Из отстойника раствор после осадки породной мелочи может снова подаваться в емкость 8 для повторного использования, либо выдаваться на поверхность. After creating the necessary concentration in the tank 8, turn on the pump 7, through which the flushing solution is supplied through a flexible hose 11 to the drill channel 1 through the side coupling 4. From the drill channel 1, the solution enters the bottom 5 of the hole 6, where it thermochemically interacts with the rock, mostly strong sandstone, softening it. Chemically softened rock is easily destroyed by a cutting tool 2, which is informed of rotational-translational movement from the drilling machine 2. Drilling fines are washed out of the borehole 6 with a solution. The spent solution drains by gravity along the groove on the soil of production into the sump (not shown). After sedimentation of rock fines from the settler, the solution can again be supplied to the tank 8 for reuse, or may be delivered to the surface.

Использование предлагаемого способа ускорения бурения крепких песчаников обеспечивает по сравнению с существенными способами следующие преимущества:
1. Повышение скорости проведения подготовительных выработок за счет сокращения времени на бурение шпуров.
Using the proposed method for accelerating the drilling of strong sandstones provides the following advantages compared to significant methods:
1. Increasing the speed of preparatory workings by reducing the time for drilling holes.

2. Повышение производительности труда бурильщиков, т.к. при размягченной породе реже приходится менять режущий инструмент за счет чего повышается коэффициент машинного времени. 2. Improving the productivity of drillers, because with softened rock, less often it is necessary to change the cutting tool due to which the coefficient of machine time increases.

3. Снижаются энергозатраты и расход резцов. 3. Reduced energy and tool consumption.

Экспериментальная проверка предложенного способа проведена на шахте им. Менжинского ПО "Первомайскуголь" при прохождении полевого штрека на гор. 1047 м, при коэффициенте крепости песчаника равном 11 по шкале М.М.Протодъяконова. Применение 9% -ного водного раствора Na2CO3 или K2CO3при бурении позволило сократить время бурения 78 шпуров (полный цикл) с полутора смен (9 ч) до одной смены (6 ч).An experimental verification of the proposed method was carried out at the mine. Menzhinsky PA "Pervomaiskugol" during the passage of field drift on the mountains. 1047 m, with a sandstone strength factor of 11 on the M. M. Protodyakonov scale. The use of a 9% aqueous solution of Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 during drilling allowed to reduce the drilling time of 78 holes (full cycle) from one and a half shifts (9 hours) to one shift (6 hours).

Claims (1)

СПОСОБ БУРЕНИЯ ШПУРОВ, включающий подачу вращающегося бура с режущим инструментом на забой шпура, разрушение породы режущим инструментом и промывку шпура жидкостью, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости бурения по крепким песчаникам при одновременном снижении удельных затрат и расхода режущего инструмента, в качестве промывочной жидкости используют водные растворы карбонатов щелочных металлов Na2CO3 или K2CO3 с концентрацией 6 - 20%.METHOD FOR DRILLING HOLES, including feeding a rotating drill with a cutting tool to drill a hole, destroying the rock with a cutting tool and flushing the hole with liquid, characterized in that, in order to increase the drilling speed in hard sandstones while reducing specific costs and cutting tool consumption, as a flushing tool liquids use aqueous solutions of alkali metal carbonates Na 2 CO 3 or K 2 CO 3 with a concentration of 6 - 20%.
SU4834873 1990-06-05 1990-06-05 Method for drilling blastholes RU2019663C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4834873 RU2019663C1 (en) 1990-06-05 1990-06-05 Method for drilling blastholes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4834873 RU2019663C1 (en) 1990-06-05 1990-06-05 Method for drilling blastholes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2019663C1 true RU2019663C1 (en) 1994-09-15

Family

ID=21518513

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4834873 RU2019663C1 (en) 1990-06-05 1990-06-05 Method for drilling blastholes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2019663C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Яцких В.Г., Имас А.Д., Спектор Л.А., Горные машины и комплексы, М.: Недра, 1974, с.53. *
2. Воздвиженский Б.И., Голубинцев О.Н., Новожилов А.А., Разведочное бурение, М.: Недра, 1979, с.169. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BR0304209A (en) Method of uniformly introducing a treatment fluid into an underground production zone penetrated by a wellbore
US20050022988A1 (en) System for increasing productivity of oil, gas and hydrogeological wells
DK0524183T3 (en) Borehole and method and apparatus for shaping this
US3792903A (en) Uranium solution mining process
RU2019663C1 (en) Method for drilling blastholes
Karekal Oscillating disc cutting technique for hard rock excavation
FR2360748A1 (en) REINFORCEMENT OF ROCKS
Gauert et al. A progress report on ultra-high-pressure waterjet cutting underground: the future of narrow reef gold and PGE mining
US3951458A (en) Method of explosive fracturing of a formation at depth
RU2148171C1 (en) Method of mineral deposit mining
RU2457329C2 (en) Method for production of diamonds in permafrost kimberlitic deposits
RU2189435C1 (en) Method of well completion
Wilson et al. The development of waterjets for rock excavation
US4239287A (en) Solution mining potassium chloride from heated subterranean cavities
RU2311533C1 (en) Rock failure method and device
Deliac et al. Theoretical and practical investigations of improved hard rock cutting systems
Summers et al. Progress in Rock Drilling
RU2166637C2 (en) Method of preparing coal seams for extraction
JPH0631529B2 (en) Excavation method for hard rock
RU2792623C1 (en) Method of combined development of complex structure deposits
SU1046485A1 (en) Method for crosscutting wells in underground salt leaching
CN116970383A (en) Bionic rock invasion reagent for silicate rock breaking and auxiliary rock breaking method thereof
RU2118452C1 (en) Method for testing ore waste dumps or mineralized rock at geotechnological treatment and chemical reclamation
SU1731964A1 (en) Method for degassing gas-bearing and fire-hazardous seams
Arvanitides et al. Drilling at Santorini volcano, Greece