Устройство для разрушения монолитных объектов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ, включающее корпус с камерами сгорания и расширения, разделенными перегородкой с запорным клапаном, поршень-боек и ударник, последовательно размещенные за перегородкой в камере расширения, патрубок подвода сжатого воздуха в камеру расширения, отличающеес я Тем, 4TOj с целью повышения эффективности разрушения за счет равномерного распределения энергии удара в объеме разрушаемого объекта, устройство снабжено подъемным поршнем с отверстием для ударника, установленным в камере расширения, и герметизатором , установленным на торце корпуса со стороны ударника, выполненным с отверстием для ввода ударника и каналами для перепуска через герметизатор жидкости и воздуха, герметизирующим пак ером, расположе.нным на поверхности герметизатора , и фиксирующим пакером, рас- . положенным в герметизаторе на стенке для ввода ударника, при этом торец (Л ударника между поршнем-бойком и подъемным поршнем выполнен с упором, отверстие для ударника в подъемном пормне - с клапанным седлом для упора ударника, а полость корпуса между подъемным .nopiimeM и герметизатором сообщена с патрубком подвода сжатого воздуха. QO СО 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(59 F. 21 С 37/06. (21) 3572156/22-03 (22) 05.02.83 (46) 23.05.84. Бюл, В 19 (72) Д.П. Лобанов, Е.Г. Фонберштейн, С.П. Экомасов, А;А. Лебедев и О.В. Подмарков (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геолого-разведочный институтим. Серго Орджоникидзе (53) 622.2352622.233.059(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 386140, кл, Е 21 Г 37/00, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 804834 кл. Е 21 С 37/14, 1978 .(прототип).

1 (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУБ!ЕНИЯ

МОНОЛИТНЫХ ОБЬЕКТОВ, включающее корпус с камерами сгорания и расширения, разделенными перегородкой с запорным клапаном, поршень-боек и ударник, последовательно размещенные sa перегородкой в камере расширения, патрубок подвода сжатого воздуха в камеру расширения, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что с целью повышения эффективности разрушения за счет равномерного распределения энергии удара в объеме разрушаемого объекта, устройство снабжено подъемным поршнем с отверстием для ударника, установленным в камере расширения, и герметизатором, установленным на торце корпуса со стороны ударника, выполненным с отверстием для ввода ударника и каналами для перепуска через герметизатор жидкости и воздуха, герметизирующим пакером, расположенным на наружной поверхности герметизатора, и фиксирующим пакером, расположенным в герметизаторе на стенке

Ф для ввода ударника, при этом торец ударника между поршнем-бойком и подьемным поршнем выполнен с упором, отверстие для ударника в подъемном поршне — с клапанным седлом для упо- а ра ударника, а полость корпуса между подъемным,поринем и герметизатором сообщена с патрубком подвода сжатого воздуха.

1093810

Мзобретение предназначено для разрушения мерзлых грунтов, горных пород и монолитных объектов и может быть использовано в горном деле и строительстве. 5

Известно устройство для разрушения горных пород, включающее корпус с ударником, нагнетательное приспособление с пневмогидравлическим аккумулятором и стопором (l), 10

Однако устройство характеризуется недостаточной эффективностью разрушения пород вследствие ограниченной энергии удара, обеспечиваемой пнев могидроаккумулятором. t5

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разрушения монолитных объектов, включающее корпус с камерами сгорания и расширения, разделенными перегородкой с запорным клапаном, поршень-боек и ударник, последователь" но размещенные за перегородкой в камере расширения, патрубок подвода сжатого воздуха в камеру расширения, В устройстве процесс разрушения горных пород имеет динамический характер. При внедрении в поверхностный слой горной породы рабочего ин- 30 струмента в разоушаемом породном массиве формируется импульс давления большой амплитуды и большой скорости нарастания давления, В горной породе при этом возникает большое количество микро- и макротрещин, по которым и происходит разрушение f2) .

Однако вследствие того, что распределение давления в толще разрушаемой среди крайне неравномерно, 40 объем отбиваемой за цикл горной породы невелик, так как большая часть энергии тратится непроизводительно, в частности уносится волной сжатия.

Целью изобретения является повьппе- 45 ние эффективности разрушения за счет равномерного распределения энергии удара в объеме разрушаемого объекта

Для достижения укаэанной цели устройство для разрушения монолитных объектов; включающее корпус с камерами сгорания и расширения, разделенными перегородкой с запорным клапаном, поршень-боек и ударник, последовательно размещенные за перегородкой в камере расширения, патрубок подвода сжатого воздуха в камеру расширения, снабжено подъемным поршнем с отверстием для ударника, установленным в камере расширения, и герметизатором, установленным на торце корпуса со стороны ударника, выполненным с отверстием для ввода ударника и каналами для перепуска через герметизатор жидкости и воздуха, герметизирующим пакером, расположенным на наружной поверхности герметизатора, и фиксирующим пакером, расположенным в герметизаторе на стенке отверстия для ввода ударника, при этом торец ударника между поршнем-бойком и подъемным поршнем выполнен с упором, отверстие для ударника в подъемном поршне — с клапанным седлом для упора ударника, а полость корпуса между подъемным поршнем и герметизатором сообщена с патрубком подвода сжатого воздуха.

На фиг. 1 представлен ударный механизм, поперечный разрез; на фиг. 2система питания.

Ударный механизм содержит цилиндрический корпус l разделенный перегородкой 2 с центральным отверстием

3 и седлом 4 на камеры сгорания 5 и расширения 6. В корпусе 1 размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень-боек 7, отделяющий подбойковую полость 8 корпуса l с патрубком 9 в ее боковой стенке от камеры 6 расширения. При этом камера 5 сгорания оборудована впускным 10 и выхлопным 11 клапанами, свечой 12 зажигания и трубой 13, в нижней, более широкой ступени которой размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения запорный клапан 14. К нижней части коргуса 1 присоединен герметизатор

l5 устья скважины. В его тело встроены герметизирующий пакер 16, соединенный каналом 17 с верхним торцом герметизатора 15 устья, фиксирующий пакер 18, соединенный каналом !9 с верхним торцом герметизатора устья, подпружиненные якори 20, соединенные каналом 21 с нижним торцом герметизатора, Перепускной канал 22 соединяет нижний и верхний торцы герметизатора 15 а.канал 23. подпитки, соединяющий также верхний торец герметизатора 15 с нижним, снабжен обратным клапаном 24. В осевом отверстии герметизатора размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения ударник 25 в виде

1093810 штока, верхняя часть которого оборудована клапаном 26.

В корпусе 1 коаксиально штоку 25 размещен с возможностью возвратнопоступательного перемещения относительно корпуса 1 и штока 25 подъем-: ный поршень 27, подпружиненный пружиной 28. Подъемный поршень 27 имеет осевое отверстие 29 с седлом 30 и отделяет от подбойковой полости 8 1О подпоршневую полость 31 взвода, в нижней части которой выполнен радиальный канал 32, связывающий эту полость с системой питания сжатым, воздухом. Нижняя часть ударника 25 15 снабжена упорной шайбой 33.

Система питания включает воздушную линию, содержащую ресйвер 34 (фиг. 2) с вентилем 35, соединительный трубопровод 36, буферный ресивер 20

37, оборудованный регулятором 38 давления и электропневматическим клапа-. ном 39, топливную .линию, содержащую топливный бак 40, оборудованный обратным клапаном 41 и вентилем 42, 25 и топливный клапан 43, смесевую линию, содержащую воздухораспределитель 44 и смеситель 45, соединенный с впускным клапаном 10- линию герметизации, содержащую ресивер 46 высо- 30 кого давления, вентиль 47, регулятор 48 давления и электропневматический клапан 49; линию подпитки, содержащую емкость 50 для жидкости, оборудованную обратным клапаном 51 и

35 злектропневматическим клапаном 52; линию управления, содержащую стабили. зирующий ресивер 53 с обратным клапаном 54> электропневматические клапаны 55-57, регулятор 58 давления и трубопроводы 59 и 60.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы открывают вентиль 35 (фиг. 2) и соединяют ре- 45 сивер 34 компрессора с воздушной линией. С помощью регулятора 38 давления в ресивере 37 устанавливают давление, необходимое для осуществления подъема поршня-бойка 7 (фиг. 1) 50 и полученного поршня 27, а с помощью регулятора 58 давления (фиг, 2) устанавливают величину давления, необходимую для удержания ударника

25 фиксирующим пакером !8 в подвешенном состоянии. Включением эпектропневматического клапана 56 в пакер

18 по каналу 19 подают сжатый воздух и ударник 25 фиксируют в крайнем верхнем положении. Включением электропневматического клапана 39 подают сжатый воздух по каналам 9 и 32. При . этом в начале подъема поршень-боек

7 перекрывает патрубок 9 и, вслед ствие расширения воздуха, поступающего. через канал 32, подъемный поршень 27 движется вверх, поднимая ударный поршень.-боек 7. При достижении крайнего верхнего положения поршень"боек 7.открывает отверстие патрубка 9, давление в полостях 8 и 31. выравнивается, а подъемный поршень

27 опускается на пружину 28. Далее отпускают стопор (не показан), удерживающий поршень в крайнем верх» нем положении в транспортном положении. Затем герметизатор 15 устья погружают в скважину (пустую или заполненную водой). Открывают вентиль

47 на ресивере 46 высокого давления, устанавливают с помощью регулятора

48 давления давление для герметизирующего пакера 16. Включают электропневматический клапан 49 и сжатый газ под установленным давлением поступает по каналу 17 в пакер 16,герметизирующий устье скважины. Далее включают электропневматические клапаны 52 и

57. При этом жидкость из емкости 50 по каналу 23 через обратный клапан 24 поступает в полость скважины, вытесняя по каналу 22 через эпектропнев-. мзтический клапан 57 воздух.в атмосферу.

При появлении воды из электропневматического клапана 57,свидетельст- вующем о полном заполнеии скважины водой, его выключают, Клапан,52 остается открытым, осуществляя подпитку полости скважины жидкостью при возможных утечках; Давление жидкости в скважине достаточно для удержания ударника 25 в верхнем положении, но не достаточно для подъема системь ударник 25 — боек 7 (при ограниченной площади нижнего торца ударника). Превьппение давления жидкости в скважине над заданным уровнем недопустимо вследствие возможности нарушения сплошности стенок скважины и ее разгерметизации (например, при работе в мерзлых породах). Затем включают электропневматический клапан 56> поскольку ударник 25 удерживается в верхнем положении давлением жидкости в скважине. Далее включа1093810 ют электропневматичес;: клапан 55.

При этом сжатый воздух из стабилизирующего ресивера 53 поступает на мембраны бензинового клапана 43 и воздухораспределителя 44, открывая их. Из воэдухораспределителя 44 воздух по трубопроводу 59 подводится к выхлопному клапану 11 и он закрывается, а по трубопроводу 60 и трубе 13 к клапану 14, который садится па седло 4 и перекрывает отверстие

3 в перегородке 2. Одновременно в смеситель 45 поступают воздух из лоздухораспределителя 44 и бензин из бензоглапана 43, смешиваются в нем и по трубопроводу через впускной клапан 10 г. виде бепзиновоздушной смеси поступает в камеру 5 сгорания, По окончании закачки одновременно отключают олектропневматические клапаны

52 и 55. Цри этом ресивер 50 отсе.;«ется от канала 23, бензиновый кла" и"<». 43 закрывается.

Одновременно с этим воздухораспре. елитель 44 закрывается и соединяет с атмо< ферой полости трубопроводов

59 и 60. а также трубопровода, соединяющего смесйтель 45 с клапаном 10.

Одн,зьременно автоматически отключаетt .ë электропневматический клапан 39, ЗО соединяя подбойковуи полость 8 с атмосферой, и подается импульс на свечу 12 зажигания, При этом бензиновоздушная смесь в камере сгорания воспламеияется, давление там быстро возрастает, этим давлением клапан 14 перемещается в крайне верхнее положение, так как на него после соединения полости трубы 60 с атмосферой перестает действовать сила, прижимаю-10 щая клапан 14 к седлу 4. Продукты сгорания по огверстию 3 истекают в камеру 6 расширения и воздействуют на боек 7. Конструкция клапанов 14 и 11 расчитана таким образом, что инерция первого обеспечивает открывание отверстия 3 только при наборе заданного давления в камере сгорания, а второго — после разгона поршиябойка 7. Боек 7 разгоняется, вытесняя воздух из подбойковой полости 8 в атмосферу по каналу 9, наносит удар по ударнику 25 и далее перемещается вниз вместе с ним. При внедрении ударника 25 в жидкость давление в ней резко повышается и происходит разрушение породы. Поскольку сжимаемость жидкости невелика, то импульс давления в ней имеет ударный характер. Параметры импульса, обеспечивающие разрушение горных пород, устанавливают путем подбора соотношений энергии бойка 7 к объему жидкости в скважине и диаметра ударника 25 к объему жидкости. в скважине. Герметизация устья скважины обеспечивается с помощью герметизирующего пакера 16, а выталкивание устройства из скважины предотвращают якори 20, на которые действуют давление жидкости, через каналы 21. Причем,чем выше давление в жидкости, тем больше сила, вдавливающая якори 20 в стенки сква жины. После разрушения породы жидкость из скважины вытекает, и ударник 25 опускается в крайнее нижнее положение. При этом клапан 26 садится на седло 30 и ударник 25 перемещается вниз вместе в поршнем 27. Для предотвращения удара поршня о корпус герметизатора 15 устья скважины под поршнем установлена пружина 28. Пос". ле разрушения пород исчезает давление, выталкивающее якори 20, и якори под действием пружин возвращаются в исходное положение. Выключением электропневматического клапана 49 полость герметизирующего пакера 16 соединяют с атмосферой, Затем включают электроиневматический клапан

39, и сжатый воздух из буферного ресивера 37 поступает по каналу 32 в подпоршневую полость 31. Канал 9 при этом перекрыт телом бойка 7, находящегося в крайнем нижнем положении.

Цикл повторяется.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществлять высокопроизводительную проходку горных выработок путем создания высокого давления в жидкости, заполняющей скважину, 1093810

ВНИИПИ Захва 3393/28 Таам 564 Иодиисиое филиал ППП "Яажвт", r,Óûîðîä, ул.Проевтная, 4