Устройство для термического расширения буровых скважин

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1710731 А1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ б

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4813771/03 (22) 16.04.90 (46) 07.02.92, Бюл. М5 (71) Кр оро с и горнорудный wc wyr (72) В.Д.Ицхакин (53) 622.243.94 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР.

%642475, кл, Е 21 С 37/16, 1979.

Авторское свидетельство СССР

М 80254.8, кл. Е 21 С 37/16, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО

РАСШИРЕНИЯ БУРОВЫХ СКВАЖИН . (57) Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано при расширении буровых скважин, Цель изобретения — повышение эффективности работы за счет (я)5 Е 21 С 37/16, 37/18, Е 21 В 7/14, 7/28 стабилизации величины ввода тепловой энергии в породу при одновременном упрощении конструкции, Источник тепла — парогенератор — выполнен в виде съемного контейнера 4 с клапаном 3 и коническим соплом 8. В контейнере 4 размещен сетчатый контейнер 5 с телами 6 иэ нержавеющей ферромагнитной стали. Электронагревательный элемент 7 выполнен в виде многовиткового индуктора, размещенного вокруг контейнера 4. Индукционный нагрев тел-6 обеспечивает генерацию пара со стабильной температурой; который поступает на забой через сопло 8. За счет повышенного градиента температур пара обеспечивается высокая эффективность разрушения. 1 ф з.п.ф-лы, 2 ил.

1710731

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для расширения буровых скважин с одновременным или последовательным их бурением.

Известны термические расширители буровых скважин, имеющие корпус, буровой став и механический породоразрушающий инструмент.

Недостатком известного термического расширителя является низкая эффективность процесса термического расширения иэ-за малого коэффициента ввода тепловой энергии в породу при конвективном теплообмене газовой струи с поверхностью скважины, сложность конструкции, низкие санитарно-гигиенические условия труда вследствие выделения вредных продуктов отходящих газов плазменной струи(окислов азота NO) в количествах, превышающих санитарные. нормы.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является TM (термомеханический) орган горных машин, содержащий в качестве источника тепла парогенератор, в котором теплоносителем является водяной пар.

Однако эффективность расширения при его использовании недостаточна, так как известная конструкция не обеспечивает ввод стабильного потока тепловой энергии в породу забоя, сложна по реализации, а значит, недостаточно надежна.

Цель изобретения — повышение эффек. тивности расширения скважин за счет стабилизации коэффициента ввода тепловой энергии в породу, упрощения конструкции устройства, . Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для термического расширения скважин содержится в качестве источника тепла парогенератор, в котором геплоносиа телем является водяной пар, парогенератор выполнен в виде съемного контейнера с входным и выходным отверстиями, внутри которого размещен сетчатый контейнер, заполненный телами из нержавеющей ферромагнитной стали, снабжен клапаном на входном отверстии и коническим соплом на выходном, вокруг контейнера размещен электронагревательный элемент в виде многовиткового индуктора, а выполнены контейнеры из нержавеющей нематнитной . стали, Предлагаемое уетройство отличается от известного тем, что.содержит парогенератор, выполненный в виде сьемного контейнера с сетчатым контейнером внутри, полость которого заполнена телами из нержавеющей ферромагнитной стали, электронагревательный элемент выполнен в виде многовиткового индуктора, а перегретый пар на забой выпускают через конусообразное сопло.

На фиг.1 изображена схема устройства для термического расширения буровых скважин; на фиг,2 — индукторы, изготовленные из трубок с круглым и прямоугольным сечениями и соответствующие им нагревательные слои корпуса устройства, поперечные сечения.

Устройство (фиг.1) содержит корпус 1, буровую штангу 2, клапан 3 для подачи воды, контейнер из немагнитной стали 4, сетчатый внутренний контейнер 5, эаполненный телами 6 из нержавеющей ферромагнитной стали, электронагревательный элемент 7 в виде многовиткового индуктора, сопла 8 для выпуска рабочего тела (перегретого пара) на породу забоя.

Корпус 1 устройства выполнен цилиндрическим и и эволяет получить равномерный нагрев тел индукционными токами индуктора 7. При индукционном нагреве величина настила вихревых токов достигается одинаковой лишь в случае объектов самых простых геометрических форм (в том числе цилиндрической). Индуктор 7 изготовлен иэ меди (медь наиболее электро- и теплопроводный материал). Выбор формы сечения трубки индуктора поясняется чертежом (фиг,2), Трубки прямоугольного сечения имеют более высокий КПД, чем индуктор иэ круглой трубки. При этом потери в индукторе, изготовленном из трубки прямоугольного сечения, примерно на 10 Д меньше, чем в таких же индукторах, но иэ круглой трубки.

Стабилизация теплового потока энергии, вводимой в породу, обеспечивается эа счет постоянной температуры пара 750 < t<

< 800ОС, которая, в свою очередь, достигается за счет того, что тела 6, заполняющие полость сетчатого контейнера 4, изготовленные из нержавеющего ферромагнитного материала, индукционными токами нагреваются до температуры. ограниченной точкой Кюри, выше которой ферромагнитные свойства исчезают. При изменении температуры магнитная проницаемость меняется. Точка, после которой,и = 1, носит название температуры Кюри 0. Для некоторых видов железа 768 < 0 850 С.

Устройство работает следующим образом.

Вода через клапан 3 впрыскивается через входное отверстие в контейнер 4, где разогретые индукционными токами металлические тела из ферромагнетика, заключенные в сетчатый контейнер 5, равномерно вращающийся, омываясь во1710731

Фнг. З

Составитель А.Толстов

Редактор О.Головач Техред M.ÌîðãåHòàë Корректор М.Демчик

Заказ 31Э Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 дой, образуют пар со стабильной температурой в пределах 750 < t <.800ОС, Струи пара вытекают через сопловой аппарат 8 конической формы, обращенный к поверхности забоя, и равномерно воздействуют на породу, создавая равномерные зоны глубокого нагрева стенок расширяемой скважины с последующим разрушением горной породы за счет созданных температурных напряжений и механического воздействия на породу высокотемпературных струй пара.

За счет создания более высокого (по сравнению с прототипом) градиента темпе-. ратур предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность разрушения; Кроме того, так как предлагаемое устройство в качестве рабочего тела использует перегретый пар, то полностью исключены вредные продукты сгорания, что значительйо улучшает санитарно-гигиенические условия труда.

Поскольку на разрушаемую породу предлагаемое устройство воздействует только струями перегретого пара,его конструктивное решение не содержит компрессора для подачи сжатого воздуха, смесителя для образования паровоздушной смеси. Механическое воздействие на разрушаемую породу оказывают струи перегретого пара, не воздействуют механическим породоразрушающим инструментом. Таким образом, конструктивная реализация по сравнению с прототипом упрощена, Устройство создает более надежный эффект воздействия на разрушаемую породу конструктивно более простыми средствами.

Применение предлагаемого устройст ва на открытых горных работах позволяет

5 по сравнению с прототипом производить увеличение диаметра скважины термическим способом в 1,4 — 1,6 раза, расширить сетку скважин в 1,6 — 1,8 раза и увеличить выход горной массы с 1 пог.м скважины в

10 1,5 раза, Формула изобретения

1. Устройство для термического расширения буровых скважин, содержащее источ15 ник тепла s виде парогенератора для образования рабочего тела в виде водяного пара, электронагревательный элемент и сопло для подачи рабочего тела на забой, î Tл и ч а ю щ е е с я тем; что, с целью повыше20 ния эффективности работы за счет стабилизации величины ввода тепловой энергии в породу при одновременном упрощении конструкции,. парогенератор выполнен в виде съемного контейнера с входным и выход25 ным отверстиями, на которых установлены соответственно клапан и коническое сопло, и размещенного в нем сетчатого контейнера с телами из нержавеющей ферромагнитной стали, причем электронагревательный эле30 мент выполнен в виде многовиткового индуктора и .размещен вокруг съемного контейнера:

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что съемный и сетчатый контейнеры

35. выполнены из нержавеющей немагнитной стали.