Скважинное устройство для образования направленных трещин

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для добычи ценного кристаллического сырья и природного камня, разборки завалов и сооружений, дробления негабаритов. Устройство включает трубчатую оболочку, заполненную пластичным веществом. В одном ее конце установлена заглушка, а на другой ее конец навинчен стакан, имеющий центральное отверстие с резьбой, куда ввинчен винт с рукояткой. В трубчатой оболочке выполнены продольные прорези, а между ее внутренней поверхностью и пластичным веществом установлена трубка с продольными прорезями таким образом, что продольные прорези трубчатой оболочки и трубки совпадают в плоскости формирования трещины и не совпадают в других местах. На трубчатую оболочку надета эластичная оболочка. Повышается эффективность устройства за счет распора не только стенок скважины, но и поверхностей формируемой трещины подачей в нее пластичного вещества под давлением, а также за счет увеличения надежности работы путем упрощения его конструкции. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для добычи ценного кристаллического сырья и природного камня, разборки завалов и сооружений, дробления негабаритов.

Известно скважинное устройство для образования направленных трещин по патенту РФ №2230185, кл. Е21В 43/26, Е21С 37/04, опубл. в БИ №16, 2004 г., включающее трубу, установленный на конце трубы распорный элемент, систему нагнетания жидкости в трубу, узел вращения трубы относительно распорного элемента. Распорный элемент выполнен в виде витой пружины с контактирующими между собой витками, один конец которой соединен с трубой неподвижно. Часть витков пружины имеет диаметр, больший диаметра скважины.

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно не способно формировать трещины вдоль скважины. Оно имеет сравнительно высокую трудоемкость эксплуатации из-за необходимости его вкручивания в скважину на всю длину до забоя.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является распорное устройство по патенту РФ №2236585, кл. Е21С 37/10, опубл. в БИ №26, 2004 г., включающее трубчатую оболочку с торцевыми элементами. Трубчатая оболочка выполнена из продольных металлических полос, которые установлены внахлест и жестко скреплены на концах. Трубчатая оболочка заполнена пластичным веществом. В одном ее конце установлена заглушка, а на другой ее конец надето кольцо с внешней резьбой, на которое навинчен стакан, имеющий центральное отверстие с резьбой, куда ввинчен винт с рукоятками.

В этом устройстве отсутствует возможность подачи в формируемую трещину пластичного вещества. Поэтому при отделении горной породы от массива либо разрушения сравнительно больших блоков природного камня для роста начальной трещины, возникающей в результате распора стенок скважины (шпура), необходимо увеличивать усилие распора. Кроме этого, из-за удаления фронта растущей трещины от места приложения нагрузки (скважины) возникают изгибающие усилия, искривляющие ее поверхности, что в ряде случаев недопустимо, например при добыче блочного камня. Устройство имеет сравнительно сложную конструкцию, обусловленную необходимостью изготовления множества полос, их укладки и надежного крепления на концах. В результате устройство оказывается сравнительно малоэффективным.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности устройства за счет распора не только стенок скважины, но и поверхностей формируемой трещины подачей в нее пластичного вещества под давлением, а также за счет увеличения надежности работы путем упрощения его конструкции.

Задача решается тем, что в скважинном устройстве для образования направленных трещин, включающем трубчатую оболочку, заполненную пластичным веществом, при этом в одном ее конце установлена заглушка, а на другой ее конец навинчен стакан, имеющий центральное отверстие с резьбой, куда ввинчен винт с рукояткой, согласно техническому решению в трубчатой оболочке выполнены продольные прорези, а между ее внутренней поверхностью и пластичным веществом установлена трубка с продольными прорезями таким образом, что продольные прорези трубчатой оболочки и трубки совпадают в плоскости формирования трещины и не совпадают в других местах, при этом на трубчатую оболочку надета эластичная оболочка.

Такое техническое решение обеспечивает после образования начальной трещины, обусловленной распором стенок скважины, нагнетание в формируемую трещину пластичного вещества. Происходит это из-за того, что продольные прорези трубчатой оболочки и трубки совпадают в плоскости формирования трещины, а эластичная оболочка разрывается при образовании начальной трещины. При этом площадь контакта пластичного вещества и разрушаемого объекта увеличивается, от чего возрастает усилие разрыва. Вместе с этим давление пластичного вещества, необходимое для поддержания процесса разрушения горной породы, падает с ростом трещины. Поэтому в отличие от прототипа момент вращения винта или усилие на его рукоятках снижается по мере разрушения объекта. Пластичное вещество проявляет свойство адаптирующегося к параметрам формируемой трещины клина. Фронт пластичного вещества следует за фронтом трещины, из-за чего изгибающие силы, способствующие искривлению ее поверхностей, практически не возникают. Несовпадение прорезей трубчатой оболочки и трубки в местах, через которые не проходит плоскость формирования трещины, обеспечивает возможность развития формируемой трещины только в заданной плоскости. Эластичная оболочка исключает попадание пластичного вещества в зазор между устройством и стенками скважины, из-за чего развитие естественных трещин, находящихся вне плоскости формирования трещины, становится практически невозможным. Выполнение трубчатой оболочки и трубки с продольными прорезями упрощает изготовление устройства из-за исключения операций по укладке полос внахлест и жесткого их крепления на концах, как это требуется в прототипе, а также уменьшает количество деталей (полос в прототипе больше двух), что упрощает конструкцию устройства. При этом за счет несовпадения прорезей трубчатой оболочки и трубки сохраняется способность раздвижения устройства и в тех местах, через которые не проходит плоскость формируемой трещины. Таким образом, благодаря подаче в формируемую трещину пластичного вещества под давлением и упрощению конструкции повышается эффективность устройства.

Целесообразно эластичную оболочку выполнить в виде липкой эластичной ленты, навитой на поверхность трубчатой оболочки. Это существенно упрощает ее замену после формирования трещины (для дальнейшей эксплуатации устройства).

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами фиг.1, 2.

На фиг.1 показан общий вид скважинного устройства для образования направленных трещин, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 после образования начальной трещины в увеличенном масштабе.

Скважинное устройство для образования направленных трещин (фиг.1, 2) состоит из трубчатой оболочки 1 (далее - трубы 1) с продольными прорезями 2 (далее - прорези 2), резьбой 3 на одном конце (фиг.1) и заглушкой 4 на другом конце. В трубе 1 установлена трубка 5 с продольными прорезями 6 (далее - прорези 6) таким образом, что прорези 2 трубы 1 и прорези 6 трубки 5 совпадают в плоскости формирования трещины и не совпадают в других местах. Трубка 5 заполнена пластичным веществом 7. На резьбу 3 навинчен стакан 8, имеющий центральное отверстие (на фиг.1 не показано) с резьбой 9, куда ввинчен винт 10 с рукояткой 11. На трубу 1 надета эластичная оболочка 12 (далее - оболочка 12). Устройство подано в скважину 13, в стенках которой образована начальная трещина 14 (фиг.2). Оболочка 12 выполнена в виде липкой эластичной ленты (на фиг.1 и 2 не показана), навитой на поверхность трубы 1.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Устройство со стороны заглушки 4 подают в скважину 13 (фиг.1) до упора в забой. С помощью рукоятки 11 вращают винт 10 в направлении его вхождения в трубу 5. Винт 10 внедряется в пластичное вещество 7 и повышает в нем давление. Давление от пластичного вещества 7 передается через совпадающие прорези 2 и 6 и эластичную оболочку 12 стенкам скважины 13 по линии предполагаемого разрыва горной породы. Оно также воздействует на внутреннюю поверхность трубки 5, от чего она, труба 1 и оболочка 12 расширяются. При этом оболочка 12 прижимается к стенкам скважины 13 и герметизирует ее. В результате в стенках скважины 13 возникает неравномерное напряженное состояние горной породы. Максимальное напряжение концентрируется по линии совпадения прорезей 2 и 6 (по этой линии давление не расходуется на создание усилия для раздвижения трубы 1 и трубки 5). Дальнейшее повышение давления пластичного вещества 7 от внедрения в него винта 10 приводит к возникновению начальной трещины 14 (фиг.2) по линии совпадения прорезей 2 и 6. После этого пластичное вещество 7 прорывает оболочку 12, проникает в трещину 14 и развивает ее. Винт 10 вращают до образования трещины 14 нужных размеров либо разделения разрушаемого объекта на отдельные части. Затем устройство извлекают из скважины 13.

Основное преимущество предлагаемого устройства в сравнении с известными техническими решениями состоит в том, что после подачи его в скважину 13 выполняется только одна операция - вращение винта 10 рукояткой 11. При этом все необходимые условия для направленного разрушения горной породы (герметизация скважины 13, создание требуемого напряженного состояния в горной породе, снижение влияния изгибающих сил) выполняются автоматически. Отметим, что устройство легко механизировать, например, путем вращения винта 10 гайковертом.

1. Скважинное устройство для образования направленных трещин, включающее трубчатую оболочку, заполненную пластичным веществом, при этом в одном ее конце установлена заглушка, а на другой ее конец навинчен стакан, имеющий центральное отверстие с резьбой, куда ввинчен винт с рукояткой, отличающееся тем, что в трубчатой оболочке выполнены продольные прорези, а между ее внутренней поверхностью и пластичным веществом установлена трубка с продольными прорезями таким образом, что продольные прорези трубчатой оболочки и трубки совпадают в плоскости формирования трещины и не совпадают в других местах, при этом на трубчатую оболочку надета эластичная оболочка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичная оболочка выполнена в виде липкой эластичной ленты, навитой на поверхность трубчатой оболочки.