Щелеобразователь
Изобретение относится к горному делу - к добыче полезных ископаемых; используется для образования поперечных зародышевых трещин в угольном массиве для его направленного разупрочнения. Щелеобразователь включает стакан, в котором выполнено окно и установлен с возможностью осевого перемещения поршень с установленным в его полости регулируемым подпорным клапаном, режущий орган с возможностью выхода его режущей части из продольного окна стакана и рычаги, закрепленные одним концом в стакане, а другим концом - на режущем органе. Между поршнем и стаканом размещена пружина возврата. Техническая задача - повышение эффективности устройства за счет возможности увеличения диаметра нарезаемой инициирующей щели. 4 ил.
Изобретение относится к горному делу, а именно к добыче полезных ископаемых, и может быть использовано для образования поперечных зародышевых трещин в угольном массиве для его направленного разупрочнения путем развития плоскости гидроразрыва и обеспечения оптимальных условий отработки прочных углей.
Известно устройство для образования поперечных полостей на стенках скважин (патент СССР №1790674, Е21С 37/00, опубл. в БИ №3 за 1993 г.), включающее толкатель с шарнирно закрепленными на нем режущими органами и упорную направляющую. Толкатель выполнен с наконечником в форме двузубой вилки, между зубьями которой перекрестно установлены режущие органы, а упорная направляющая выполнена в форме стакана с продольными окнами для выхода режущих органов и донными перекрестными оппозитными уклонами для разворота режущих органов. Толкатель установлен в стакане с возможностью упора зубьями вилки в его дно в конце рабочего хода и подпружинен относительно стакана.
Недостатком этого устройства является сложность его конструкции. Кроме того, прямолинейные уклоны обуславливают взаимодействие режущих органов со стенками скважины всей режущей поверхностью, что значительно повышает нагрузку на режущие органы и негативно сказывается на их долговечности, снижая тем самым эффективность и надежность данного устройства. При этом использование в качестве механизма вывода режущих органов направляющих уклонов ограничивает диаметр нарезаемой инициирующей щели, что значительно снижает эффективность разупрочнения угольного массива.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является щелеобразователь (патент РФ №2359124, Е21С 37/00, Е21В 43/26, опубл. в БИ №17 за 2009 г.), включающий стакан, в котором выполнены продольные окна и перекрестно установлены режущие органы с возможностью перемещения по перекрестным оппозитным направляющим уклонам и выхода их режущих частей из продольных окон стакана по указанным уклонам, пружину возврата. Перекрестные оппозитные направляющие уклоны выполнены на внутренней поверхности стакана. Режущие органы установлены на поршне, размещенном внутри стакана с возможностью осевого перемещения, в полости которого установлен регулируемый подпорный клапан. При этом между поршнем и стаканом размещена пружина возврата.
Недостатком этого щелеобразователя является то, что при проведении гидроразрывов в угольном массиве, обладающем большей естественной трещиноватостью, чем горные породы, диаметр нарезаемых таким устройством инициирующих щелей недостаточен для эффективного проведения разупрочнения методом направленного гидроразрыва.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности устройства за счет возможности увеличения диаметра нарезаемой инициирующей щели.
Поставленная задача достигается тем, что щелеобразователь, включающий стакан, в котором выполнено продольное окно и установлен с возможностью осевого перемещения поршень, в полости которого установлен регулируемый подпорный клапан и режущий орган с возможностью выхода его режущей части из продольного окна стакана, при этом между поршнем и стаканом размещена пружина возврата, согласно техническому решению снабжен рычагами, закрепленными одним концом в стакане, а другим концом - на указанном режущем органе. Такая совокупность признаков существенно повышает эффективность работы щелеобразователя, так как позволяет увеличить диаметр нарезаемой инициирующей щели, что повышает вероятность развития трещины гидроразрыва в заданном направлении.
Сущность технического решения поясняется описанием конструкции щелеобразователя и чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид устройства в продольном разрезе, на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1, на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1.
Щелеобразователь состоит из стакана 1 (фиг.1-4), в котором выполнено продольное окно 2. Внутри стакана 1 с возможностью осевого перемещения установлен поршень 3, имеющий в донной части сквозное отверстие 4, закрытое шариком 5 подпорного клапана (поз. не обозначен), который, помимо шарика 5, состоит из рабочей пружины 6 и гайки 7 со сквозным отверстием 8. С противоположной стороны на поршне 3 посредством оси 9 закреплен режущий орган 10 (фиг.1-4) с возможностью выхода его режущей части из продольного окна 2 стакана 1. На осях 11 и 12, размещенных в донной части стакана 1 и в средней части режущего органа 10 (фиг.1-3) соответственно, установлены рычаги 13. Между поршнем 3 и стаканом 1 установлена пружина 14 возврата. Присоединение щелеобразователя к буровому ставу осуществляется через штуцер 15. Герметичность стакана 1 обеспечена уплотнениями 16.
Щелеобразователь работает следующим образом. К штуцеру 15 присоединяется жесткий буровой став станка и устройство вводится в заранее пробуренный шпур на расчетную глубину. С пульта станка включается подача рабочей жидкости и вращатель бурового става. Рабочая жидкость под давлением, через внутренние отверстия в штангах бурового става поступает внутрь стакана 1. Поршень 3 под действием давления рабочей жидкости начинает движение, сжимая пружину 14 возврата, и перемещает режущий орган 10, который, упираясь в ось 12, вызывает поворот рычагов 13 относительно осей 11 и 12. Вращательное движение рычагов 13 обеспечивает вывод режущего органа 10 через продольные окна 2 из стакана 1 и нарезание им на стенках шпура инициирующей щели.
Исходя из прочности горного массива, в котором производится нарезание инициирующей щели, подпорный клапан настраивается с помощью рабочей пружины 6 и гайки 7 на давление рабочей жидкости, при котором на поршне 3 создается постоянное осевое рабочее усилие, обеспечивающее оптимальный режим работы режущего органа 10. При превышении указанного давления в стакане 1 открывается сквозное отверстие 4 и рабочая жидкость через сквозное отверстие 8 в гайке 7 поступает в зону резания, охлаждая режущий орган 10 и способствуя удалению продуктов резания.
После окончания нарезания инициирующей щели, о чем свидетельствует выход чистой рабочей жидкости, подачу рабочей жидкости отключают и буровой став соединяют со сливом. При этом давление, действующее на дно поршня 3, падает, и под действием пружины 14 возврата поршень 3 и режущий орган 10 возвращаются в исходное положение. После этого щелеобразователь готов к извлечению из шпура и перемещению на новое место нарезания инициирующей щели.
Щелеобразователь, включающий стакан, в котором выполнено продольное окно и установлен с возможностью осевого перемещения поршень, в полости которого установлен регулируемый подпорный клапан, и режущий орган с возможностью выхода его режущей части из продольного окна стакана, при этом между поршнем и стаканом размещена пружина возврата, отличающийся тем, что он снабжен рычагами, закрепленными одним концом в стакане, а другим концом - на указанном режущем органе.
