Устройство для термомеханического разрушения горных пород

 

УСТГОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающее скупленный с буровым ставом корпус с магистралями для подвода горючего, воды и воздуха, камеру сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шлицев, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процессов бурения и расширения скважин с одновременным повышением эксплуатационной надежности устройства, оно снабжено образующими промежуточную камеру цилиндром с поршнемзолотником и скрепленной с последним заслонкой с окном, опирающейся на толкатель, причем промежуточная камера сообщена с магистралью для подвода воды, а в цилиндре и поршне-золотнике вьшолне1п>&1 каналы, периодически сообщающие промежуточную и смесительную камеры.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И)

15Р4 Е 21 В 7/14

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ описания изовркткния

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (53) 622.243.94,05 (088.8) (21) 2129462/03 (22) 29.84.75 (46) 15.08.86. Бюл, N 30 (71) Горнорудная часть Государственного проектно-конструкторского и экспериментального института по обогатительному оборудованию (72) Я. И. 1Илапир, Ю. М. Страшненко, Ю. И. Водолазов, А. И. Щекин и С. 3. Вайман (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХА—

НИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающее скрепленный с буровым ставом корпус с магистралями для подвода горючего, воды и воздуха, камеру сгорания е соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шпицев, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью интенсификации процессов бурения и расширения скважин с одновременным повышением эксплуатационной надежности устройства, оно снабжено образующими промежуточную камеру цилиндром с поршнемзолотником и скрепленной с последним заслонкой с окном, опирающейся на толкатель, причем промежуточная камера сообщена с магистралью для подвода воды, а в цилиндре и поршне-золотнике выполнены каналы, периодически сообщающие промежуточную и смесительную камеры.

52.Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для термомеханического разрушения горных пород, предназначенным преимущественно для бурения взрывных скважин.

Известно устройство для термомеханического разрушения горных пород, включающее скрепленный с буровым ставом корпус с магистралями для подвода горючего, воды и воздуха, камеру сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шлицев.

Недостатком известного устройства является низкая производительность, так как гене- рируемые в устройстве высокотемпературные продукты сгорания разделяются на два потока, один из которых используется для образования парогаза при бурении, а другой— для расширения скважин, что приводит к низкому использованию в обоих процессах продуктов сгорания реактивной горелки и к снижению интенсивности процесса бурения и расширения скважины.

В предлагаемом устройстве указанные недостатки отсутствуют, так как значительная часть продуктов сгорания, генерируемых в реактивной горелке, используется либо при расширении в виде высокотемпературной газовой струи, либо при бурении на образование парогаза, причем эти операции предусмотрено выполнять при наличии одного сопла.

Периодическое, максимально возможное использование продуктов сгорания горелки обеспеивает эффективный режим работы устройства как при бурении, так и расширении, что ведет, к интенсификации того и другого процесса.

Кроме того. в предлагаемом устройстве предусмотрена постоянная продувка и охлаждение шлицев некоторым количеством окислителя, что обеспечивает надежность работы устройства при бурении и расширении.

В предлагаемом устройстве обеспечивается при осуществлении процесса бурения понижение температуры газовой струи, истекающей иэ сопла камеры сгорания и подаваемой затем на образование парогаза, что позволяет избежать высокотемпературного воздействия на элементы конструкции, охлаждаемые возду хом или водой, что в целом значительно повышает эксплуатационную надежность устройства.

Цель изобретения — интенсификация процесса бурения и расширения скважин с одновременным повышением эксплуатационной надежности устройства чтя термомеханического разрушения горных пород.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено образующими промежуточ6191 . 2 нуьз камеру цилиндром с поршнем-золотником и скрепленной с последним заслонкой с окном, опирающейся на толкатель, причем промежуточная камера сообщена с магистралью для подвода воды, в цилиндре и поршне-золотнике выполнены каналы, и риодически сообщающие промежуточную и смесительную камеры, а камера сгорания посредством заслонки попеременно сообщена с затрубным прост10 ранством и смесительной камерой.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из корпуса 1, скрепленного с буровым ставом (на чертеже не пока15 зан), внутри которого размещены магистрали

2 — 4 для подвода окислителя: воздуха, горю-. чего и воды соответственно, токоподвода 5 для дистанционного зажигания горючей смеси, камеры сгорания 6, в которой размещена, по

20 крайней мере одна форсунка 7 для распыления горючего и сопло 8 для образования газовой струи, цилиндра 9 с каналами 10 и поршня-золотника 11 с каналами 12, причем поршень-золотник и цилиндр образуют про25 межуточную камеру 13, заслонки 14 с окном

15, скрепленной с поршнем-золотником посредством крестовины 16. Чехол 17 выполнен с отверстием а, соосным с соплом камеры сгорания. Внутри корпуса размещен толкатель

30 18, связанный с корпусом посредством шлицев 19. Толкатель снабжен в нижней части резьбой 20 p"÷ подсоединения долота 21.

Полость между долотом и поршнем-золотником образует смесительную камеру 22. Ма35 гистраль для подвода окислителя сообщена с камерой сгорания посредством каналов 23 и

24, а посредством каналов 25 — 28 — со смесительной камерой.

Магистраль для подачи воды сообщена

4 через каналы 29 и 30. с промежуточной камерой и через каналы 12 и 10 в поршне-зо- . лотнике и цилиндре — со смесительной камерой, а через каналы 31 — с затруби, м пространством.

Поршень-золотник имеет уплотнение 32 и посредством крестовины 16 упирается в торец 33 толкателя. Устройство работает следующим образом.

Перед запуском устройство в кольцевой канал между чехлом и камерой сгорания под

50 давлением подается вода, которая, проходя через канал, охлаждает камеру сгорания, после чего она поступает в промежуточную камеру, и воздействуя. на поршень-золотник, заставляет его перемещаться в крайнее нижнее положение.

При этом положении каналы поршня-золотника отсоединены от каналов цилиндра, в

526191 связи с чем вся вода поступает только на пылеподавление в затрубное пространство.

В таком положении устройства производится его запуск, осуществляемый следующим образом.

Дистанционно посредством тока, подаваемого через токоподвод, в камере сгорания производят зажигание горючей смеси, образующейся в результате смещения окислителя с 10 распыляемым форсункой горючим.

Устройство выводится на режим бурения скважин, при котором коэффициент избытка окислителя максимальный (расход горючего минимальный), в результате чего температура газовой струи, истекающей из сопла, составляет примерно 500 — 600 . Далее под действием осевого усилия, развиваемого буровым станком (на чертеже не показан), долото перемещает толкатель и связанные с ним заслон- 20 ку и поршень-золотник в крайнее верхнее положение.

При этом заслонка перекрывает отверстие в чехле, в результате чего газовый поток посТупает в смесительную камеру, в которую 25 через каналы в поршне-золотнике и цилиндре, совмещенные в результате того, что поршеньзолотник оказался в верхнем положении, поступает и ВоНВ. В смесительной камере газовая струя и вода, пройдя через рассекатель, 30 смешиваются и образуют низкотемпературную парогазовую смесь, поступающую затем через долото на забой скважины.

Температура и расход парогазовой смеси с способствуют интенсификации процесса буре35 ния и выноса разрушенных частиц горной породы.

Поступающая по каналу 31 в затрубное пространство вода обеспечивает пылеподавление мельчайших частиц породы.

При расширении ходом бурового става снизу вверх и снятием при этом осевой нагрузки долота поршень-золотник под действием давления воды в промежуточной камере перемещается в крайнее нижнее положение, пере45 двигая одновременно заслонку и толкатель с долотом, собственный вес которых также способствует указанному перемещению.

При этом сопло через окно 15 заслонки и отверстие и корпуса сообщается с эатрубным пространством.

Оператор на станке выводит расход горячего на максимальную величину, коэффициент избытка окислителя снижается до значения 0,9 — 1,0, в результате чего температура газовой струи, истекающей из сопла, повышается до 1500 и выше.

Воздействуя с такой температурой на стенку скважины, газовая струя производит ее разрушение и расширение диаметра скважины до оптимального значения, соответствующего определенной скорости подъема и вращения бурового става.

Отсутствие воды или парогаза в пространстве, находящемся под газовой струей (каналы в поршне-золотнике в этом случае отсоединены от каналов в цилиндре), значительно повышает интенсивность процесса разрушения, а подача некоторого количества окислителя через каналы 26 — 28 и смесительную камеру в продувочные отверстия долота обеспечивает постоянную продувку и охлаждение шлицевого соединения и долота, что предохраняет его от зашламовывания и перегревания.

Данное устройство позволяет вести процесс бурения в крепчайших породах ilpH интенсивном воздействии на забой скважины низкотемпературного парогазового пото а, вызывающего в поверхностном слое горной породы термические напряжения, облегчающие дальнейшее разрушение забоя механическим инструментом (долотом), а также улучшающие очистку забоя скважины.

Кроме того, автоматическое передвижение заслонки устройства при подъеме бурового става позволяет сочетать подъем с операцией расширения скважины при максимальном расходе компонентов газовой струи и исключении поступления воды или пара в пространство, находящееся ниже газовой струи, что в целом интенсифицирует процесс разрушения, исключает необходимость в дополнительных вспомогательных операциях при переходе с процесса бурения на п1юцесс расширения.

Ожидаемый технико-экономический эффект от применения предлагаемого устройства составит порядка 80 — 90 тыс. руб. на станок в год.

526191

Редактор С. Титова Техред И.Гайдош Корректор С. Черни

Заказ 4347/1 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д, 4/5

Цроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4