Устройство для термомеханического разрушения горных пород

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМШЕХАНИ- ЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД по авт. св. № 5261?1, отличаю- !ц ё е с>& я тем, что, с целью повышения точности регулирования оптимальных параметров процесса бурения, поршень-золотник снабжен запиракхцим элементом для перекрытия каналов, сообщающих промежуточную камеру с затрубным пространством.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК р Е 21 В 7/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

II АВТОРСНОМЪ CBHAETEllhCTEV (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД по авт. св. 95261)1, о тличающ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования оптимальных параметров процесса бурения, поршень-золотник снабжен эапиракнцим элементом для перекрытия каналов, сообщающих промежуточную камеру с затрубным пространством.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 526191 (21) 2400463/22-03 (22) 20.08.76 (46) 30.12.86. Бюл. И 48 (71) Горнорудная часть Государственного проектно-конструкторского и экспериментального института по обогатительному оборудованию (72) Я.И.Шнапир, Ю.И.Водолазов, М.Ш.Острый, А.И.Щекин и Н.Ф.Кучма (53) 622.243.94.05(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 414416, кл. Е 21 С 21/00, 1972.,SU„„588785 А 2

588785

Известно устройство для термомеханического разрушения горных пород, включающее скрепленный с буровым станом корпус с магистралями для подвода горяючего, воды и воздуха, камеру 5 сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шлицев.

Данное устройство позволяет совмещать бурение скважин с их расширеf0 нием.

Однако известное устройство обладает тем недостатком, что в нем нельзя использовать полную мощность газо- 15 вой струи, как на бурение, так и расширение скважин. Кроме того, наличие парогазовой смеси ниже бокового сопла приводит к резкому ухудшению процесса расширения иэ-за снижения темпера- 20 туры струи, истекающей через боковое сопло, вызванного эжекцией парогазо« вой смеси.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для термомеханического разрушения горных пород по основному авт. св.

Ô 526191, включающее соединенный с буровым ставом корпус с магистралями для подвода горючего,. воды и воздуха, 30 камеру сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шлицев, при этом оно снабжено образующими промежуточную камеру цилиндром с поршнем-золотником и скрепленной с последним заслонкой с окном, опирающейся на толкатель, причем проме-. жуточная камера сообщена с магистралью для подвода воды, а в цилиндре 40 и поршне-золотнике выполнены каналы, периодически сообщающие промежуточную и смесительную камеры.

Известное устройство позволяет механизировать процесс термомеханичес- 45 кого бурения скважин с продувкой забоя парогазовой смесью и расширения буримой скважины термическим способом.

Однако в процессе бурения по глу- 50 бине скважины и в зависимости от крепости буримых пород меняется давление в призабойной зоне. Давление в приэабойной зоне определяет давление в смесительной камере, а так как вода подается к устройству по одной магистрали с последующим разделением ее для пылеподавления и парообраэования, в процессе бурения может происходить перераспределение расхода воды. Поэтому при бурении известным устройством нельзя обеспечить точное регулирование распределения расхода воды и, следовательно, температуру парогазовой смеси. Это, в свою очередь, не позволяет производить процесс бурения в оптимальном режиме. Другим недостатком известного устройства является необходимость снижения температуры боковой газовой струи в режиме бурения. Это ведет к уменьшению количества воды, подаваемой на парообразование и,: значит, к уменьшению объема продувочного агента, что снижает производительность процесса бурения.

Для повышения точности регулирования оптимальных параметров процесса бурения в предлагаемом устройстве поршень-золотник снабжен запирающим элементом для перекрытия каналов, сообщающих промежуточную камеру с затрубным пространством.

Наличие запирающего элемента позволяет в режиме бурения осуществлять подачу воды только на парообразование. Расходы воды на пылеподавление в этом режиме отсутствуют. В режиме расширения скважины вода поступает только на пылеподавление. Кроме того, в режиме бурения происходит интенсивное охлаждение заслонки водой, поступающей в выполненные внутри нее каналы, что позволяет не снижать температуру газовой струи, истекаю-. щей из сопла горелки в режиме бурения. Это повышает эффективность использования устройства при бурении.

На фиг.1 изображено описываемое устройство в положении, соответствующем процессу бурения скважины, на фиг.2 — то же, в положении, соответствующем процессу расширения скважины.

Устройство содержит корпус 1, внутри которого размещены магистрали 24 соответственно для подвода окисли- теля, например воздуха, горючего и воды, приспособление для дистанционного зажигания горючей смеси, камеру

5 сгорания с форсункой 6 для распыления горючего и соплом 7 для образования газовой струи, цилиндр 8 с каналами 9 и поршень-золотник 10 с.каналами 11 и 12, причем поршень-золотник

10 и цилиндр 8 образуют промежуточную камеру 13, запирающий элемент 14, 588785 . скрепленный с поршнем-золотником 10, заслонку 15 с окном 16 и с каналами

17 и 18, соединенную с поршнем-золотником 10 посредством крестовины 19 с каналами 20. Чехол 21 выполнен с отверстием 22, соосным с соплом 7 камеры 5 сгорания. Внутри корпуса 1 размещен толкатель 23, связанный с ним посредством шлицев 24. Толкатель

23 снабжен в нижней части резьбой 25 1ц для подсоединения долота 26. Полость между долотом 26 и поршнем-золотником 10 служит смесительной камерой

27. Магистраль 2 для подвода окислителя сообщена с камерой 5 сгорания посредством каналов 28, 29, а через каналы 30, пазы 31, 32 и каналы ЗЗ, 34 со смесительной камерой 27.

Магистраль 4 для подачи воды сообщена через каналы 35 с промежуточной 20 камерой 13 и через каналы 11, 9, f2

20, 17 и 18 со смесительной камерой

27, а.посредством каналов 36 и 37 — . с затрубным пространством.

В процессе бурения температура газовой струи, истекающей из сопла

7 камеры 5, такая же,. как и при расширении, и составляет около 1500 С.

В смесительной камере 27 газовая струя и вода, пройдя через корпусрассекатель 40, смешиваются и образуют.низкотемпературную парогазовую смесь, поступающую затем через канал долота 26 на забой скважины. Парогазовая смесь способствует интенсификации процесса бурения и выноса pasрушенных частиц горной породы. При расширении скважины ходом устройства вниз-вверх и снятием при этом осевой нагрузки на долото 26 поршеньзолотник 10 под действием давления воды в промежуточной камере 13 пере,мещается в крайнее нижнее положение, передвигая одновременно заслонку 15 и толкатель 23 с долотом 26, собственный вес которых также способствует указанному перемещению. При этом сопло 7 через окно 16 заслонки 15 и отверстие 22 в чехле 21 сообщается с затрубным пространством. Входные каналы 11 в поршне-золотнике 10 в этом случае отсоединены от каналов

9 в цилиндре 8, а запирающий элемент

14 открывает каналы 36 и 37, соединяющие затрубное пространство с водяной магистралью 4. Таким образом, в режиме расширения вода поСтупает только на пылеподавление.

При воздействии газовой струи, истекающей из сопла 7 камеры 5 с температурой около 1500 С на стенку скважины, производится расширение ее

Устройство работает следующим образом, Перед запуском устройства в коль- цевой канал 35 между чехлом 21 и ка- 35 мерой 5 сгорания под давлением подается вода, которая, охлаждая ее, поступает затем в промежуточную камеру.

13 и, воздействуя на поршень-золотник

10, перемещает его в крайнее нижнее 40 положение (как показано на фиг.2).

При этом положении входные каналы 11 и 12 поршня-золотника 10 отсоединены от каналов 9 цилиндра 8, в связи с чем вся вода поступает только на пы-45 леподавление в затрубное пространство.

Изображенное на фиг.2 положение устройства является исходным для его запуска, который осуществляется сле- 50 дующим. образом.

Посредством дистанционно управляемого приспособления в камере 5 сгорания производят зажигание горючей смеси, образующейся в результате сме-5 шения окислителя с распыляемым форсункой 6 горючим. Устройство выводится на рабочий режим и далее, под действием осевого усилия, развиваемого

Поршень-золотник 10 зреет уплотнения 38 и посредством крестовины 19 упирается в торец 39 толкателя 23. В толкателе 23 размещен корпус-рассекатель 40. 30 буровым станком, долото 26 перемещает толкатель 23 и связанные с ним заслонку 15 и поршень-золотник 10 в крайнее верхнее положение (как показано на фиг.1). При этом заслонка 15 перекрывает отверстие 22 в чехле 21, в результате чего газовый поток поступает через сопло 7 в смесительную камеру 27, в которую через каналы 9 и 11 и выходной канал 12 в цилиндре

8 и в поршне-золотнике 10, каналы 20 в крестовине 19 и каналы 17 и 18 заслонки 15 поступает также вода. В верхнем положении поршня-золотника

10 запирающий элемент 14 перекрывает каналы 36 и 37, соединяющие водяную магистраль 5 с затрубным пространством. Таким образом, в этом положении вода подается только на парооб-. разование.

588785 до оптимального значения диаметра.

Для предохранения долота от зашламовывания и перегревания в режиме расширения некоторое количество окисли2/

Фиг.2

Редактор М.Марголис

Заказ 7140/4 Тираж 548 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная. 4.

Лб

5

Я2

Ж теля подается через каналы 30, пазы

31, 32 и каналы 33, 34 с целью постоянной продувки и охлаждения шлицевого соединения и долота.

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Nаксимишинец