Способ термодинамического разрушения горных пород и устройство для его осуществления

 

(72) Авторы изобретения

В.И.Кононов, Д.В.Чесноков и С.А.Самохин

Ф

Московский ордена Ленина и ордена Трудового."Кфасного

Знамени институт инженеров железнодорожного тфансиюрта

Министерства путей сообщения СССР (7l) Заявнтель (54) СПОСОБ ТЕРИОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к термодина-

1в1ческому разрушению горных пород комбинированным воздействием нагретых струй rasa демонационных волн и ударной коронки и может быть

% использовано, в частности, для буре" ния взрывных скважин.

Известен способ термодинамического разрушения породы и устройство для

10 его реализации, включающее центральную камеру сгорания с магистралями подвода горючего и окислителя и наружную кольцевую камеру сгорания, которая через перекрываемые клапанами какали соединена с подготовительной смесиIS тельной камерой, сообщенной с магистралями подвода горючего и окислителя.

Кольцевая камера сгорания размещена в кожухе и оснащена аксиально подвиж ной сопловой крышкой, жестко скрепленной с подпружиненной кольцевой буровой коронкой, установленной снаружи кожуха 1.1 3.

В этом устройстве ударная кольцевая коронка постоянно контактирует с pasрушаемой поверхностью породы и подвергается нежелательному воздействию высокотемпературных продуктов сгорания, приводящих к разрушению ее твердосплавных вставок. При этом Ьу- . ровая коронка, находясь в постоянном контакте с разрушаемой поверхностью породы, не получает достаточной скорости перемещения под давлением детонационных волн, возникающих в кольцевой камере. По этим причинам эффективность разрушения породЫ оказывается невысокой.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ термодинамического разрушения горных пород комбинированным воздействием нагретых струй газа, детонационных волн и ударной коронки, включающий подачу горючего и окислителя в центральную камеру сгорания образование топливной смеси в подго86609 тонительной камере и подачу ее в наружную кольцевую камеру сгорания, воспламенение топливной смеси в камерах сгорания и выброс образующихся продуктов сгорания на поверхность 5 гор ной пор оды (2 ).

Устройство для реализации способа содержит центральную камеру сгорания с магистралями подвода горячего и, окислителя и наружную камеру сгорания, 10 которая через перекрываемые клапана ми каналы соединены с подготовитель-ной камерой, сообщенной с магистралями подвода горючего и окислителя, при этом кольцевая камера сгорания размещена в кожухе и оснащена аксиально подвижной сопловой крьппкой, жестко скрепленной с подпружиненной кольцевой буровой коронкой, установленной снаружи кожуха (1).

На торце кожуха устройства расположены опорные башмаки1контактирующие с разрушаемой поверхностью и служащие направляющими для коронки. Благодаря наличию башмаков коронка располагается вне зоны высокотемператур ных продуктов сгорания и приобретает возможность разгона с породой. Однако из-эа отсутствия герметизации кольцевой камеры сгорания при заполнении ее топливной смесью давление возникающей при ее воспламенении детонационной волны оказывается недостаточныи для перемещения коронки, чтобы ога могла эффективно разрушать породу.

Цель изобретения . — поньппение эффек35 тивности разрушения породы.

Эта цель достигается, тем что наружную кольцевую камеру сгорания герметизируют на выходе, а для носпламенения находящейся в ней топливной

40 смеси перепускают часть продуктов сгорания из центральной камеры.

В устройстве для осуществления способа сопловая крьппка имеет с внутренней стороны кольцевой выступ для герметизации наружной камеры сгорания, при этом обе камеры сообщены посредством сквозного отверстия, периодически перекрываемого поршневым клапанои.

Кроме того, площадь поршня поршне- 50 ного клапана со стороны центральной камеры сгорания меньше его площади со стороны наружной камеры сгорания.

Благодаря такому выполнению устройства удается повысить эффективность способа разрушения горных по» род, так как от величини давления продуктов детонации прямо пропор5 4 цйонально зависит скорость перемещения коронки и величина давления детонационных волн, воздействующих иа поверхность породы.

На фиг. 1 показано устройство для реализации предлагаемого способа разрушения, на фиг. 2 — узел I на фиг.1) на фиг. 3 — вид А на фиг.2; фиг. 4 - узел fl на фиг.l.

Способ разрушения горных пород осуществляется устройством, имеющим кожух 1 {фиг. I), в которои размещена центральная камера 2 сгорания и коаксиально расположенная ей наружная кольцевая камера 3 сгорания. Камера 2 сгорания соединена с магистрапя я 4 и 5 соответственно для подво1 да горючего и окислителя и снабжена на входе форсункой б для распыливания горючего и сопловой крышкой 7 на выходе жестко соединенной с корпусом

8 камеры 2 сгорания, Камера 3 сгорания через перекрываемые лепестковыми клапанами 9 каналы 10 (фиг. 2 и 3) соединена со смесительной подготовительной камерой 11, которая сообщена с магистралями 12 и 13 соответственно для подачи горючего и окислителя.

На входе камеры 3 установлено плаиезащитное приспособление 14, а на выходеаксиально подвижная сопловая крышка

15 с внутренним кольцевым выступом

1б, плотно прижатая к соппоной крышке 7 и жестко соединенная с кольцевой коронкой 17. Коронка 17, установленная снаружи кожуха 1, снабжена упорами, между которыми расположена пружина 18, служащая для прижатия сопловых крьнпек 7 и 15, герметизирующих при этом камеру 3, а также дпя возврата коронки 17 после удара.

На торце кожуха I закреплены опорные башмаки 19, выполненные из жаростойкого материала. Они постоянно контактируют с поверхностью разрушаемой породы и служат н качестне направ. ляющих для перемещения коронки 17.

Причем в опорных башмаках 19 предусмотрены каналы 20 для прохода охлаждающей среды.

В нижней части корпуса 8 ныполнено сквозное отверстие, н которое установлен цилиндр 21 (фиг. 4) с расположенным н нем поршневым клапаном н ниде дифференциального поршня 22, причем площадь торца поршня со стороны камеры 2, меньше площади торца со стороня каиеры 3. Поршень 22 служит для

1периодического пропуска нысокотемпе86609$

15

55 ратурных газов по каналам 23 цилиндра

21 из камеры 2 в камеру 3 °

Осуществление предлагаемого способа поясняется далее на примере работы устройства.

По магистралям 4 и 5 в центральную камеру 2 сгорания поступают горючее, например бензин, и окислитель, например воздух, где они смешиваются и образуют топливную смесь, при сгорании которой возникают высокотемпературные газы, истекают е через отверстия сопловой крышки 7 и воздействующие на забой скважины.

Одновременно по магистралям 12 и

13 в смесительную камеру 1! поступают горючее и окислитель, образующие в ней топливную смесь. Эта смесь при достижении заданной давления по каналам 10 через открытые клапаны 9 поступает через отверстия пламезащитного приспособления 14 в кольцевую камеру 3 сгорания.

В начальный момент заполнения камеры 3 топливной смесью дифференциальный поршень 22 под действием давления высокотемпературных газов камеры 2 находится в крайнем левом положении и перекрывает канал 23 цилиндра 21, тем самым препятствуя истеканию высокотемпературных газов из центральной камеры 2 в кольцевую камеру 3. Заполнение кольцевой камеры 3 топливной смесью осуществляют при таком начальном давлении этой смеси, которое формирует на сопловой крышке 15 такое усилие, которое ниже усилия пружины

18, осуществляющей герметизацию камеры 3. Однако этой величины давления должно быть достаточно для перемещения в правое положение дифференциального поршня 22. Как только давление топливной смеси достигает заданного значения, поршень 22 перемещается .вправо и открывает канал 23, по которому в кольцевую камеру 3 поступят высокотемпературные газы из камеры 2, в результате чего в камере 3 происходит взрывание топливной смеси..

Давлением взрыва в кольцевой камере 3 сгорания перемещаются дифференциальжй поршень 22 в крайнее правое положение, перекрывая каналы 23, сопловая крышка 15 с коронкой 17, сжимая пружину 18. Тем самым осущест1вляется разгон коронки 17, которая наносит удар по забою скважины. Благодаря тому, что выступом 16 осуществляется герметизация кольцевой каме5

45 ры 3 сгорания, как во время заполнен ния ее топливной смесью, так и на некоторое врем при разгоне сопловой крышки 15 с коронкой 17, энергия

1продуктов взрыва в кольцевой камере

3 эффективно используется на разгон сопловой крышки 15 с коронкой 17.

В конце разгона сопловой крышки !5 ее выступ 16 выходит иэ камеры 3, продукты взрыва истекают из нее и совместно со струей газов, посто,.нно истекающих из центральной камеры 2 сгорания,1образуют пульсирующую дето- национную волну, ударяющую по поверхности породы. Таким образом, порода подвергается комбинированному воздействию постоянно истекающей из цент ральной камеры 2 высокотемпературной струи газов, которая разупрочняет забой и частично разрушает его, ударом коронки 17 и ударом детокациокных

Волн.

Продукты разрушения истекают через зазор 24 между стенкой скважины и буровой коронкой 17 и выносятся на по верхность.

В качестве охлаждающей среды используется сжатый воздух, который, проходя через каналы.20 в опорных башмаках 19 и каналы 25 коронки 17, охлаждает их и выбрасывается в атмосферу, участвуя в процессе выноса продуктов разрушения.

После того, как истечение газов из камеры 3 заканчивается, под действием давления газов в камере 2 поршень 22 переместится в крайнее левое положение. Затем в момент возврата коронки )7 с сопловой крышкой 15 под действием пружины 18 происходит очистка камеры 3 от выхлопных газов за счет эжекции газов, истекающих из камеры 2. Как только сопловые крышки

7 и 15 прижмутся под действием пружины 18 выступ 16 войдет в камеру 3, обеспечивая тем самым ее герметичность, и цикл далее повторяется.

Формула изобретения

I.ÑHîñîá термодинамического разрушевия горных пород комбинированным воздействием нагретых струй газа, детонационкых волн и ударной коронки, включающий подачу горючего н окислителя в центральную камеру сгорания, образование топливной смеси в подготовительной камере и подачу ее в наружную кольцевую камеру сгорания, воспламенение топливной смеси в камерах сгорания и выброс образующихся продуктов сгорания на поверхность горной породы с одновременным нанесением по ней удара коронкой, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разрушения, наружную кольцевую камеру сгорания герметизируют на выходе, а для воспламенения находящейся в ней топливной смеси перепускают часть продуктов сгорания из центральной камеры.

2.Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее центральную камеру сгорания с магистралями подвода горючего и окислителя и наружную кольцевую камеру сгорания, которая через перекрываемые клапанами каналы соединена с подготовительной камерой, сообщенной с магистраляьж подвода горючего и окислителя, при этом кольцевая камера сгорания размещена в кожухе и оснащена акси866095 8 ально подвижной сопловой крышкой,, жестко скрепленной с подпружиненной кольцевой буровой коронкой, установленной снаружи кожуха, о т л и ч а ющ е е с я тем, что сопповая крышка имеет с внутренней стороны кольцевой выступ для герметизации наружной камеры сгорания, при этом обе камеры сообщены посредством сквозного отверс-;

1о тия, периодически перекрываемого поршневым клапаном.

З.устройство по п.2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что площадь поршня поршневого клапана со стороны центральной камеры сгорания меньше еГо площади со стороны наружной камеры сгорания.

Источники информаций, принятые во внимание при экспертизе

zp 1.Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2729584/22-03, кл. Е 21 С 21!00, 1979 °

2.Авторское свидетельство СССР по заявке У 2740359/22- 03, кл. Е 21 С 21/00, 1979 (прототип).

866095

Составитель В.Макаева

Рецак1 ор В. Лазаренко Техред А.Ач - . Корректор R. Роако

Заказ 8026/48 Тирам ЬЗО Подписное

ВНИИЦИ Государственного кожтета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3-35, Рауаская наб, д.4/5

Ф 1 !1< «i ЛПП Патент, г.У кгород,ул.Проектная,4