Скважинный источник колебаний

 

) Авторы из6бретення

В.И. Креймер, М.В. Курленя и Г.С. Мурзин (7I) Заявитель Институт горного дела Сибирского отделения АН СССР (54) СКВАЖИННЫЙ ИСТОЧНИК КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на рудных и уголных шахтах для вибрационного воздействия на массив горных пород с целью перераспределения напряжений в целиках или уменьшения их прочности. !

Известны протжхенные устройства цилиндрической формы, закрепляемые в пробуренных скважинах — скважинные деформометры. Они закрепляются с помощью опор и распорных элементов-фиксаторов, распирающих скважинные деформометры и опоры, (I) .

Такое крепление служит для фиксации деформометров и не предназначено для передачи значительных вибрационных усилий.

Известно устройство, применяемое в сейсмических исследованиях. Оно включает продольные стержни, вводи/ мые в скважину и сжимаемые по .концам двумя системами пружин. Стержни формой поперечного сечения повторяют конфигурацию скважины. Между стержнями закреплены распорный элемент в виде баллона для сжатого воздуха. Устройство вводят в скважину, баллон заполняют сжатым воздухом, его поперечные размеры увеличиваются, он распирает стержни и прижимает их к стенкам скважины. При выпуске воздуха иэ баллона системы пружин стягивают стержни и возвращают их

10 в исходное положение, позволяккцее извлечь устройство из скважины.

Источник колебаний располагают на поверхности земли и передает колебания стержням с помощью дополниtS ° тельного приспособления 523.

Недостатками устройства являются громоздкость, не позволяющая использовать его в стесненных условиях

20 подземных выработок, а также сложность конструкции, большой вес. Распорный элемент, будучи упругим, поглощает значительную долю энергии колебаний.

Наиболее близким к изобретению является устройство для генерирования колебаний, включающее анкер, который с помощью трубы соединяется с распорными элементами — гидроцилиндрами. Они прижимают к стенкам скважины специальные колодки, соединяющие грунт с анкером (3l.

Однако известное устройство громоздко, дорого, à его введение в горизонтальные скважины затруднено из-за большого веса и особенностей конструкции.

Цель изобретения — повышение производительности, компактности и упрощение конструкции скважинного источника колебаний, состоящего из вибровозбудителя и распорных элементов.

Цель достигается эа счет того, что каждый распорный элемент выпол-. нен из клиньев, подвижно связанных с корпусом вибровозбудителя скважин ного источника колебаний. Внутренние клинья примыкают к корпусу вибровозбудителя и установлены с возможностью осевых перемещений, а внешние клинья, имеющие возможность радиальных подвижек, размещены между внутренними клиньями и стенками скважины. Внутренние клинья имеют отверстия разных диаметров. В отверстия меньшего диаметра входят полые тяги, а в отверстия большего диаметра — упоры, которыми заканчиваются тяги. Другим концом тяги с помощью резьбовых соединений фиксируются в опорах, укрепленных на корпусе вибровозбудителя у того его конца, который обращен к устью скважины. Тяги распорных элементов, ближайших. к устью скважины, охватывают все остальные, тяги следующих распорных элементов входят в упомянутые тяги и так далее до тяг распорных элементов, наиболее удаленных от устья скважины, диаметр которых минимален и которые могут быть сплошными. 3а счет такой конструкции распорных элементов, подтягивая гайками. тяги, можно обеспечить затяжку клиновых пар независимо друг от друга, что необходимо для надежной работы скважинного источника колебаний. В тяги могут быть встроены пружины.

На фиг. 1 изображен источник колебаний, расклиненный в скважине, половина продольного вида; на фиг..2-. тв же, поперечный разрез А-А на фиг.1.

890323

Корпус вибровозбудителя 1, например круговой цилиндрической формы, скважинного источника колебаний несет жестко связанные с ним направляющие 2 и упругие связи 3. В направляющих 2 установлены с возможностью!

О

55 осевого перемещения внутренние клинья 4, а связи 3, выполненные в виде полос пружинной стали, соединяют корпус вибровозбудителя 1 с внешними клиньями 5 и обеспечивают их радиальную подвижность. Наружная поверхность клиньев .5 воспроизводят форму скважины, а внутренняя поверхность клиньев 4 — Форму корпуса вибровозбудителя 1. Внутренние клинья 4 имеют соосные скважине отверстия разных диаметров, в которые входят тяги б, имеющие уширения 7. Тяги на противоположном конце имеют резьбу и входят в опоры 8, где они фиксируются посредством гаек 9 и 10. Каждая пара клиньев и соответствующая тяга образуют один распорный элемент.

На фиг. 1 и 2 изображены два распорных элемента по три пары клиньев в каждом. Оба количества могут быть иными. Тяга распорного элемента, ближайшего к устью скважины, имеет максимальные наружный и внутренний диаметр, тяга следующего распорного элемента имеет меньшие диаметры и входит в упомянутую и так далее до наиболее удаленного от устья скважины распорного элемента (на фиг. 1 левого), тяга которого может быть сплошной. В тяги могут быть встроены пружины 11.

Скважинный источник колебаний работает следующим образом.

Источник колебаний вводится в пробуренную скважину. Для облегчения этой операции может быть использована желобчатая полоса, подложенная снизу, воспроизводящая форму скважины и вводимая в нее вместе с вибровозбудителем. Ослабляя гайки 9 и затягивая гайки 10, подтягивают тяги 6 с уширениями 7 в сторону устья скважины. В ту же сторону начинают двигаться внутренние клинья 4 под пействием усилий, прикладываемых к ним уширениями 7, входящими в отверстия большего диаметра внутренних клиньев 4.

Внешние клинья 5 раздвигаются и пока они не придут в соприкосновение со стенками усилие вращения гаек

10 минимально, так как преодолеваю "

5 89 ся только силы трения, возникающие на поверхностях внутренних клиньев

4, контактирующих с внешними клиньями 5 и с корпусом вибровоэбудителя

l. Внешние клинья 5 приходят в сопри- косновение со стенками скважины, усилие вращения гаек 10 возрастает, так как начинается затяжка клиновых пар.

По достижении необходимого усилия затяжки гайки 10 стопорят, включают двигатель вибровозбудителя, появляются колебания, передающиеся через распорные элементы горной породе. Если использованы пружины 11, то обеспечивается постоянная затяжка клиновых пар. Если пружин 11 нет, то постоянная затяжка клиновых пар во время работы может потребовать повторного подтягивания гаек 10.

Дуя разборки клиновых соединений после окончания работы отвинчивают гайки 10 и затягивают гайки 9. Тяги

6 и внутренние клинья 4 отжимаются в скважину, клиновые соединения ослабляются, внешние клинья 5 упругими связями 3 отжимаются к центру скважины. Распорные элементы приходят в исходное положение, источник колебаний можно извлечь из скважины.

При выборе размеров скважинного источника следует руководствоваться определенными внбрационными усилиями, технологическими возможностями бурового и вибрационного оборудования, контактной прочностью породы.

Выбирая те или иные углы наклона клиньев и жесткости пружин, можно менять функции, выполняемые нми. Если угол мал, как показано на фиг. 1, то клиновые соединения самозатягиваются, и усилие пружин необходимо лишь для предотвращения ослабления клиновых соединений от вибраций. Если угол больше, то самозатягивания не возникает, и пружины должны быть такими, чтобы нх усилия было достаточно для обеспечения рабочего положения клиньев и для восприятия не0323 Ь которой составляющей вибрационного усилия. В этом случае, в отличие от предыдушего, клиновые соединения обладают податливостью. ф Устройство позволяет отказаться от камуфлетного взрывания и перейти к вибрацнонному воздействию на горные породы для перераспределения напряжений в них и устранения onac l4 ных динамических проявлений горного давления. Это позволяет существенно сократить расходы на взрывчатые вещества, повысить безопасность и производительность труда горнорабочих, использовать оптимальную технологию горных работ.

Формула изобретения

2Ф

1. Скважинный источник колебаний, включающий вибровозбудитель и связанные с ним распорные элементы, устанавливаемые в скважине с возможностью радиальных и осевых перемещений, отличающийся тем, что, с целью повьиаения производительности и компактндсти источника, распорные элементы выполнены в виде кли30 новых замков н пропущенных через них телескопических тяг, снабженных иа одном конце уширением, причем тяга, обращенная к устью скважины, снабжена резьбами, которые взаимодействуют с опорами, установленными на вибровозбудителе.

2. Источник по п. l о т л и— ч а ю шийся тем, что в тяги встроены пружины.

40 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. .Техника контроля напряжений и деформаций в горных породах, Л., "Наука", 1978, с. 133-138.

2. Патент CSA В 3346066, кл. 181-106, опублик. 1967.

3. Патент США11 3282371, кл. 181-106, опублик. 1967 (прототип).