Скважинный источник колебаний

 

Союз Сонетскик

Соцнапистическик

Республик

О П И С А Н И Е (и)890324

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ,ф

/ (61 ) Допол ни тельное к а вт. саид-ву(22) 3aíâëeí0 24. 04. 80 (21) 2917575/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5! )Ì. Кл.

G 01 V 1/40

Гасударственный камнтет

СССР па делам нзабретеннй н откеытнй

Опубликовано 15.12.81- Бюллетень № 46

Дата опубликования описания 17 12 81 (53) УДК550. .83(088.8) (72) Авторы (54) СКВАЖИННЬП1 ИСТОЧНИК КОЛЕБАНИЙ

Недостатками устройства являются

20 . громоздкость, не позволяющая использовать его в стесненных условиях подземных горных выработок, а также сложность конструкции, большой вес.

Распорный элемент, будучи упругим, Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в рудных и угольных шахтах для вибрационного воздействия на горные породы .с целью перераспределения напряжений в целиках или уменьшения их прочности с

Известны протяженные устройства цилиндрической формы, закрепляемые в пробуренных скважинах — скважинные деформометры. Они закрепляются с помощью опор и распорных элементовфиксаторов, распирающих скважинные деформометры и опоры Г1 .

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

Известен также скважинный источник колебаний, применяемый в сейсмических исследованиях. Он вклю/ чает распорные элементы в виде продольных стержней, вводимых в скважину и сжимаемых по концам двумя системами пружин. Стержни формой поперечного сечения повторяют конфигурацию скважины. Кроме того, имеется закрепленный между стержнями баллон для сжатого воздуха. Устройство вводят в скважину, баллон saполняют сжатым воздухом, его поперечные размеры увеличиваются, он распирает стержни и прижимает их к стенкам скважины. При выпуске воздуха из баллона системы пружин стягивают стержни и возвращают их в исходное .

Ъ" положение, позволяющее извлечь устройство из скважины. Вибровозбудитель расположен на поверхности земли

15 и передает колебания стержням с помощью дополнительного приспособления (2), 890324

15 поглощает значительную долю колебательной энергии.

Наиболее близким к предлагаемому 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 3.1. !

О

Однако известное устройство сложно, громоздко, дорого, à его введение в горизонтальные скважины затруд,нено из-за большого веса и особенностей конструкции. Для размещения устройства в горизонтальной скважине требуются специальные приспособления, не предусмотренные в нем.

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

Цель достигается тем, что каждый распорный элемент выполнен из клиньев, подвижно связанных с корпусом вибровозбудителя скважинного источника колебаний. Внутренние клинья примыкают к корпусу вибровозбудителя,.установлены с возможностью осевых подвижек, а внешние клинья, имеющие возможность радиальных подвижек, размещены между внутренними клиньями и стенкой скважины. Внешние клинья отличаются друг от друга размером в радиальном направлении. Этот размер увеличивается от распорного элемента у устья скважины к распорному элементу у дна. Внутренние клинья выполнены с продольными тягами. Тяги, обращенные к устью скважины, имеют резьбу, входят в отверстия опор, установленных на корпусе вибровозбудителя, и подтягиваются гайками относительно опор. Остальные тяги связаны друг с другом пружинами, работающими на рас- 45 тяжение, причем жесткость пружин уменьшается от устья скважины к дну.

За счет такой конструкции источника колебаний после его установки в скважине, подтягивая гайками те тяги, 50 которые входят в отверстие опор, можно затянуть клинья распорных элементов и зафиксировать источник колебаний в скважине.

Иа фиг. 1 изображен цсточник коле- и баний, введенный в скважину и подготовленньп к расклиниванию,половина продольного вида; на фиг. 2 — попе4 речный разрез А-А на фиг. 1 (расклиненный источник колебаний).

Вибровозбудитель 1 скважинного источника колебаний несет жестко связанные с ним направляющие 2 и упругие связи 3. В направляющих 2 установлены с воэможностью осевого переме.щения 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. Внутренние клинья 4, как и внешние клинья 5, одного распорного элемента имеют одинаковые размеры.

Внешние клинья 5 разных распорных элементов имеют различные размеры в радиальном направлении. У внешних клиньев 5, ближайших к устью скважины, толщина в радиальном направлении минимальна, у внешних клиньев 5 следующего распорного элемента она больше и так далее до распорного элемента у дна скважины к которого толщина внешних клиньев 5 максимальна. Поэтому в исходном положении зазор между наружной цилиндрической поверхностью внешних клиньев 5 и скважиной возрастает в обратном порядке, т.е. от дна скважины к устью.

Внутренние клинья 4 распорных элементов, ближайших к дну скважины, имеют одну тягу 6, остальные внутренние клинья — по две тяги 6. Тяги 6, обращенные к устью скважины, имеют резьбу, входят в неподвижные опоры

7 и несут гайки 8 и 9. Остальные тяги 6 связаны между собой пружинами

10. Пружины отличаются друг от друга жесткостью. Жесткость пружины, ближайшей к устью скважины, максимальна, жесткости следующих пружин последовательно уменьшаются, жесткость пружины, ближайшей к дну скважины, минимальна.

На фиг. 1 и 2 изображены три распорных элемента по длине вибровозбудителя 1 с тремя парами клиньев по окружности в каждом распорном элементе. Оба количества могут быть иными.

Корпус вибровозбудителя может быть некруглым.

Скважинный источник колебаний работает следующим образом.

Он вводится в пробуренную скважину. Для облегчения этой операции может быть использована желобчатая полоса, подложенная снизу, воспроизводящая форму скважины и вводимая

5 8 в нее вместе с вибровозбудителем.

Вращением гаек 8 подтягивают в сторону устья скважины тяги 6 и внутренние клинья 4, ближайшие к устью скважины. B ту же сторону начинают двигаться остальные внутренние клинья

4 со своими тягами и пружинами. Внешние клинья 5 раздвигаются и пока они не придут в соприкосновение со стенками скважины, усилие вращения гаек

8 минимально, так как преодолеваются только силы трения внутренних клиньев 4. Зазор между внешними клиньями 5 и наиболее у1 аленного от устья скважины распорного элемента минимален, поэтому они первыми приходят в соприкосновение со стенками скважины. Клинья этого распорного элемента затягиваются. Усилие вращения гаек 8 возрастает, так как к силам трения незатянутых клиньев добавляется сила пружин, ближайших к затянутым клиньям (на фиг. 1 правой пружины 10) ° Далее затягиваются клинья следующего распорного элемента (на фиг. 1 среднего), так как теперь его зазор между наружной поверхностью внешних клиньев 5 и стенкой скважины минимален. После этого усилие затяжки гаек 8 снова возрастает, так как к силам трения оставшихся незатянутыми клиньев добавляется сила пружины большей жесткости (на фиг.l левой пружины 10) .Наконец, затягиваются клинья распорного элемента, ближайшего к устью скважины. Гайка 8 стопорится скважинный источник колебаний готов к работе. Включается двигатель вибровозбудителя, появляются колебания, передающиеся через распорные элементы горной породе. Вследствие вибраций клиновые соединения стремятся ослабнуть

Рассмотрим возникающие при этом усилия, причем начнем с распорного элемента у дна скважины.

Поскольку внешний клин 5 не имеет возможности осевого перемещения„ клиновое соединение может ослабнуть только за счет перемещения внутреннего клина 4 вправо. Однако этому препятствует усилие растянутой пружины 1О, которая с другой стороны подтягивается внутренним клином А смежного распорного элемента. Но его клиновое соединение также не может ослабнуть, так как в свою очередь

l подтягивается слева с большим усилием более жесткой пружиной, 1 райняя, 90324 6

t0

l5

3$

$0

5S ближайшая к устью скважины, наиболее жесткая и растянутая с наибольшим усилием пружина, сцеплена с крайним внутренним клином 4, лишенным возможности осевых перемещений в процессе работы вибровозбудителя, так как его тяга зафиксирована на опоре 7 гайкой 8.

Таким образом, каждый внутренний клин 4 находится в осевом направлении под воздействием двух сил, создаваемых пружинами: справа действует меньшая сила, стремящаяся ослабить клиновое соединение, а слева — большая сила, стремящаяся затянуть его. За счет этого клинья постоянно затянуты, несмотря на воздействие вибраций.

Для разборки клиновых соединений после окончания работы отвинчиваются гайки 8 и затягиваются гайки 9.

Тяга 6 с резьбой и внутренним клином

4, ближайшим к устью, отжимаются в скважину, последовательно через тяги и пружины воздействуя на клинья других распорных элементов и ослабляя их соединения. Распорные элементы приходят в исходное положение, исочник колебаний можно извлечь из скважины.

При выборе размеров скважинного источника следует руководствоваться вибрационными усилиями, технологическими возможностями бурового и вибрационного оборудования, контактной прочностью пород.

Выбирая те или иные углы наклона клиньев и жесткости пружин, можно менять функции, выполняемые ими. Если угол мал, как показано на фиг. 1, то клиновые соединения самозатягиваются и усилие пружин необходимо лишь для предотвращения ослабления клиновых соединений от вибрации. Если уголбольше, то самоэатягивание не возникает и пружины должны быть такими, чтобы их усилия было достаточно для обеспечения рабочего положения клиньев и для восприятия некоторой составляющей вибрационного усилия. В этом случае, в отличие от предыщущего, клиновые соединения обладают податливостью.

Скважинный источник колебаний дает возможность вибрационного воздействия на горные породы для перераспределения напряжений в целиках и устранения опасных динамических проявлений горного давления. Это позволяет существенно сократить расходы на взрыв7

890324 чатые вещества, повысить безопасность и производительность труда горнорабочих, использовать оптимальную технологию горных работ. ровозбудителем упругими связями, тяги каждого распорного элемента связаны друг c ppyroM пружинами, жесткость которых уменьыается от конца вибровозбудителя, обращенного к устью скважины, к концу, обращенному ко дну скважины, а. тяги фиксированы гайками с воэможностью регулирования в опорах, выполненных на обращенном к устью скважины конце вибровозбудителя, при этом поперечный размер внешних клиньев увеличивается от конца вибровоэбудителя, обращенного к устью скважины,к противоположному концу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

Формула изобретения

2. Патент кл. 181-106, 3. Патент кл. 181-106, Скважинный источник колебаний, включающий вибровозбудитель и свя- 1р занные с ним распорные элементы для монтажа в скважине с возможностью радиальных и осевых перемещений относительно последней, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения производительности и упрощения конструкции, каждый распорный элемент выполнен в виде внутреннего, примыкающего к вибровозбудителю, и внешнего клиньев, внутренний клин ус-. тановлен с возможностью осевых перемещений и выполнен с тягами, а внешний установлен с воэможностью радиальных перемещений и соединен с виб-.

С11А. Ь 3346066, опублик. 1967.

США В 3282371, опублик. 1966 (прототип).

ФиМ

890324

Фиг2

Составитель Н, )Куравлева

Репактор Ю. Петуушко Tezpeg С.Мигунова Иороектоо Г- На аРова

Заказ )0985/75 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий !!3035 Москва И-35 Ра шская наб. д. 4/5

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4