Способ термодинамического раз-рушения горных пород

.94 (088.8) па делам нзебретеннй н еткрытнйОпубликовано 07.02.81. Бюллетень5Дата опубликования описания 15.02.81 72) Авторы изобретения Е. К. Ястребов и Б. К. Стыро нститн Казахский политехническийим. В. И. Ленина аявитель ЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ 54) СПОСОБ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОПОРОД еше- ермоИзобретение относится к термодинамическим способам разрушения горных пород и может быть использовано, в частности, для бурения взрывных скважин.Известен способ термодинамического бурения скважин, при котором на горную породу воздействуют детонационными волнами и следующими за ними продуктами детонации, которые создают непосредственно в камере сгорания, у ее закрытого конца, путем сжигания углеводородного горючего в газообразном окислителе в сверхзвуковом режиме 1. Этот способ практически применим для бурения скважин, главным образом в грунтах и глинах, так как механическое действие детонационных волн при использовании обычных компрессоров для подготовки топливной смеси не превышает 400 - 600 кг/см.Тепловое воздействие продуктов детонации на буримую пробу при этом очень кратковременно и недостаточно для термического ослабления горных пород.Наиболее близким техническим р нием к изобретению является способ т динамического разрушения горных порододновременным воздеиствием на них сверхзвуковыми высокотемпературными газовыми струями и детонационными волнами, которые создают в результате сжигания топ 5 ливной смеси углеводородного горючего игазообразного окислителя 2,Высокотемпературные газовые струи формируют из продуктов сжигания топливныхсмесей в двух коаксиально расположенныхкамерах сгорания в режиме дозвукового гоо рения. Детонационные волны создаются непосредственно в истекающих струях газа приих встрече с забоем путем дожигания непрореагировавших в камерах сгорания избытков окислителя и горючего.Давление таких волн на разрушаемуюповерхность не превышает 15 - 20 кг/см,так как их образование протекает в факеле, где объемы достигаемых топливных смесей очень незначительны. Поэтому известные способы не обеспечивают достаточноэффективного разрушения горных пород поизложенным выше причинам.Цель изобретения заключается в том,чтобы существенно повысить эффективностьпроцесса разрушения.Эта цель достигается тем, что детонационные волны генерируют непосредственнов камере сгорания у ее закрытого конца втопливной смеси, компоненты которой вводят в камеру сгорания встречными потоками. При этом в камеру сгорания сначалавводят окислитель, а затем горючее.Вводимые в камеру сгорания встречнымипотоками топливные компоненты даже приполностью открытой камере увеличивают ееаэродинамическое сопротивление и повышают начальное давление в камере в 2 - 3 ра Оза, что приводит к 2 - 3-х кратному повышению механического воздействия детонационной волны на разрушаемую породу,Предлагаемый способ поясняется на примере сжигания бензовоздушных топливныхсмесей. 15На чертеже показана двухкамерная огнеструйная горелка.Сжатый воздух и бензин под давлением5 -кгс/см вводят в камеры 1 и 2 сгорания в пропорциях, обеспечивающих подготовку обогащенной топливной смеси с коэффициентом избытка окислителя, равным0,6 - 0,8 для камеры 1 и 0,9 - 0,95 для камеры 2.Топливную смесь в камере 1 сгораниясжигают непрерывно в дозвуковом режиме 25горения. Продукты сгорания формируют всверхзвуковые струи 3 и под давлением 3 -4 кгс/см выбрасывают из камеры 1 сгорания на разрушаемую породу 4. Температура в зоне торможения струи и образова 30ния отсоединенного скачка уплотнения 5 повышается до внутрикамерной, т. е. до 1300 -1500 С.Топливные компоненты в камеру 2 сгорания вводят встречными потоками, которыесталкиваются, повышают аэродинамическое Мсопротивление камеры, увеличивая начальное давление топливной смеси в ней до 2 -3 кгс/см при давлении в скважине около1,1 кгс/см .Топливную смесь в камере 2 сгораниявоспламеняют у ее закрытого конца электрическим разрядом 6. Образовавшийсяфронт 7 пламени ускоряется, и нормальноегорение перерастает в детонацию в виде волны 8, которая вместе с продуктами детонации распространяется к открытому концукамеры 2 сгорания со скоростью 1200 -1500 м/с и воздействует на поверхность разрушаемой породы 4 с силой 500 - 600 кгс/см,Остатки продуктов детонации вытесняются из камеры 2 сгорания воздухом, после чего в камеру 2 вводят горючее, образуют топливную смесь, и цикл генерирования детонационной волны повторяют.На разрушаемую породу 4 одновременно воздействуют непрерывными струями 3 нагретого до высокой температуры газа и периодической детонационной волной 8, которая разрушает скачок уплотнения 5.В результате, ослабления прочности разрушаемой породы и усиления механического воздействия на нее детонационных волн эффективность разрушения повышается в 1,5 6 раз (в зависимости от физико-химических и минералогических свойств породы) и в значительной мере расширяется диапазон разрушаемых пород.Технико-экономическая эффективность данного способа обеспечивается повышением внутрикамерного давления в детонационной камере сгорания и взаимодействием детонационной волны и факела при одновременном их воздействии на разрушаемую породу.формула изобретения1, Способ термодинамического разрушения горных пород одновременным воздействием на них сверхзвуковыми высокотемпературными газовыми струями и детонационными волнами, которые создают в результате сжигания топливной смеси углеводородного горючего и газообразного 0 кислителя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разрушения, детонационные волны генерируют непосредственно в камере сгорания, у ее закрытого конца, в топливной смеси, компоненты которой вводят в камеру сгорания встречными потоками.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в камеру сгорания сначала вводят окислитель, а затем горючее.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент Англии1275264,кл. Е 1 Е, опублик. 1972.2. Авторское свидетельство СССР279525, кл. Е 21 С 21/00, 1967.ставитель В.Михаеред А. Бойкасаж 638рственного комитетобретений и откр- 35, Раушская нг Ужгород ул Те ТиИ Госуда делам и осква, Ж Патент Редактор Ж. РожковаЗаказ 10233/41ВНИИпо113035,Филиал ПП Корректор С. ЩомПодписноеа СССРытийб., д. 4/5Проектная, 4