Скважинное устройство для отрыва и разрушения горных пород

ССР 966 987 4 ь ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ К АВТОРСКОМУ С 8 И(71) Всесоюзный научно-исслеский институт горной геомехи маркшейдерского дела(54) СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДПЯ ОТВА И РАЗРУИЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к горделу и предназначено для выемкилезного ископаемого на слюдяныхместорождениях, Цель изобретениярасширение Функциональных возможтей устройства за счет обеспеченивозможности отрыва горных породупора в забой скважины, а такжециональное распределение отрывныраспорных усилий, Силовой поршенсилового гидроцилиндра (ГЦ) 1 сонен со штоком (Ш) 3, на котором144629пределами ГЦ 1 коаксиально установлен дополнительный цилиндр 6, соединенный несущим узлом в виде пружинных пластин 5 с распорной цангой (Ц) 4. Внутренними скошенными поверхностями Ц 4 прилегает к наклонным поверхностям клинового заострения Ш 3, выполненного на его свободном торце. В цилиндре 6 соосно с Ш 3 жестко установлен распорный поршень 19, Цилиндр 6, поршень 19 и Ц 4 образуют распорное приспособление, Оппозитно последнему установлено упорное приспособление, выполненное в виде подпружиненного упорного поршня 7, соединенного с упорным Ш .8 и упорной Ц 9Последняя соединена гибкими тягами 10 с ГЦ 1 и ее внутренние скошенные поверхности при 8легают к клиновому заострению Ш 8.Выполненные в ц 3 каналы 13-15 автономно связывают линии подвода рабочего тела с полостями 16"18 ГЦ 1 ицилиндра 6. Рабочую жидкость подаютв полость 18 ГЦ 1, при этом поршень2 с Ш 3 и поршень 7 с Ш 8 перемещаются в противоположные стороны, аШ 3 и 8 воздействуют на Ц 4 и 9. Врезультате передачи радиальногоусилия на Ц 4 и 9 происходят расклинивание и фиксация устройства в скважине. Повышение давления жидкостив полости 18 и осевого усилия пориня 7 приводит к улучшению расклинивания Ц 9, повышения усилия поршня2 - к отрыву блока горной породы отмассива, 1 э. и. ф-лы, 1 ил, Изобретение относится к горному делу, а именно к скважинным гидравлическим приборам, позволяющим разрушать горные породы и прочие монолитные объекты путем отрыва, и 5 предназначено для выемки полезного . ископаемого на слюдяных месторождениях, особенностью разработки которых является необходимость снижения потерь слюды от повреждений при буровзрывной отбойке.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей устройства за счет обеспечения отрыва горных пород без упора в забой скважины, атакже рациональное распределение отрывных и распорных усилий.На чертеже изображено устройство, продольный разрез.Устройство состоит из силового гидроцилиндра 1 с силовым поршнем 2, жестко соединенным со штоком 3, распоркой цанги 4, соединенной несущим узлом в виде пружинных пластин (гибких тяг) 5 с дополнительным цилиндром 6, который коаксиально установлен на штоке 3 за пределами силового гидроцилиндра 1, упорного поршня 7, соединенного с упорным штоком 8, упор ной цанги 9, соединенной пружинными пластинами (гибкими тягами) 10 с силовым гидроцилиндром 1, упорного кольца 11 и возвратной пружины 12,размещенных внутри силовогоцилиндра 1. В штоке 3 выполнены каналы 1315 для автономной связи линии подвода рабочего тела с полостями 16-18 цилиндров 1 и 6.Шток 3 на свободном торце имеет клиновое заострение, к наклонным поверхностям которого прилегают внутренние скошенные поверхности цанги 4. На штоке 3 в цилиндре 6 жестко коаксиально установлен распорный поршень 19.Элементы 9,8 и 7 образуют упорное приспособление силового гидро- цилиндр а.Поршень 7 со штоком 8 с клиновым заострением на свободном торце установлены в гидроцилиндре 1 оппозитно распорному приспособлению (элементам 2"4).Внутренние скошенные поверхности цанги 9 прилегают к наклонным поверхностямклинового заострения штока 8.Устройство работает следующимобразом.Устройство вводят в скважину на глубину 0,3-0,5 м и подключают к нему высоконапорный насос. По каналу 14 подают под давлением рабочую жидкостьв поршневую полость 18 силового гидроцилиндра 1, при этом поршень 2 соСледовательно, применение в предлагаемом устройстве штока 8 с углом клинового заострения большим, чем угол клинового заострения штока 3 обеспечивает оптимальные условия трансформации энергии сжатой жидкости в осевое и радиальное усилия соответственно штоков 8 и 3. Кроме того, так как цанга 9 будет расклинена при минимальном перемещении штока 8, это облегчит условия для возврата штока в исходное положение пружиной 12. 3 144629штоком 3 и поршень 7 со штоком 8 перемещаются в противоположные стороны.При перемещении штоки 3 и 8 клиновымизаострениями воздействуют в радиальном5направлении на цанги 4 и 9,соединенныесоответственно пружинными пластинами5 и 10 с цилиндрами 6 и 1. В результате передачи радиального (по отношению к оси устройства)усилия на цан Оги 4 и 9 происходит расклиниваниеи Фиксация устройства в скважине.,Одновременно перемещение поршня 7вызывает сжатие пружины 12, установленной на упорном кольце 11. Дальнейшее повьппение давления жидкости вполости 18 и, соответственно, осевого усилия дополнительного поршня 7,направленного в сторону массива,приводит к улучшению расклинивания 20цанги 9 и обеспечению надежной "упорной поверхности" взамен отсутствующего торца скважины, а повьппениеусилия поршня 2, направленного в сторону свободной поверхности, приводит 25к отрыву блока горной породы от массива. Если продолжать подавать жидкость в полость 18, то поршень 2 соштоком 3 выдвинется полностью и согнется под действием силы тяжести 30оторванного блока пород, поэтому,как только в массиве возникнет трещина отрыва и произойдет незначительное перемещение цилиндра 6 относительно силового цилиндра 1 и отделение блока пород, канал 14 закрываюти начинают подавать жидкость по каналу 13 в полость 16 под поршень19, Под действием жидкости корпусцилиндра 6 возвращается в исходное 40положение и прижимается к торцу силового гидроцилиндра 1, а шток 3перемещается в противоположную сторону (в сторону свободной поверхнос"1ти) и конусным концом продолжает 45воздействовать в радиальном направлении на цангу 4. Как только величина радиального .усилия, передаваемогона блок породы, достигнет величиныпрочности горных породна разрыв 1 50произойдет разрушение блока породына отдельные куски и освобождениеустройства. После этого сбрасываютдавление из полостей 16 и 18 и поканалу 15 подают жидкОсть .В полость17, При этом происходит перемещениепоршня 2 со штоком 3 относительноцилиндров 1,6 и цанги 4 до возвратаих в исходное состояние. Одновремен 84но происходит перемещение поршня 7со штоком 8 под действием сжатойпружины 12 относительно гидроцилиндра 1 и цанги .9 в исходное состояние. После этого устройство досылают в скважину в глубь массива на расстояние 0,3-0,5 м и операции по отрыву блока породы повторяют вновь.Конструкция устройства позволяетпредварительно нагрузить намеченныйк отрь 1 ву блок опережающей подачейрабочего тела (жидкости) в полость1 б. 11 ри последующей подаче жидкостив полость 18 в момент отрыва напрЯженнбе состояние блока резко изменяется и предварительные сжимающиенапряжения вызывают уже деформациирастяжения. Поскольку сопротивлениепород на разрыв существенно меньше,чем на сжатие, блок разрушается сразу же после отрыва от массива.Анализ кинематического взаимодействия штока и распорной цанги, установленной на его конусном заострении,показывает, что при незначительном.угле заострения силового штока 3о(например, близком к 5 ) результирующее усилие от перемещения поршня2 будет направлено в радиальном направлении (практически перпендикулярно оси скважины), тогда как при значительном угле заострения дополни"тельного штока 8 (например, близкомк 175") результирующее усилие отосевого перемещения дополнительногопоршня 7 будет направлено практически по оси скважины. Однако при использовании штоков с крайними значениямиуглов заострения (5 и 175 ) расклийивание цанги 9 штоком 8 будет затруднительно, а величины раэдвижкицанги 4 штоком 3 может не хватитьля ликвидации зазора между устройством и скважиной,Заказ 6726/37 Тираж 459 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по деламизобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 14462Формула изобретения 1. Сквяжинное устройство для отрыва и разрушения горных пород, вклю 5 чающее силовой гидроцилиндр с силовым поршнем со штоком с клиновым заострением на свободном торце, распорное приспособление в виде дополни" тельного цилиндра, коаксиально ус тановленного на штоке за пределами силового гидроцилиндра, распорного поршня, установленного в дополнительном цилиндре соосно со штоком и жестко связанного с ним, и распорной цанги, связанной гибкими тягами с дополнительным цилиндром и прилегающей внутренними скошенными поверхностями к наклонным поверхностям клинового заострения штока силового 20 поршня, упорное приспособление сило" вого гидроцилиндра, оппозитное распорному приспособлению, линии подвода рабочего тела в полости цилиндров,98 6о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет обеспечения отрыва горных пород без упора в забой скважины, упорное приспособление выполнено в виде подпружиненного упорного поршня со штоком с клиновым заострением на свободном торце, установленного в силовом гидроцилиндре оппозитно силовому поршню, и прилегающей внутренними скошенными поверхностями к наклонным поверхностям клинового заострения упорного штока упорной цанги с гибкими тягами, связывающими упорную цангу с силовым гидроцилиндром.2. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью рационального распределения отрывных и распорных усилий, угол клинового заострения штока упорного поршня больше угла клинового заострения штока силового поршня.