Гидромониторная головка

(51)5 БРЕТЕН 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗОК АВТО РС КО МУ С В ИДЕТЕЛ Ь СТВУ(71) Донецкий политехнический институТ .(57) Использование: вымывание шпуров напластах полезного ископаемого. Сущностьизобретения, гидромониторная головка со 2держит внутреннюю 4 и внешнюю 5 насадки с конически сопряженными между собойповерхностями. Насадки 4 и 5 расположенч с возможностью относительногоосевого перемещения и с образованием кольцевой камерй 11, На буровой штанге 3 и на насадке 4 закреплена втулка 2. Задний торец 13 насадки 5 расположен во втулке 2 с образованием кольцевой камеры 10. Камера 10 каналами 8 сообщена с проточной полостью 6 насадки 4. Площадь заднего торца 13 насадки 5 в 1,01-.1,10 раза превышает площадь проекции зоны сопряжения конических поверхностей насадок 4, 5 на плоско. сть, перпендикулярную их продольной оси, 2Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для вымывания шпуров заданного диаметра напластах полезного ископаемого, подверженных внезапным выбросам угля и газа. 5Известна гидромониторная головка;представляющая собой фасонную трубкуспециального профиля, которая жестко соединена со стволом гидромонитора. При работе гидромониторная головка формирует 10струю воды и под большим давлениемвыбрасывает ее на угольный забой. В результате сильного удара струи уголь разрушается и отделяется от забоя,Основным недостатком гйдромониторной головки является низкая безопасностьвымывания шпуров иэ-эа того, что такимустройством осуществляют гидроразмывбольших массивов угля и проведение скважин большого поперечного сечения, но на 20пластах, подверженных внезапным выбросам угля и газа, это возможно только послепроведения специальных работ по снятиюнап ряженного состояния угольного массивадля предотвраЩения газодинамических явлений.Наиболее близкой к предлагаемой является гидромониторная головка, содержащаявнутреннюю коническую насадку сбоковыми отверстиями, жестко соединен 30нуа"с полой буровой штангой, наружнуюнасаДку, имеющую возможность осевогоперемещения, пружину и кольцевой упор.При бурениив мягкйх породах пружинанаходится в разжатом состоянии, обеспечивая зазор между насадками. Струя жидкости формируется выходным отверстиемнаружной насадки, поступая к нему черезвыходное отверстие внутренней насадки иее боковые отверстия, При бурении в твердых породах, требующих высокой скоростиразмывающей струи, диаметр скважины- уменьшается и внешняя коническая повер хность наружной насадки упирается в стенки скважины, Под действием осевого усилия 45на головку наружная насадка перемещаетсяотносительно внутренней насадки, сжимаяпружину и перекрывая боковые отверстиявнутренней насадки, В этом случае струяжидкости формируется выходным отверстием внутренней насадки, приобретая увеличенную скорость истечения, необходимуюдля размыва твердых пород,При переходе головки из твердых породв мягкие высокоскоростная струя жидкости 55интенсивно размывает эти породы, в результате чего контакт головки с породой утрачивается, пружина разжимается искорость истекающей струи снижается,Основным недостатком гидромониторной головки является низкая безопасность и эффективность вымывания шпуров на пластах, подверженных внезапным выбросам угля и газа, так как величина гидроразмыва с ее помощью происходит неконтролируемо и на практике невозможно получить шпуры заданной геометрии; Увеличение же поперечного сечения шпура до значения, большего некоторой величины, устанавливаемой с учетом конкретных горногеологических условий, способно спровоцировать внезапный выброс угля и газа,Целью изобретения является повышение эффективности работы гйдромониторной головки эа счет увеличения точности поддержания заданных размеров поперечного сечения вымываемых шпуров.Поставленная цель достигается тем, что гидромонитооная головка, включающая внутреннюю и внешнюю насадки с коническими сопряженными между собой поверхностями, концентрично расположенные с воэможностью относительного осевого перемещения и с образованием кольцевой камеры, соединенной каналами с проточной полостью внутренней насадки, сообщенной с полой буровой штангой, снабжена втулкой, закрепленной на полой буровой штанге и внутренней насадке, а задний торец внешней насадки расположен во втулке с образованием дополнительной кольцевой камеры, сообщенной посредством каналов, выполненных в стенке внутренней насадки, с ее проточной полостью, при этом площадь заднего торца внешней насадки в 1.01-1,10 раза превышает площадь проекции эонысопряжения конических поверхностей внутренней и внешней насадок на плоскость, перпендикулярную их продольной оси,На фиг.1 изображено расположение гидромониторной головки в шпуре, общий вид; на фиг.2 - то же. продольный разрез.Гидромониторнэя головка 1 состоит иэ втулки 2, жестко соединенной с помощью резьб: с одной стороны с полой буровой штангой 3, которая, в свою очередь, соедикена с гидравлическим механизмом подачи гне показан), а с другой - с внутренней насадкой 4, на которой размещена наружная насадка 5, Внутренняя насадка 4 содержит проточную полость 6, в правую часть (к забою скважины) которой ввинчено сопло 7, и два ряда каналов 8 и 9. Левая часть наружной насадки 5 размещена в пространстве между цилиндрическими поверхностями внутренней насадки 4 и втулки 2 образуя кольцевую камеру 10, соединенн, ю каналами 8 с проточной полостью 6.Наружная поверхность насадки 4 в средней части сужена и совместно с внутренней поверхностью насадки 5 образует вторую кольцевую камеру 11, также соединенную каналами 9 с проточной полостью 6. Правые части внутренней поверхности насадки 5 и наружной поверхности насадки 4 выполнены коническими, Эти две поверхности создают между собой зону сопряжения, служащую запорньгм элементом 12.Конструктивно наружная насадка 5 выполнена так, что площадь ее заднего торца 13 превышает площадь проекции зоны сопряжения конических поверхностей внутренней 4 и внешней 5 насадок на плоскость, перпендикулярную их продольной оси, в 1;01 - 1,10 раза.Площадь проекции эоны сопряжения конических поверхностей на плоскость, перпендикулярную их продольной оси, определим следующим образом, Площадь проекции поверхности неусеченного конуса с диаметром основания б 1 равна площади его основания т.е, л/4 б 1 . Поскольку конус усеченный, то из полученной величины следует вычесть площадь его верхнего основания, диаметр которого равен б 2, - Ф 4 б 2 .г Разность этих площадей и определит зависимость для расчетаЗ = рг(4 (б 12-бгг) Устройство работает следующим образом.Вода под напором поступает в гидромониторную головку 1 по полой буровой штанге 3 и далее в проточную полость 6. Сопла 7 формирует высоконапорную струю, которая производит разрушение угля в массиве, Одновременно по каналам 8 и 9 вода поступает в кольцевые полости 10 и 11, За счет разности площадей левого торца 13 и проекции зоны контакта конических поверхностей на плоскость, перпендикулярную продольной оси головки 1, на которые одновременно действует напор воды, возникает усилие, передвигающее наружную насадку 5 вправо и удерживающее эапорный элемент 12 в закрытом положении.Напор струи воды, выходящей иэ сопла 7, подбирают такой величины, чтобы зона разрушения угля в поперечном сечении не превышала наружный диаметр гидромони 10 40 сечения вымываемого шпура, она снабжена втулкой, закрепленной на буровой 50 20 25 30 35 торной головки 1, При продвижении гидромониторной головки 1 вперед нэружная насадка 5 упрется своей передней выступающей кромкой в оставшиеся целики угля и преодолевая сопротивление запирающего усилия, разомкнет конические поверхности запорного устройства 12, Вода, поступая под давлением по каналам 9 во внутренней насадке 4 в кольцевую полость 11, формируется в образовавшемся кольцевом зазоре в коническую струю; разрушает оставшиеся целики угля и выравнивает боковые стенки. шпура, Как только препятствие будет устранено,запирающее уси .ие передвинет наружную насадку 5 вперед и запрет элемент 12, Изменяя площадь контактирования конических. поверхностей и давление воды в буровой штанге 3, регулируют величину запирающего усилия,Использование предлагаемой гидромониторной головки позволяет безопасно вымывать в массиве полезного ископаемого длинные шпуры заданного поперечного сечения на пластах, подверженных внезапным выбросам угля и газа;Формула изобретения Гидромониторная головка, включающая внутреннюю и внешнюю насадки с коническими сопряженными между собой поверхностями, концентрично расположенные с возможностью относительного осевого перемещения и собразованием кольцевой камеры, соединенной каналами с проточной полостью внутренней насадки, сообщенной с буровой штангой, о т л и ч а ющ а я с я тем. что, с целью повышения эффективности работы гидромониторной головки за счет увеличения точности поддержания заданных размеров поперечного штанге и на внутренней насадке, а задний торец внешней насадки расположен во втулке .с образованием дополнительной кольцевой камеры, сообщеннОй посредством каналов, выполненных в стенке внутренней насадки, с проточной полостью последней, при этом площадь заднего торца внешней насадки в 1,01-1,10 раза превышает площадь проекции зоны сопряжения,конических поверхностей внутренней и внешней насадок на плоскость, перпендикулярную их продольной оси,1747700 Составитель О. ЛопатТехред М.Моргентал дактор Е. Коп рректо нчаков 483 Тираж ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС113035,Москва,Ж, Раушская наб., 4/5роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 2 ВН С