Устройство для термомеханического разрушения горных пород

(51) 4 ГОСУД АРС ПО ДЕЛА ЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ чего, в соплом осударственного пр экспериментальног ому оборудованиюСтрашненко,Щекин и С. 3, Вай 3) 622.243,94,05 (088 ЙСТВО ЗРУШЕ(54) (57) УСТНИЧЕСКОГОвключающеекорпус с м ДЛЯ ТЕРМОМЕХА - ГОРНЫХ ПОРО с буровым ставом репленныистралями подвода горю(71) Горнорудная часть Гектно-конструкторского иинститута по обогатительн, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шпицев, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью интенсификации процессов бурения и расширения скважин с одновременным повышением эксплуатационной надежности устройства, оно снабжено образующими промежуточную камеру цилиндром с поршнем- золотником и скрепленной с последним заслонкой с окном, опирающейся на толкатель, причем промежуточная камера сообщена с магистралью для подвода воды, а в цилиндре и поршне-золотнике выполнены каналы, периодически сообщающие промежуточную и смесительную камеры.,Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для термомеханического разрушения горных пород,предназначенным преимущественно для бурения взрывных скважин.Известно устройство для термомеханического разрушения горных пород, включающее скрепленный с буровым ставом корпусс магистралями для подвода горючего, водыи воздуха, камеру сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, со.единенный с корпусом посредством шлицев.Недостатком известного устройства является низкая производительность, так как гене-рируемые в устройстве высокотемпературныепродукты сгорания разделяются на два пото.ка, один из которых используется для образования парогаза при бурении, а другой -для расширения скважин, что приводит книзкому использованию в обоих процессахпрОдуктов сгорания реактивной горелки и кснижению интенсивности процесса бурения ирасширения скважины.В предлагаемом устройстве указанные недостатки отсутствуют, так как значительнаячасть продуктов сгорания, генерируемых вреактивной горелке, используется либо прирасширении в виде высокотемпературной газовой струи, либо при бурении на образование парогаза, причем эти операции предусмотрено выполнять при наличии одного сопла.Периодическое, максимально возможное ис.пользование продуктов сгорания горелки обеспещвает эффективный режим работы устрой.ства как при бурении, так и расширении, чтоведет, к интенсификации того и другого про.цесса,Кроме того. в предлагаемом устройствепредусмотрена постоянная продувка и охлаждение шлицев некоторым количеством окислителя, что обеспечивает надежность работыустройства при бурении и расширении.В предлагаемом устройстве обеспечиваетсяпри осуществлении процесса бурения понижение температуры газовой струи, истекающейиэ сопла камеры сгорания и подаваемой затемна образование парогаза, что позволяет из.бежать высокотемпературного воздействия наэлементы конструкции, охлаждаемые воздухом или водой, что в целом значительно повышает эксплуатационную надежность устройства.Цель изобретения - интенсификация про.цесса бурения и расширения скважин с одновременным повышением эксплуатационной надежности . устройства лдя термомеханическогоразрушения горных пород.Поставленная цель достигается тем, что уст.ройство снабжено образующими промежуточ. 6191 2нуьз камеру цилиндром с поршнем-золотни.ком и скрепленной с последним заслонкойс окном, опирающейся на толкатель, причемпромежуточная камера сообщена с магистральюдля подвода воды, в цилиндре и поршне-золотнике выполнены каналы, периодически сообщающие промежуточную и смесительную камеры, а камера сгорания посредством заслонки попеременно сообщена с затрубным прост 1 О ранством и смесительной камерой.На чертеже изображено предлагаемое устройство.Устройство состоит из корпуса 1, скрепленного с бурсеым ставом (на чертеже не пока 15 зан), внутри которого размещены магистрали2 - 4 для подвода окислителя: воздуха, горю-,чего и воды соответственно, токоподвода 5для дистанционного зажигания горючей смеси,камеры сгорания 6, в которой размещена, по20 крайней мере одна форсунка 7 для распыления горючего и сопло 8 для образования газовой струи, цилиндра 9 с каналами 10 ипоршня-золотника 11 с каналами 12, причемпоршень-золотник и цилиндр образуют про 25 межуточную камеру 13, заслонки 14 с окном15, скрепленной с поршнем-золотником посредством крестовины 16, Чехол 17 выполненс отверстием а, соосным с соплом камерысгорания. Внутри корпуса размещен толкатель30 18, связанный с корпусом посредством шлицев 19. Толкатель снабжен в нижней частирезьбой 20 г".ч подсоединения долота 21.Полость между долотом и поршнем-золотником образует смесительную камеру 22, Ма.35гистраль для подвода окислителя сообщена скамерой сгорания посредством каналов 23 и24, а посредством каналов 25 - 28 - со смесительной камерой,Магистраль для подачи воды сообщена4 через каналы 29 и 30. с промежуточной камерой и через каналы 12 и 10 в поршне.золотнике и цилиндре - со смесительной камерой, а через каналы 31 - с затрубнь 1 мпространством. 45Поршень-золотник имеет уплотнение 32 ипосредством крестовины 16 упирается в то.рец 33 толкателя.Устройство работает следующим образом.Перед запуском устройство в кольцевойканал между чехлом и камерой сгорания под 50давлением подается вода, которая, проходячерез канал, охлаждает камеру сгорания, послечего она поступает в промежуточную камеру,и воздействуя. на поршень-золотник, заставля.ет его перемещаться в крайнее нижнее положение.При этом положении каналы поршня.золотника отсоединены от каналов цилиндра, всвязи с чем вся вода. поступает только напылеподавление в затрубное пространство.В таком положении устройства производится его запуск, осуществляемый следующимобразом.Дистанционно посредством тока, подаваемого через токоподвод, в камере сгоранияпроизводят зажигание горючей смеси, образующейся в результате смещения окислителя с 1 Ораспыляемым форсункой горючим,Устройство выводится на режим буренияскважин, при котором коэффициент избыткаокислителя максимальный (расход горючегоминимальный), в результате чего температурагазовой струи, истекающей из сопла, состав.ляет примерно 500 - 6000. Далее под действием осевого усилия, развиваемого буровымстанком (на чертеже не показан), долото перемещает толкатель и связанные с ним заслонку и поршень-золотник в крайнее верхнееположение.При этом заслонка перекрывает отверстиев чехле, в результате чего газовый поток поступает в смесительную камеру, в которую 25через каналы в поршне-золотнике и цилиндре, совмещенные в результате того, что поршеньзолотник оказался в верхнем положении, поступает и вода. В смесительной камере газовая струя и вода, пройдя через рассекатель,смешиваются и образуют низкотемпературнуюпарогазовую смесь, поступающую затем черездолото на забой скважины,Температура и расход парогазовой смеси сспособствуют интенсификации процесса буре35ния и выноса разрушенных частиц горнойпороди.Поступающая по каналу 31 в затрубноепространство вода обеспечивает пылеподавление мельчайших частиц породы.40При расширении ходом бурового става сни.зу вверх и снятием при этом осевой нагрузки долота поршень-золотник под действиемдавления воды в промежуточной камере перемещается в крайнее нижнее положение, пере 45двигая одновременно заслонку и толкательс долотом, собственный вес которых такжеспособствует указанному перемещению,При этом сопло через окно 15 заслонкии отверстие д корпуса сообщается с эатруб.ным пространством,Оператор на станке выводит расход горячего на максимальную величину, коэффици.ент избытка окислителя снижается до значе.ния 0,9 - 1,0, в результате чего температура газовой струи, истекающей из сопла, повышается до 15000 и выше.Воздействуя с такой температурой на стен.ку скважины, газовая струя производит ее разрушение и расширение диаметра скважины до оптимального значения, соответствующего определенной скорости подъема и вращения бурового става.Отсутствие воды или парогаза в простран стве, находящемся под газовой струей (каналы в поршне-золотнике в этом случае отсоединены от каналов в цилиндре), значительно повышает интенсивность процесса разрушения, а подача некоторого количества окислителя через каналы 26 - 28 и смесительную камеру в продувочные отверстия долота обеспечивает постоянную продувку и охлаждение шлицевого соединения и долота, что предохраняет его от зашламовывания и перегревания.Данное устройство позволяет вести процессбурения в крепчайших породах нри интенсив.ном воздействии на забой скважины низкотемпературного парогазового пото а, вызывающего в поверхностном слое горной породы термические напряжения, облегчающие дальнейшее разрушение забоя механическим инструментом (долотом), а также улучшающие очистку забоя скважины.Кроме того, автоматическое передвижение заслонки устройства при подъеме бурового става позволяет сочетать подъем с операцией расширения скважины при максимальном расходе компонентов газовой струи и исключе. нии поступления воды или пара в пространство, находящееся ниже газовой струи, что в целом интенсифицирует процесс разрушения, исключает необходимость в дополнительных вспомогательных операциях при переходе с процесса бурения на п 1 юцесс расширения.Ожидаемый технико-экономический эффект от применения предлагаемого устройства составит порядка 80 - 90 тыс. руб. на станок в год.526191 Редактор С. Титова Корректор С, Ч ехред И.Г Тираж 5 Заказ 434 дни сно оми отк Цроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгоро Про ВНИИПИ Государственного по делам изобретений113035, Москва, Ж - 35, Рауш а СССРй