Устройство для термомеханического разрушения горных пород

(19) (11) 785 21 В 7/14 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН СТВУ Об ГОСУДАРСТВЕННЬЮ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДВТЕЛ(71) Горнорудная часть Государственного проектно-конструкторского и экспериментального института по обогатительному оборудованию(56) Авторское свидетельство СССР В 414416, кл. Е 21 С 21/00, 1972.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД поавт. св. В 52611, о т л и ч а ю:ц е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирования оптимальных параметров процесса бурения, поршень-золотник снабжен запирающим элементом для перекрытия каналов, сообщающих промежуточную камеру с затрубным пространством, 588785Известно устройство для термомеханического разрушения горных пород,включающее скрепленный с буровым станом корпус с магистралями для подводагоряючего, воды и воздуха, камеру 5сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенныйс корпусом посредством шлицев.Данное устройство позволяет совмещать бурение скважин с их расшире 10нием,Однако известное устройство обладает тем недостатком, что в нем нельзя использовать полную мощность газо вой струи, как на бурение, так и расширение скважин. Кроме того, наличие парогазовой смеси ниже бокового сопла приводит к резкому ухудшению процесса расширения иэ-за снижения темпера туры струи, истекающей через боковое сопло, вызванного эжекцией парогазовой смеси.Наиболее близким техническим решением к изобретению является устрой ство для термомеханического разрушения горных пород по основному авт, св. В 526191, включающее соединенный с буровым ставом корпус с магистралями для подвода горючего, воды и воздуха, 30 камеру сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шлицев, при этом 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 40 и поршне-золотнике выполнены каналы, периодически сообщающие промежуточную и смесительную камеры.Известное устройство позволяет механизировать процесс термомеханического бурения скважин с продувкой забоя парогазовой смесью и расширения буримой скважины термическим способом.Однако в процессе бурения по глу бине скважины и в зависимости от крепости буримых пород меняется давление в призабойной зоне, Давление в призабойной зоне определяет давление в смесительной камере, а так как вода подается к устройству по одной магистрали с последующим Разделением ее для пылеподавления и парообразования, в процессе бурения может происходить перераспределение расхода воды. Поэтому при бурении известным устройством нельзя обеспечить точное регулирование распределения расхода воды и, следовательно, температуру парогазовой смеси. Это, в свою очередь, не позволяет производить процесс бурения в оптимальном режиме. Другим недостатком известного устройства является необходимость снижения температуры боковой газовой струи в режиме бурения, Это ведет к уменьшению количества воды, подаваемой на парообразование и,: значит, к уменьшению объема продувочного агента, что снижает производительность процесса бурения.Для повышения точности регулирования оптимальных параметров процесса бурения в предлагаемом устройстве поршень-золотник снабжен запирающим элементом для перекрытия каналов, сообщающих промежуточную камеру с затрубным пространством.Наличие запирающего элемента позволяет в режиме бурения осуществлять подачу воды только на парообразование. Расходы воды на пылеподавление в этом режиме отсутствуют, В режиме расширения скважины вода поступает только на пылеподавление, Кроме того, в режиме бурения происходит интенсивное охлаждение заслонки водой, поступающей в выполненные внутри нее каналы, что позволяет не снижать температуру газовой струи, истекающей из сопла горелки в режиме бурения. Это повьппает эффективность использования устройства при бурении,На фиг.1 изображено описываемое устройство в положении, соответствующем процессу бурения скважины, на фиг.2 - то же, в положении, соответствующем процессу расширения скважины,Устройство содержит корпус 1, внутри которого размещены магистрали 2- 4 соответственно для подвода окисли-теля, например воздуха, горючего и воды, приспособление для дистанционного зажигания горючей смеси, камеру 5 сгорания с форсункой 6 для распыления горючего и соплом 7 для образования газовой струи, цилиндр 8 с каналами 9 и поршень-золотник 10 с.каналами 11 и 12, причем поршень-золотник 10 и цилиндр 8 образуют промежуточную камеру 13, запирающий элемент 14,скрепленный с поршнем-золотником 10, заслонку 15 с окном 16 и с каналами 17 и 18, соединенную с поршнем-золотником 10 посредством крестовины 19 с каналами 20, Чехол 21 выполнен с отверстием 22, соосным с соплом 7 камеры 5 сгорания. Внутри корпуса 1 размещен толкатель 23, связанный с ним посредством шлицев 24. Толкатель 23 снабжен в нижней части резьбой 25 10 для подсоединения долота 26. Полость между долотом 26 и поршнем-золотником 10 служит смесительной камерой 27, Магистраль 2 для подвода окислителя сообщена с камерой 5 сгорания 15 посредством каналов 28, 29, а через каналы 30, пазы 31, 32 и каналы ЗЗ, 34 со смесительной камерой 27.Магистраль 4 для подачи воды сообщена через каналы 35 с промежуточной 20 камерой 13 и через каналы 11, 9, 12, 20, 17 и 18 со смесительной камерой 27, а.посредством каналов 36 и 37 - . с затрубным пространством. В процессе бурения температура газовой струи, истекающей из сопла 7 камеры 5, такая же,. как и при расширении, и составляет около 1500 С.В смесительной камере 27 газовая струя и вода, пройдя через корпусрассекатель 40, смешиваются и образуют.низкотемпературную парогазовую смесь, поступающую затем через канал долота 26 на забой скважины. Парогазовая смесь способствует интенсификации процесса бурения и выноса разрушенных частиц горной породы, При расширении скважины ходом устройства вниз-вверх и снятием при этом осевой нагрузки на долото 26 поршень- золотник 10 под действием давления воды в промежуточной камере 13 пере,мещается в крайнее нижнее положение, передвигая одновременно заслонку 15 и толкатель 23 с долотом 26, собственный вес которых также способствует указанному перемещению. При этом сопло 7 через окно 16 заслонки 15 и отверстие 22 в чехле 21 сообщается с затрубным пространством, Входные каналы 11 в поршне-золотнике 10 в этом случае отсоединены от каналов 9 в цилиндре 8, а запирающий элемент 14 открывает каналы 36 и 37, соединяющие затрубное пространство с водяной магистралью 4. Таким образом, в режиме расширения вода поСтупает только на пылеподавление.При воздействии газовой струи, истекающей из сопла 7 камеры 5 с температурой около 1500 С на стенкускважины, производится расширение ее Устройство работает следующим образом,Перед запуском устройства в коль-цевой канал 35 между чехлом 21 и камерой 5 сгорания под давлением подается вода, которая, охлаждая ее, поступает затем в промежуточную камеру.13 и, воздействуя на поршень-золотник10, перемещает его в крайнее нижнее 40положение (как показано на фиг.2).При этом положении входные каналы 11и 12 поршня-золотника 10 отсоединеныот каналов 9 цилиндра 8, в связи счем вся вода поступает только на пы леподавление в затрубное пространство.Изображенное на Аиг,2 положениеустройства является исходным для егозапуска, который осуществляется следующим. образом,Посредством дистанционно управляемого приспособления в камере 5 сгорания производят зажигание горючейсмеси, образующейся в Результате сме шения окислителя с распыляемым форсункой 6 горючим. Устройство выводится на рабочий режим и далее, под действием осевого усилия, развиваемого Поршень-золотник 10 юеет уплотнения 38 и посредством крестовины 19 упирается в торец 39 толкателя 23, В толкателе 23 размещен корпус-рассекатель 40. ЗО буровым станком, долото 26 перемещаеттолкатель 23 и связанные с ним заслонку 15 и поршень-золотник 10 вкрайнее верхнее положение (как показано на Лиг,1), При этом заслонка 15перекрывает отверстие 22 в чехле 21,в результате чего газовый поток поступает через сопло 7 в смесительнуюкамеру 27, в которую через каналы 9и 11 и выходной канал 12 в цилиндре8 и в поршне-золотнике 10, каналы 20в крестовине 19 и каналы 17 и 18 заслонки 15 поступает также вода. Вверхнем положении поршня-золотника10 запирающий элемент 14 перекрываетканалы 36 и 37, соединяющие водянуюмагистраль 5 с затрубным пространством. Таким образом, в этом положении вода подается только на парооб-.разование.588785 до оптимального значения диаметра,Для предохранения долота от зашламовывания и перегревания в режиме расширения некоторое количество.окислихред Л.С дактор М.Марголис одписно 40/4 ВНИИПИ Государств по делам изобр 113035, Москва, Ж/5 Производственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгор ектная. Рб 6 1 Ю 1 У теля подается через каналы 30, пазы31, 32 и каналы 33, 34 с целью постоянной продувки и охлаждения шлицевогосоединения и долота. ова Корректор Х,Максимищинец