Устройство для термомеханического бурения

ОП ИСАНИ ЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик(51) М, Кл,Е 21 С 21/00 Е 21 С 37/16 Государственный кемнтет СССР но делам нзебретений и еткрытнй(72) Авторы изобретения Горнорудная часть Государственного проектно-конструкторского и эксперйментального института по обогатительному оборудованию(54) УСТРОИСгВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО БУРЕНИЯ 15 Наиболее близким к предлагаемому является устройство для термомеханического бурения, включающее механизм для созда. 20 ния осевого давления с датчиком осевого давления, подводящее устройство, ко входам которого подключены датчик расхода воды и через регулируемый дроссель топлив 1Изобретение относится к горной промышленности, а именно к проходке взрывных . скважин в горных породах любого минералогического состава.Известно устройство (парогазорасширитель) для термомеханйческого разрушения- горных пород посредством воздействия на забой парогазовой смесью и механическим породоразрушающим инструментом и расширением буримой скважины с помощью высокотемпературной газовой струи, в котором имеется корпус с реактивной горелкой 10 и сместительной камерой, скрепленной посредством шлицевого соединения с толкателем и долотом. Внутри корпуса парогазорасширителя размещена промежуточная Ка- мера с поршнем-золотником, соединенным с заслонкой, взаимодействующей с толкателем 11. 2ный насос, корпус бурового става с реактив ной горелкой и сместительной камерой 2.Однако это устройство обладает низкой производительностью, так как продукты сгорания, генерируемые в камере сгорания "делягся на двапотбйа,"один,йзКоторйх идет на парообразование, а другой на расширение скважины. Это снижает производительность процесса бурения и расширения, а также надежность всего уст-ройства.Цель изобретения - повышение надеж.ности и долговечности элементов устройства,Цель достигается тем, что устройство снабжено, подключенным паралельно регулйруемому дроссВЙГ,-"клайаном с йриводом, блоком управления клапаном и блоком защиты, причем ко входу клапана подключен через усилитель.один из выходов блока управления, второй выход которого соединен через усилительс двигателем топливного насоса, а ко входам блока управления через усилители подключены датчики расхода"воды и давления и один из входов блока защиты, второй вход которого соединен через усилитель с датчиком расхода воды, а выход -с двигателем топливного насоса, причем10 н 2 О и эе 35 4 О 45 зо 5 блок управления выполнен из соединенных посредством логического элемента И двух пороговых элементов, вход одного из которых через логический элемейт НЕ связан с другим логическим элементом И, ко второму входу которого подключен выход другого порогового элемента, а блок защиты выполнен из двух параллельно включенных пороговых элементов, выход одного из которых соединен через логический элемент НЕ со входом усилителя, второй вход которого подключен к выходу другого порогового элемента.На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.Устройство для термомеханического бурения состоит из подводящего устройства 1,бурового става 2 с магистралями для подвода воды, горючего и окислителя, в нижнек части которого расположен парогазорасширитель и долото 3. Парогазорасширитель включает в себя камеру 4 сгорания с соплом 5, сместительную камеру 6 и промежуточную, поршневую камеру 7 с поршнем-золотником 8, в котором имеются водяные отверстия 9. Камера сгорания имеет водяную рубашку 10 и водяные каналы 11 и 12. В чехле парогазорасширителя имеются отверстия 13 для выброса воды. Поршневая камера имеет кольцевой зазор 14 для подачи воды в сместительную камеру. С поршнем-золотником соединена заслонка 15 с отверстием 16 и толкатель 17 с долотом. Толка- тель связан с корпусом 18 с помощью шлицов 19. К подводящему устройству подведена магистраль 20 окислителя с компрессором 21, магистраль 22 топлива с регулируемым дросселем 23 и насосом 24 с двигателем 25, а также магистраль 26 воды с датчиком 27 расхода воды, Устройство имеет механизм 28 для создания осевого давления на забой с датчиком 29 давления. Параллельно регулируемомудросселю на магистрали горючего установлен нормально закрытый клапан 30 с приводом. Привод клапана через усилитель 31 соединен с выходом блока 32 управления, состоящим из логического элемента И 33, соединенного с логическим элементом НЕ 34, ко входу которого подключен пороговый элемент 35 выход которого через второй логический элемент И 36 подсоеди" "-" " нен к йервому выходу второго пороговогоэлемента 37, второй выход которого подключен ко входу первого логического элемента И 33. К одному из входов блока управления через усилитель 38 подключен датчик 29 осевого давления, ко второму входу блока управления подключены через усилитель 39 выход датчика 27 расхода воды и входы блока 40 защиты,"выход кбторого соединен с двигателем 25. Блок 40 защиты состоит из параллельно включенных пороговых элементов 41 и 42. Выход первого порогового элемента 41 соединен через логический элемент НЕ 43 с усилителем 44, а выход второго порогового элемента 42 связан с усилителем 44 непосредственно,Устройство работает следующим образом,В режиме бурения за счет осевого усилия происходит перемещение заслонки, связанной с толкателем и долотом, и перекрытие бокового отверстия в корпусе рабочего органа. Одновременно с этим происходит открытие водяного клапана и часть воды из охлаждающей рубашки горелки подается на парообразование, другая часть воды постоянно, независимо от режима работы парогазорасширителя, выбрасывается через отверстия в чехле на пылеподавление. В процессе бурения заслонка, перекрывающая боковые отверстия, находится в условиях прямого воздействия на нее газовой струи истекающей из сопла горелки, поэтому в этом случае в устройстве предусматривается снижение температуры газовой струи до 500-600 С, Это достигается тем, что датчик давления, связанный с механизмом для создания осевого давления, подает сигнал через усилитель 38, пороговый элемент 35 блока управления на логический элемент НЕ 34, на выходе которого в этом случае сигнал отсутствует и, следовательно, не подается через логический элемент И 33 и усилитель 31 на клапан 30, Клапан в этом режиме закрыт и топливо подается только через регулируемый дроссель, который установлен в такое положение, в котором расход горючего соответствует режиму работы горелки с коэффициентом избытка окислителя 2,0 - 2,5 и, следовательно, температура истекающей из сопла горелки газовой струи при этом составляет 500-600 С.Расширение ведется обратным ходом инструмента, т.е. без осевого давления. При этом заслонка за счет веса долота и давления воды на поршень-золотник перемещается в нижнее положение, открывая боковое отверстие в корпусе парогазорасширителя.В этом случае поршень-золотник перекрывает кольцевой зазор для подачи воды в сместительную камеру и вода сбрасывается только на пылеподавление. В таком режиме работы устройства температура истекающей из сопла горелки газовой струи должна быть максимальной, т.е. около 1500 С. Это достигается тем, что сигнал на датчике осевого давления отсутствует, так как механизм для создания осевого давления при этом не работает, следовательно на выход логического элемента НЕ 34 и вход логического элемента И 33 поступает соответствующий сигнал. Далее датчик расхода воды через усилитель 39 подает сигнал на пороговое устройство 37, настроенное на такой режим, что при уменьшении расхода воды, свидетельствующем о том, что поршень-золотник перекрыл кольцевой зазор для подачи воды в сместительную камеру, а вода идет только на пылеподавление, подается сигнал в логический элемент при наличии на его входе двух сигналов - от датчика давления и от датчика расхода воды. Подается сигнал через усилитель на открытие клапана 30. Общий расход горючего через регулируемый дроссель и обводной клапан в этом случае соответствует режиму горелки с коэффициентом избытка окислителя близким к 1,0, а значит температура истекающей из сопла газовой струи при этом составляет около 1500 С, что требуется для эффективного разрушения стенки скважины., 1 ОПосле расширения скважины производится ее продувка, которая осуществляется при движении бурового снаряда вниз без осевого давления. При этом выдув продуктов разрушения из скважины производится1 через боковое сопло высокотемпературной газовой струей. В этом случае параметры работы устройства соответствуют работе парогазорасширителя в режиме расширения скважины, В случае, если боковая струя недостаточно эффективно производит продув- м ку, буровой снаряд упирается в забой, поднимается осевое давление, заслонка перекрывает боковое сопло поршень-золотник открывает кольцевой зазор для впрыскивания воды в сместительную камеру, клапан на обводной магистрали горючего закрывается и парогазорасширитель начинает работать в режиме бурения и интенсивной продувкой выбуренной мелочи через долото.Кроме регулирования расхода горючего в зависимости от осевого давления и расхо- з да воды устройство предусматривает отключение электродвигателя топливного насоса при недостатке охлаждения горелки и долота (малом расходе воды).Это осуществляется следующим образом.При отсутствии расхода воды или расходе меньшим того, на который настроен пороговый элемент 41, что свидетельствует о том, что водяные каналы в горелке забились, на выходе схемы присутствует сигнал который через усилитель 44 подается на отключение двигателя топливного насоса, Отключение двигателя происходит в том случае, когда расход воды возрастет выше предела, на который настроен пороговый элемент 42. Это свидетельствует о разгерметизации водяного тракта. В этом случае 45 датчик расхода также подает сигнал через усилитель 39, пороговый элемент 42 и усилитель 44 на отключение двигателя насоса горючего.Помимо этого в режиме бурения в устройстве предусмотрена защита долота от недостатка охлаждения. Это может произойти в случае, если забились отверстия для впрыскивания воды в сместительную камеру на парообразование и вода подается толькона пылеподавление, как при расширении. При этом датчик осевого давления подает сигнал через усилитель 38 и пороговый элемент 35 в логический элемент И 36, а датчик расхода воды через усилитель 39 и пороговый элемент 37, настроенный на расход воды; соответствующий режиму расширения, также подает сигнал в логический элемент И 36. При наличии двух сигналов,на входе в элемент, на выходе из него появляется сигнал, который через усилитель 45 отключает двигатель насоса горючего.Данное, устройство позволяет вести процесс бурения, расширения и продувки скважин в автоматическом режиме, что гарантирует надежность его работы при эксплуатации. Кроме того за счет автоматизации процессов увеличивается ресурс работы парогазорасширителя и долота.Формула изобретения1. Устройство для термомеханическогобурения, включающее механизм для создания осевого давления с датчиком осевогодавления, подводящее устройство, ко входам которого подключены датчик расходаводы и через регулируемый дроссель топливный насос, корпус бурового става с реактивной горелкой и сместительной камерой,отличающееся тем, что, с целью повышениянадежности и долговечности элементов устройства, оно снабжено, подключенным параллельно регулируемому дросселю, клапа-ном с приводом, блоком управления клапаном и блоком защиты, причем ко входу клапана подключен через усилитель один извыходов блока управления, второй выходкоторого соединен через усилитель с двигателем топливного насоса, а ко входам блокауправления через усилители подключены датчики расхода воды и давления и один извходов блока защиты, второй вход которого соединен через усилитель с датчиком расхода воды, а выход - с двигателем топливного насоса.2. Устройство по п. 1, отличающеесятем, что блок управления выполнен из соединенных посредством логического элемента И двух пороговых элементов, выход одного из которых через логический элементНЕ связан с другим логическим элементомИ, ко второму входу которого подключен выход другого порогового элемента.3. Устройство по п, 1, отличающеесятем, что блок защиты выполнен из двух параллельно включенных пороговых элементов, выход одного из которых соединен через логический элемент НЕ со входом усилителя, второй вход которого подключен квыходу другого порогового элемента.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР по заявке2129462/03, кл. Е 21 С 21/00, 1975.2. Трегубов Н. М, Станки, технология иэкономика шарошечного бурения М., Недра1975, с. 52-53 (прототип),ь Рг Гладун ич Ко омитета Соткрытийкая наб.,д, ул. Про 4/ тнаСоставител ошенко "Техред К. Шуф Тираж 626 ЦНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 3035, Москва, Ж - 35, Рауш л ППП Патент, г. Ужгоро