Способ термодинамического разрушения горных пород и устройство для его осуществления

.И.Кононо Ленина и ордена Трудового:Красного нженеров железнодорожного"тинсиорта тей сообщения СССР осковский орден) Заявнтел намени инстит Министерств 54) СПОСОБ ТЕРИСДИНАМИЧЕСКОГОИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ этом устройстве ударная коль яр ка постоянно контактирует с рушаемой поверхностью породы и под" вергается нежелательному воздействию высокотемпературных продуктов сгорания, приводящих к разрушению ее твердосплавных вставок. Прн этом Ьу- . ровая коронка, находясь в постоянном контакте с разрушаемой поверхностью породы, не получает достаточной скорости перемещения под давлением детонационных волн, возникающих в кольцевой камере. По этим причинам эФфективность разрушения породи оказывается невысокой.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ термодинамического разрушения горных пород комбинированным воздействием нагретых струй газа, детонационных волн и ударной коронки, включающий подачу горючего и окислителя в центральную камеру сгорания образование топливной смеси в подгоцева раэлн Известен способ термодинамического разрушения породы и устройство для1 его реализации, включающее центральную камеру сгорания с магистралями подвода горючего и окислителя и наружную кольцевую камеру сгорания, которая через перекрываемые клапанами какали соединена с подготовительной смеснтельной камерой, сообщенной с магистралями подвода горючего и окислителя. Кольцевая камера сгорания размещена в кожухе и оснащена аксиально подвижной сопловой крышкой, жестко скрепленной с подпружиненной кольцевой буровой коронкой, установленной снаружи кожуха 13. Изобретение относится к термо 1 вческому разрушению горных лоро комбинированным воздействием наг тых струй газа, демонационных в и ударной коронки и может быть использовано, в частности, для б ния взрывных скважин. ЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОДОСУЩЕСТВЛЕНИЯ86609тонительной камере и подачу ее в на.ружную кольцевую камеру сгорания,воспламенение топливной смеси в камерах сгорания и выброс образующихсяпродуктов сгорания на поверхность 5горной породы 1,2 1.Устройство для реализации способасодержит центральную камеру сгоранияс магистралями подвода горячего и,окислителя и наружную камеру сгорания, 1 Окоторая через перекрываемые клапанами каналы соединены с подготовитель- .ной камерой, сообщенной с магистралями подвода горючего и окислителя, приэтом кольцевая камера сгорания размещена в кожухе и оснащена аксиальноподвижной сопловой крьппкой, жесткоскрепленной с подпружиненной кольцевой буровой коронкой, установленнойснаружи кожуха 1,1.20На торце кожуха устройства расположены опорные башмакиконтактирующиес разрушаемой поверхностью и служащие направляющими для коронки. Благодаря наличию башмаков коронка располагается вне зоны высокотеипературных продуктов сгорания и приобретаетвозможность разгона с породой. Однакоиз-эа отсутствия герметизации кольцевой камеры сгорания при заполненииее топливной смесью давление возникающей при ее воспламенении детонацион"ной волны оказывается недостаточнымдля перемещения коронки, чтобы огамогла эффективно разрушать породу.Цель изобретения . - поньппение эффек 35тивности разрушения породы.Эта цель достигается , тем чтонаружную кольцевую камеру сгораниягерметизируют на выходе, а для носпла.менения находящейся в ней топливной 040смеси перепускают часть продуктовсгорания из центральной камеры.В устройстве для осуществленияспособа сопловая крьппка имеет с внутренней стороны кольцевой выступ для 45герметизации наружной камеры сгорания,при этом обе камеры сообщены посредством сквозного отверстия, периодически перекрываемого поршневым клапанои,Кроме того, площадь поршня поршненого клапана со стороны центральнойкамеры сгорания меньше его площади состороны наружной камеры сгорания,Благодаря такому выполнению устройства удается повысить эффективность способа разрушения горных пород, так как от величина давленияпродуктов детонации прямо пропор 5 4цйонально зависит скорость перемещения коронки и величина давления детонационных волн, воздействующих иа поверхность породы.На фиг. 1 показано устройство для реализации предлагаемого способа разрушения, на фиг. 2 - узел 1 на фиг,11 на фиг, 3 - вид А на фиг.2 ф фиг. 4 - узел К на фиг,1.Способ раэрупения горных пород осуществляется устройством, имеющим кожух 1 (фиг. 1), в которои размещена центральная камера 2 сгорания и коаксиально расположенная ей наружная кольцевая камера 3 сгорания, Камера 2 сгорания соединена с магистраляю 4 и 5 соответственно для подво 1 да горючего и окислителя и снабжена на входе форсункой 6 для распыливания горючего и сопловой крышкой 7 на выходежестко соединенной с корпусом 8 камеры 2 сгорания, Камера 3 сгорания через перекрываемые лепестковыми клапанами 9 каналы 10 (фиг. 2 и 3) соединена со смесительной подготовительной камерой 11, которая сообщена с магистралями 12 и 3 соответственно для подачи горючего и окислителя. На входе камеры 3 установлено плаиезащитное приспособление 14, а на выходеаксиально подвижная сопловая крышка 15 с внутренним кольцевым выступом 16, плотно прижатая к соппоной крышке 7 и жестко соединенная с кольцевой коронкой 17. Коронка 17, установленная снаружи кожуха 1, снабжена упорами, между которыми расположена пруни" на 18, служащая для прижатия сопловых крьппек 7 и 5, герметизирующих при этом камеру 3, а также дпя возврата коронки 17 после удара.На торце кожуха 1 закреплены опорные башмаки 19, выполненные из жаростойкого материала. Они постоянно контактируют с поверхностью разрушаемой породы и служат н качестне направ ляющих для перемещения коронки 17. Причем в опорных башмаках 19 предусмотрены каналы 20 для прохода охлаждающей среды.В нижней части корпуса 8 ныполнено сквозное отверстие, н которое установлен цилиндр 21 (фиг. 4) с расположенным н нем поршневым клапаном н ниде дифференциального поршня 22, причем площадь торца поршня со стороны камеры 2, меньше площади торца со стороня каиеры 3. Поршень 22 служит для периодического пропуска нысокотемпературных газов по каналам 23 цилиндра21 из камеры 2 в камеру 3Осуществление предлагаемого способа поясняется далее на примере работыустройства,По магистралям 4 и 5 в центральнуюкамеру 2 сгорания поступают горючее,например бензин, и окислитель, например воздух, где они смешиваются иобразуют топливную смесь, при сгорании которой возникают высокотемпературиые газы, истекают.е через отверстия сопловой крышки 2 и воздействующие на забой скважины.Одновременно по магистралям 12 и13 в смесительную камеру 1 поступаютгорючее и окислитель, образующие вней топливную смесь, Эта смесь придостижении заданной давления по каналам 1 О через открытые клапаны 9 поступает через отверстия пламезащитного приспособления 14 в кольцевуюкамеру 3 сгорания.В начальный момент заполнения камеры 3 топливной смесью дифференциальный поршень 22 под действием давлениявысокотемпературных газов камеры 2находится в крайнем левом положениии перекрывает канал 23 цилиндра 21,тем самым препятствуя истеканию высокотемпературных газов из центральнойкамеры 2 в кольцевую камеру 3, Заполнение кольцевой камеры 3 топливнойсмесью осуществляют при таком начальном давлении этой смеси, которое формирует на сопловой крышке 5 такоеусилие, которое ниже усилия пружины8, осуществляющей герметизацию камеры 3. Однако этой величины давлениядолжно быть достаточно для перемещенияв правое положение дифференциальногопоршня 22, Как только давление топливной смеси достигает заданного значения, поршень 22 перемещается .вправои открывает канал 23, по которому вкольцевую камеру 3 поступят высокотемпературные газы из камеры 2, врезультате чего в камере 3 происходитвзрывание топливной смесиДавлением взрыва в кольцевой камере 3 сгорания перемещаются дифференциальжй поршень 22 в крайнее правоеположение, перекрывая каналы 23,сопловая крышка 15 с коронкой 17,сжимая пружину 18. Тем самым осущест 1 вляется разгон коронки 17, котораянаносит удар по забою скважина. Благодаря тому, что выступом 1 б осуществляется герметизация кольцевой каме".Снособ термодинамического разрушевия горных пород комбинированным воздействием нагретых струй газа, детонационных волн и ударной коронки, включающий подачу горючего И окислителя в центральную камеру сгорания, образование топливной смеси в подготовительной камере и подачу 55 5 25 30 35 40 45ры 3 сгорания, как во время заполне.ния ее топливной смесью, так и нанекоторое врем при разгоне сопло-вой крышки 15 с коронкой 17, энергияпродуктов взрыва в кольцевой камере3 эффективно используется на разгонсопловой крышки 15 с коронкой 17.В конце разгона сопловой крышки 5ее выступ 16 выходит иэ камеры 3, продукты взрыва истекают из нее и совместно со струей газов, посто,.нноистекающих из центральной камеры 2сгорания,1 образуют пульсирующую дето-национную волну, ударяющую по поверхности породы. Таким образом, породаподвергается комбинированному воздействию постоянно истекающей из центральной камеры 2 высокотемпературнойструи газов, которая разупрочняет забой и частично разрушает его, ударомкоронки 17 и ударом детонационныхволн,Продукты разрушения истекают череззазор 24 между стенкой скважины и буровой коронкой 17 и выносятся на поверхность.В качестве охлаждающей среды используется сжатый воздух, который,проходя через каналы.20 в опорныхбашмаках 19 и каналы 25 коронки 17,охлаждает их и выбрасывается в атмосферу, участвуя в процессе выноса продуктов разрушения,После того, как истечение газовиз камеры 3 заканчивается, под действием давления газов в камере 2поршень 22 переместится в крайнее левое положение. Затем в момент возврата коронки 17 с сопповой крышкой 15под действием пружины 18 происходиточистка камеры 3 от выхлопных газовза счет эжекции газов, истекающих изкамеры 2. Как только сопловые крышки7 и 15 прижмутся под действием пружины 18 выступ 1 б войдет в камеру 3,обеспечивая тем самым ее герметичность, и цикл далее повторяется. формула изобретенияее в наружную кольцевую камеру сгорания, воспламенение топливной смеси в камерах сгорания и выброс образующихся продуктов сгорания на поверхность горной породы с одновременным нанесением по ней удара коронкой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности разрушения, наружную кольцевую камеру сгорания герметизируют на выходе, а для воспламенения находящейся в ней топливной смеси перепускают часть продуктов сгорания из центральной камеры.2.Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее центральную камеру сгорания с магистралями подвода горючего и окислителя и наружную кольцевую камеру сгорания, которая через перекрываемые клапанами каналы соединена с подготовительной камерой, сообщенной с магистраляьщ подвода горючего и окислителя, при этом кольцевая камера сгорания размещена в кожухе и оснащена акси 66095 8ально подвижной сопловой крышкойжестко скрепленной с подпружиненнойкольцевой буровой коронкой, установленной снаружи кожуха, о т л и ч а ющ е е с я тем, что сопповая крышкаимеет с внутренней стороны кольцевойвыступ для герметизации наружной камеры сгорания, при этом обе камерысообщены посредством сквозного отверс-,10 тия, периодически перекрываемогопоршневым клапаном.З.устройство по п,2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что площадь поршняпоршневого клапана со стороны цент 1 з ральной камеры сгорания меньше еГоплощади со стороны наружной камерысгорания.Источники информации,принятые во внимание при экспертизеув 1.Авторское свидетельство СССРпо заявке В 272958 й(22"03,кл. Е 21 С 21/00, 19792.Авторское свидетельство СССРпо заявке У 2740359/22-03,кл. Е 21 С 21/00, 1979 прототип)..уагород,ул оектная,4 ЬЗО го кожтета ний и откры 5, Раувская ак и 8026/48 Тир азВ ВНИИПИ Государствен по делам нзобрет 13031, Москва, Й Фи 1 дц ЛПП Патент