Скважинное устройство для отрыва и разрушения горных пород

 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для выемки полезного ископаемого на слюдяных месторождениях. Цепь изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности отрыва горных пород без упора в забой скважины, а также рациональное распределение отрлшных и распорных усилий. Силовой поршень 2 силового гидроцилиндра (ГЦ) 1 соединен со штоком (Ш) 3, на котором за

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

< ц g E 21 С 37/02, 37/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

8 Г ""v "

Г47 @;;;„

E.;-, »",.;ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4127141/22-03 (22) 02.10.86 (46) 23.12.88. Бап. Ф 47 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) Я.А.Бич,,10.Д.Пискунов, С.С,Золотых, А.И.Гук, С.М.Тищенко и Н.И.Ларин (53) 622 ° 232 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 259010, кл. Е 21 С 37/02, 1966.

Авторское свидетельство СССР

У 1343934, кл. Е 21 С 37/02, 1987.

„„SU„„1446298 А1 (54) СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО ДПЯ 0TPbl-.

BA И РАЗРУР1ЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Изобретение относится к горному делу и предназначено для выемки полезного ископаемого на слюдяных месторождениях. Цель изобретения— расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности отрыва горных пород без упора в забой скважины, а также рациональное распределение отрывных и распорных усилий. Силовой поршень 2 силового гидроцилиндра (ГЦ) 1 соединен со штоком (Ш) 3, на котором за

144629 пределами ГЦ 1 коаксиально установлен дополнительный цилиндр 6, соединенный несущим узлом в виде пружинных пластин 5 с распорной цангой (Ц) 4. Внутренними скошенными поверхностями Ц 4 прилегает к наклонным поверхностям клинового заострения

Ш 3, выполненного íà его свободном торце. В цилиндре 6 соосно с Ш 3 жестко установлен распорный поршень

19, Цилиндр 6, поршень 19 и Ц 4 образуют распорное приспособление.

Оппозитно последнему установлено упорное приспособление, выполненное в виде подпружиненного упорного поршня 7, соединенного с упорным

Ш .8 и упорной Ц 9 ° Последняя соединена гибкими тягами 10 с ГЦ l и ее внутренние скошенные поверхности при8 легают к клиновому заострению Ш 8.

Выполненные в Ш 3 каналы 13-15 автономно связывают линии подвода рабочего тела с полостями 16-) 8 ГЦ 1 и цилиндра 6. Рабочую жидкость подают в полость 18 ГЦ 1, при этом поршень

2 с Ш 3 и поршень 7 с Ш 8 перемещаются в противоположные стороны, а

Ш 3 и 8 воздействуют на Ц 4 и 9. В результате передачи радиального усилия на Ц 4 и 9 происходят расклинивание и фиксация устройства в скважине. Повышение давления жидкости в полости 18 и осевого усилия пориня 7 приводит к улучшению расклинивания Ц 9, повышения усилия поршня

2 — к отрыву блока горной породы от массива. 1 э. и. ф-лы, 1 ил, Изобретение относится к горному делу, а именно к скважинным гидравлическим приборам, позволяющим разрушать горные породы и прочие монолитные объекты путем отрыва, и предназначено для выемки полезного . ископаемого на слюдяных месторождениях, особенностью разработки которых является необходимость снижения потерь слюды от повреждений при буровзрывной отбойке.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей устройства за счет обеспечения отрыва горных пород без упора в забой скважины, а также рациональное распределение отрывных и распорных усилий.

На чертеже изображено устройство, продольный разрез.

Устройство состоит из силового гидроцилиндра 1 с силовым поршнем 2, жестко соединенным со штоком 3, распоркой цанги 4, соединенной несущим узлом в виде пружинных пластин (гибких тяг) 5 с дополнительным цилиндром 6, который коаксиально установлен на штоке 3 за пределами силового гидроцилиндра 1, упорного поршня 7, соединенного с упорным штоком 8, упор ной цанги 9, соединенной пружинными пластинами (гибкими тягами) 10 с силовым гидроцилиндром 1, упорного кольца 11 и возвратной пружины 12, размещенных внутри силового цилиндра 1. В штоке 3 выполнены каналы 1315 для автономной связи линии подвода рабочего тела с полостями 16-18 цилиндров 1 и 6.

Шток 3 на свободном торце имеет клиновое заострение, к наклонным поверхностям которого прилегают внутренние скошенные поверхности цанги

4. На штоке 3 в цилиндре 6 жестко коаксиально установлен распорный поршень 19.

Элементы 9,8 и 7 образуют упорное приспособление силового гидроцили ндр а.

Поршень 7 со штоком 8 с клиновым заострением на свободном торце установлены в гидроцилиндре 1 оппозитно распорному приспособлению (элементам

2"4).

Внутренние скошенные поверхности цанги 9 прилегают к наклонным поверхностям: клинового заострения штока 8.

Устройство работает следующим образом.

Устройство вводят в скважину на глубину 0,3-0,5 м и подключают к нему высоконапорный насос. По каналу 14 подают под давлением рабочую жидкость в поршневую полость 18 силового гидроцилиндра 1, при этом поршень 2 со

Следов ат ельно, применение в предлагаемом устройстве штока 8 с углом клинового заострения большим, чем угол клинового заострения штока 3> обеспечивает оптимальные условия трансформации энергии сжатой жидкости в осевое и радиальное усилия соответственно штоков 8 и 3. Кроме того, так как цанга 9 будет расклинена при минимальном перемещении штока 8, это облегчит условия для возврата штока в исходное положение пружиной 12.

3 14462 штоком 3 и поршень 7 со штоком 8 перемещаются в противоположные стороны.

При перемещении штоки 3 и 8 клиновыми заострениями воздействуют в радиальном

5 направлении на цанги 4 и 9,соединенные соответственно пружинными пластинами

5 и 10 с цилиндрами 6 и 1. В результате передачи радиального (по отношению к оси устройства)усилия на цан-10 ги 4 и 9 происходит расклинивание и фиксация устройства в скважине., Одновременно перемещение поршня 7 вызывает сжатие пружины 12, установленной на упорном кольце 11. Дальней- )5 шее повьппение давления жидкости в полости 18 и, соответственно, осевого усилия дополнительного поршня 7, направленного в сторону массива, приводит к улучшению расклинивания 20 цанги 9 и обеспечению надежной "упорной поверхности" взамен отсутствующего торца скважины, а повьппение усилия поршня 2, направленного в сторону свободной поверхности, приводит 25 к отрыву блока горной породы от массива. Если продолжать подавать жидкость в полость 18, то поршень 2 со штоком 3 выдвинется полностью и согнется под действием силы тяжести 30 оторванного блока пород, поэтому, как только в массиве возникнет трещина отрыва и произойдет незначительное перемещение цилиндра 6 относительно силового цилиндра 1 и отделение блока пород, канал 14 закрывают и начинают подавать жидкость по каналу 13 в полость 16 под поршень

19. Под действием жидкости корпус цилиндра 6 возвращается в исходное 40 положение и прижимается к торцу силового гидроцилиндра 1, а шток 3 перемещается в противоположную сторону (в сторону свободной поверхнос-1 ти) и конусным концом продолжает воздействовать в радиальном направлении на цангу 4. Как только величина радиального ..усилия, передаваемого на блок породы, достигнет величины прочности горных пород. HR разрыв, 50 произойдет разрушение блока породы на отдельные куски и освобождение устройства. После этого сбрасывают давление из полостей 16 и 18 и по каналу 15 подают жидкОсть .В полость

17. При этом происходит перемещение поршня 2 со штоком 3 относительно цилиндров 1,6 и цанги 4 до возврата их в исходное состояние. Одновремен-у

4 но происходит перемещение поршня 7 со штоком 8 под действием сжатой пружины 12 относительно гидроцилиндра 1 и цанги .9 в исходное состояние. После этого устройство досылают в скважину в глубь массива на расстояние 0,3-0,5 м и операции по отрыву блока породы повторяют вновь.

Конструкция устройства позволяет предварительно нагрузить намеченный к отрыву блок опережающей подачей рабочего тела (жидкости) в полость

1б. При последующей подаче жидкости в полость 18 в момент отрыва напряженное состояние блока резко изменяется и предварительные сжимающие напряжения вызывают уже деформации растяжения. Поскольку сопротивление пород на разрыв существенно меньше, чем на сжатие, блок разрушается сра3у же после отрыва от массива.

Анализ кинематического взаимодействия штока и распорной цанги, установленной на его конусном заострении, показывает, что при незначительном. угле заострения силового штока 3 о (например, близком к 5 ) результирующее усилие от перемещения поршня

2 будет направлено в радиальном направлении (практически перпендикулярно оси скважины), тогда как при значительном угле заострения дополни" тельного штока 8 (например, близком к 175") результирующее усилие от осевого перемещения дополнительного поршня 7 будет направлено практически по оси скважины. Однако при использовании штоков с крайними значениями углов заострения (5 и 175 ) расклийивание цанги 9 штоком 8 будет затруднительно, а величины раэдвижки цанги 4 штоком 3 может не хватить для ликвидации зазора между устройством и скважиной, Составитель О. Попов

Редактор Н. Тупица Техред Л. Сердюкова Корректор И, Муска

Заказ 6726/37 Тираж 459 Подписное

B1lHHllH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 14462

Формул а изобретения

1. Сквяжинное устройство для отрыва и разрушения горных пород, вклю5 чающее силовой гидроцилиндр с силовым поршнем со штоком с клиновым заострением на свободном торце, распорное приспособление в виде дополни" тельного цилиндра, коаксиально ус- 0 тановленного на штоке за пределами силового гидроцилиндра, распорного поршня, установленного в дополнительном цилиндре соосно со штоком и жестко связанного с ним, и распорной цанги, связанной гибкими тягами с дополнительным цилиндром и прилегающей внутренними скошенными поверхностями к н;циклонным поверхностям клинового заострения штока силового поршня, упорное приспособление силового гидроцилиндра, оппозитное распорному приспособлению, линии подвода рабочего тела в полости цилиндров, 98 6 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью расширения функциональных возможностей устройства за счет обеспечения отрыва горных пород без упора в забой скважины, упорное приспособление выполнено в виде подпружиненного упорного поршня со штоком с клиновым заострением на свободном торце, установленного в силовом гидроцилиндре оппозитно силовому поршню, и прилегающей внутренними скошенными поверхностями к наклонным поверхностям клинового заострения упорного штока упорной цанги с гибкими тягами, связывающими упорную цангу с силовым гидр оцили ндро м.

2. Устройство по п. 1-, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью рационального распределения отрывных и распорных усилий, угол клинового заострения штока упорного поршня больше угла клинового заострения штока силового поршня.