Скважинный гидромонитор

 

Изобретение относится к горному делу, в частности к скважинным гидромониторам, предназначенным для скважинной гидроподачи полезных ископаемых. Скважинный гидромонитор включает корпус, ствол с насадкой, отбойные насадки с перекрывающими заслонками с элементами управления заслонками, при этом упомянутые элементы выполнены в виде коробчатых конструкций с четырьмя стойками по бокам, установленными в направляющих, боковые и торцевые стенки коробчатых конструкций размещены в прорезях корпуса. Скважинный гидромонитор обеспечивает повышение надежности его в работе за счет предотвращения попадания кусков породы и воды к узлам устройства. 15 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке месторождений полезных ископаемых методом скважинной гидродобычи. Применение данного изобретения целесообразно для отработки месторождений полезных ископаемых, представленных породами разной плотности, породами с твердыми включениями и т.д. К таким месторождениям относятся, например, алмазоносные кимберлитовые трубки Архангельской области.

Известен скважинный гидромонитор, включающий ствол, с одной стороны которого расположена врубовая насадка, отбойные насадки с перекрывающими заслонками, соединенными с одной стороны стягами, расположенные по бокам ствола и элементы управления заслонками (авт.св. СССР 1016517, кл. E 21 C 45/00, 1982).

При наличии неотработанного данным гидромонитором выступа горных пород, за счет контакта с ним шарнирно-рычажного элемента управления заслонками и изменения его конфигурации происходят открытие заслонок отбойных насадок и направленное разрушение указанного выступа, что позволяет исключить бракование скважины. Однако указанное устройство содержит большое количество открытых шарнирных соединений (40) и тяг. При работе под землей в условиях осыпающейся кровли шарниры будут быстро выходить из строя. Кроме того, возможно попадание кусков породы между тягами и стволом гидромонитора. Все это делает данное устройство весьма ненадежным и практически неработоспособным.

Задача, на решение которой направлено изобретение - повышение эффективности отработки месторождений полезных ископаемых.

Технический результат изобретения - повышение надежности работы устройства за счет исключения попадания кусков породы в узлы скважинного гидромонитора.

Технический результат достигается тем, что скважинный гидромонитор, включающий ствол, с одной стороны которого расположена врубовая насадка, отбойные насадки с перекрывающими заслонками, соединенными с одной стороны стягами, расположенными по бокам ствола, и элементы управления заслонками, снабжен корпусом с прорезями, в котором установлен ствол, направляющими цилиндрами, при этом каждый элемент управления заслонкой выполнен в виде коробчатой конструкции с четырьмя стойками по углам, боковые и торцевые стенки которой размещены в прорезях корпуса, а в лицевой стенке выполнено отверстие под отбойную насадку, направляющие цилиндры установлены в полости корпуса, стойки подпружинены и размещены в направляющих цилиндрах, концы тяг, противоположные от заслонок, находятся в контакте с направляющими, которые установлены в коробчатых конструкциях. Кроме того, торцевые стенки коробчатых конструкций установлены под углом к стенкам корпуса, в том числе перпендикулярно. Лицевые стенки коробчатых конструкций установлены параллельно стенкам корпуса или наклонно к ним. Направляющие выполнены криволинейными. Тяги снабжены роликами, которые установлены на концах тяг со стороны направляющих. Корпус может быть выполнен в сечении квадратным или круглым в зависимости от условий применения. В прорезях корпуса установлены эластичные уплотнительные элементы для предотвращения попадания в полость корпуса пульпы. Скважинный гидромонитор снабжен эластичными кольцевыми уплотнителями, каждый из которых соединен с одной стороны с отбойной насадкой, а с другой - с лицевой стенкой коробчатой конструкции по образующей отверстия для предотвращения попадания пульпы в полость коробчатой конструкции. Между лицевыми и боковыми стенками коробчатых конструкций установлены эластичные защитные элементы перпендикулярно или под углом к корпусу, противоположным наклону торцевых стенок коробчатых конструкций. Заслонки установлены или в полости корпуса, или снаружи. Направляющие цилиндры установлены с возможностью кругового фиксированного перемещения, а коробчатые конструкции и эластичные уплотнительные элементы выполнены быстросъемными.

В указанную совокупность включены все существенные признаки, каждый из которых необходим, а все достаточны для достижения технического результата.

На фиг. 1 изображено устройство, вид сбоку и разрез А-А; на фиг. 2 - разрез Б-Б; на фиг. 3 - вид сзади и разрез В-В; на фиг. 4, 5 и 6 - различные варианты исполнения коробчатой конструкции.

Скважинный гидромонитор состоит из корпуса 1 с прорезями 2, в котором установлен ствол 3 с врубовой насадкой 4 и отбойными насадками 5 по его бокам. Отбойные насадки 5 перекрываются заслонками 6. Заслонки соединены с тягами 7, на противоположных от заслонок 6 концах которых установлены ролики 8. Указанные ролики контактируют с направляющими 9, закрепленными в коробчатых конструкциях. Внутри корпуса 1 установлены направляющие цилиндры 10 с прорезями по образующим. В прорезях 2 корпуса 1 установлены боковые 11 и торцевые 12 стенки коробчатых конструкций, по углам которых имеются стойки 13, установленные в направляющих цилиндрах 10 и подпружиненные пружинами 14. В лицевой стенке 15 коробчатой конструкции выполнено отверстие 16 под отбойную насадку. Торцевые стенки 12 коробчатых конструкций могут быть установлены под углом к стенкам корпуса 1. Лицевые 15 стенки могут быть установлены как параллельно стенкам корпуса, так и с наклоном в сторону врубовых насадок 4 или от них. Направляющие 9 могут быть выполнены как прямыми, так и криволинейными. Криволинейная форма облегчает скольжение роликов 8 по направляющим 9. Корпус 1 в сечении может быть выполнен как квадратным так и круглым, в зависимости от условий применения. Для герметизации полости корпуса 1 в его прорезях установлены эластичные уплотнительные элементы 17. Для герметизации полости коробчатых конструкций скважинный гидромонитор снабжен эластичными кольцевыми уплотнителями 18, каждый из которых соединен с одной стороны с соответствующей отбойной насадкой 5, а с другой - с лицевой стенкой 15 коробчатой конструкции и по образующей отверстия 16. Между лицевыми 15, боковыми 11 стенками коробчатой конструкции и корпусом 1 установлены эластичные защитные элементы 19 для предотвращения расклинивания кусками породы. Указанные защитные элементы могут быть установлены как перпендикулярно корпусу 1, так и под углом, противоположным наклону торцевой стенки 12 коробчатой конструкции. Заслонки 6, перекрывающие сопла 5, опираются на пружины 20. Заслонки 6 могут быть установлены как в полости между стенками корпуса 1 и стволом 3, так и снаружи корпуса 1 в полости коробчатой конструкции.

Устройство работает следующим образом. В скважину вводят скважинный гидромонитор и производят размыв массива с постепенным отклонением корпуса 1 от вертикали и одновременным вращением вокруг оси скважины, образуя добычную камеру. Если в момент отклонения снизу вверх (или в сторону) массив полезного ископаемого не был разрушен струей воды из врубовой насадки 4, то оставшийся выступ массива касается лицевой стенки 15 коробчатой конструкции и нажимает на нее, начинается смещение конструкции в сторону корпуса 1, при этом боковые 11 и торцевые 12 стенки коробчатой конструкции скользят в прорезях 2 корпуса 1, а стойки 13 в направляющих цилиндрах 10, сжимая пружины 14. Направляющая 9 давит на ролик 8 и через тягу 7 на заслонку 6, смещая ее и тем самым открывая отбойную насадку 5. Жидкость начинает поступать в данную насадку и через отверстие 16 производит направленное разрушение выступа. Когда выступ будет разрушен, коробчатая конструкция под действием пружин 14 возвратится в исходное положение, при этом направляющая 9 перестанет давить на ролик 8 и под действием пружины 20 заслонка 6 перекроет отбойную насадку 5. Дальнейшее разрушение массива происходит за счет струи, выходящей из врубовой насадки 4.

Устройство может быть выполнено с различной установкой торцевых стенок 12 коробчатой конструкции по отношению к стенкам корпуса 1 - перпендикулярно, с наклоном в сторону врубовой насадки 4 и с наклоном от нее.

Конкретное выполнение зависит от условий использования скважинного гидромонитора. Так, при использовании жесткого гидромониторного ствола целесообразно исполнение с перпендикулярными торцевыми стенками 12. При использовании гибкого гидромониторного ствола в зависимости от режима работы (размыв выступа при выдвижении ствола или при его обратном ходе) целесообразно использование двух других вариантов. Для осуществления указанных вариантов в одном устройстве необходимо направляющие цилиндры 10 установить с возможностью фиксированного вращательного перемещения, а коробчатые конструкции выполнить сменными двух видов - с перпендикулярными и наклонными торцевыми стенками 12. Также необходимо выполнить два вида сменных уплотняющих элементов 17 - с внутренней поверхностью, соответствующей наклону торцевых стенок коробчатой конструкции.

Для облегчения смещения коробчатых конструкций их лицевые стенки 15 могут быть выполнены с наклоном к стенкам корпуса 1 как в сторону врубовой насадки, так и в противоположную сторону в зависимости от условий, описанных в предыдущем абзаце.

Предложенный скважинный гидромонитор обеспечивает надежную работу, позволяет снизить количество забракованных скважин при ведении работ на пластах с твердыми включениями, повысить коэффициент извлечения полезного ископаемого за счет улучшения оконтурирования добычных камер, снизить расход воды на разрушение массива отбойными насадками, а также повысить срок службы гидрообрабатывающего оборудования, защитив его от поломок.

Формула изобретения

1. Скважинный гидромонитор, включающий ствол, с одной стороны которого расположена врубовая насадка, отбойные насадки с перекрывающими заслонками, соединенными с одной стороны с тягами, расположенными по бокам ствола, и элементы управления заслонками, отличающийся тем, что скважинный гидромонитор снабжен корпусом с прорезями, в котором установлен ствол, направляющими цилиндрами, при этом каждый элемент управления заслонкой выполнен в виде коробчатой конструкции с четырьмя стойками по углам, боковые и торцевые стенки которой размещены в прорезях корпуса, а в лицевой стенке выполнено отверстие под отбойную насадку, направляющие цилиндры установлены в полости корпуса, стойки подпружинены и размещены в направляющих цилиндрах, концы тяг, противоположные от заслонок, находятся в контакте с направляющими, которые установлены в коробчатых конструкциях.

2. Гидромонитор по п.1, отличающийся тем, что торцевые стенки коробчатых конструкций установлены под углом к стенкам корпуса.

3. Гидромонитор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что лицевые стенки коробчатых конструкций установлены параллельно стенкам корпуса.

4. Гидромонитор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что лицевые стенки коробчатых конструкций установлены с наклоном к стенкам корпуса.

5. Гидромонитор по п. 1, отличающийся тем, что направляющие выполнены криволинейными.

6. Гидромонитор по п.1 или 5, отличающийся тем, что тяги снабжены роликами, которые установлены на концах тяг со стороны направляющих.

7. Гидромонитор по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в сечении квадратным.

8. Гидромонитор по п.1, отличающийся тем, что корпус выполнен в сечении круглым.

9. Гидромонитор по любому из пп.1, 7 и 8, отличающийся тем, что в прорезях корпуса установлены эластичные уплотнительные элементы.

10. Гидромонитор по любому из пп.1, 3 и 4, отличающийся тем, что он снабжен эластичными кольцевыми уплотнителями, каждый из которых соединен с одной стороны с отбойной насадкой, а с другой - с лицевой стенкой коробчатой конструкции по образующей отверстия.

11. Гидромонитор по любому из пп.1, 3 и 4, отличающийся тем, что между лицевыми и боковыми стенками коробчатых конструкций установлены эластичные защитные элементы.

12. Гидромонитор по любому из пп.1, 3, 4, 7, 8 и 11, отличающийся тем, что эластичные защитные элементы установлены перпендикулярно корпусу.

13. Гидромонитор по любому из пп.1, 3, 4, 7, 8 и 11, отличающийся тем, что эластичные защитные элементы установлены под углом к корпусу, противоположным наклону торцевых стенок коробчатых конструкций.

14. Гидромонитор по любому из пп.1, 7 и 8, отличающийся тем, что заслонки установлены в полости корпуса.

15. Гидромонитор по любому из пп.1, 7 и 8, отличающийся тем, что заслонки установлены снаружи корпуса.

16. Гидромонитор по любому из пп.1, 2, 3, 4 и 9, отличающийся тем, что направляющие цилиндры установлены с возможностью кругового фиксированного перемещения, а коробчатые конструкции и эластичные уплотнительные элементы выполнены быстросъемными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6