Устройство для образования направленных трещин

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано, например, при управлении трудно обрушаемой кровлей, сохранении горных выработок, дегазации горного массива и т.д. Устройство для образования направленных трещин содержит гидроцилиндр с полым штоком, на котором установлены герметизирующие элементы, разделенные капроновыми шайбами, упорная втулка, граненная втулка с поворотными клиньями и пружина, помещенная между упорной и граненной втулками. При подаче под давлением жидкости в гидроцилиндр происходят сжатие и встречное перемещение герметизирующих элементов. При сближении втулок клинья врезаются в стенки скважины и создают зоны концентрации напряжений и механические трещины, при этом герметизирующие элементы герметизируют скважину и зону концентрации напряжений. После выхода клиньев в рабочее положение через отверстия жидкость под давлением из полого штока поступает в пространство между втулками и в образовавшиеся трещины, в результате чего происходит направленный гидроразрыв. Технический результат: повышение эффективности работы устройства, снижение затрат ручного труда, повышение надежности получения направленных трещин. 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано, например, при управлении труднообрушаемой кровлей, сохранении горных выработок, дегазации горного массива и т.д.

Известно устройство для образования направленных трещин, содержащее выдвижные резцы с приводом для прорезания зародышевых щелей, по которым затем производят направленный гидроразрыв (1). Основным недостатком известного устройства является то, что после создания зародышевой щели необходимо произвести замену его на устройство для гидроразрыва, что трудно осуществимо, учитывая большую длину скважины.

Известно устройство для образования направленных трещин в скважинах, содержащее корпус, нажимное кольцо, герметизирующие элементы, узел продольного перемещения нажимного кольца, узел создания давления жидкости в корпусе и тарельчатую пружину с радиальными прорезями на периферии. Принцип действия устройства заключается в герметизации и сдавливании с обеих сторон тарельчатой пружины. За счет вдавливания ее краев в горную породу образуется зародышевая трещина. Разрыв горной породы происходит при подаче в зону концентрации напряжений жидкости под давлением.

Недостатками известного устройства являются: из-за незначительного увеличения радиального размера тарельчатой пружины при сдавливании зародышевая щель может не образоваться, что затрудняет получение направленного гидроразрыва; высокие затраты ручного труда, т.к. почти все операции по образованию трещин выполняют вручную.

Предложено устройство для образования направленных трещин, содержащее гидроцилиндр со штоком, герметизирующие элементы, втулку и пружину. Сущность изобретения заключается в том, что устройство снабжено муфтой, шайбами и дополнительными втулками, при этом герметизирующие элементы, шайбы и втулки расположены на штоке между корпусом гидроцилиндра и муфтой, одна втулка снабжена клиньями, выполненными с возможностью поворота перпендикулярно оси устройства при взаимодействии с другой втулкой посредством расположенной между ними пружины, причем шток выполнен полым и имеет отверстия для подачи жидкости в полость образования трещин после перемещения втулки, обеспечивающего поворот клиньев.

Конструктивное исполнение устройства позволит создать значительные усилия при осуществлении механического воздействия клиньев на стенки скважины и при создании направленных трещин гидроразрыва без затрат ручного труда.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства для образования направленных трещин; на фиг.2 - сечение I-I на фиг. 1.

Устройство содержит гидроцилиндр 1, втулку 2, поршень с полым штоком 3, на котором устанавливают герметизирующие втулки 4 с капроновыми шайбами 5, упорную втулку б, граненную втулку 7 с цилиндрическими опорными поверхностями, на которых установлены клинья 8. Клинья имеют возможность поворота перпендикулярно оси устройства, связаны между собой и закреплены на втулке 7 с помощью осей 9. Между втулками 6 и 7 расположена пружина 10. Для уменьшения трения и обеспечения герметизации во втулку 7 запрессована фторопластовая втулка 11, перекрывающая отверстия 12, расположенные на полом штоке 3. Герметизаторы 13 надевают на втулки 6 и 7 для герметизации участка, в котором создается давление, приводящее к гидроразрыву. Кроме того, на штоке 3 установлены шайба 14 и переходная муфта 15 с уплотнительным кольцом 16, которым можно дать предварительный натяг пружине 10 и отрегулировать положение клиньев 8. На гидроцилиндре 1 в поршневой полости располагается воздушник 17 для выхода воздуха при движении поршня.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Устройство размещают в скважине на заданной глубине с помощью доставочного приспособления, подсоединяемого к гайке 18 (не показано). Рукава для подачи жидкости под давлением присоединяют к переходной муфте 15. После установки устройства в скважине в штоковую полость гидроцилиндра 1 по полому штоку 3 подают жидкость под давлением до 15 МПа, при этом шток начинает перемещаться влево, а гидроцилиндр 1 с втулкой 2 - вправо. Таким образом на пружину 10 действуют сжимающие усилия одновременно с двух сторон: с одной стороны через муфту 15, шайбу 14, герметизирующие втулки 4, капроновые шайбы 5, герметизатор 13, граненную втулку 7; с другой стороны - через втулку 2, капроновые шайбы 5, герметизирующие втулки 4, герметизатор 13 и втулку 6. Под воздействием этих сил герметизирующие втулки 4 сжимаются и герметизируют участок скважины по длине штока, а герметизаторы 13 герметизируют зону гидроразрыва. Капроновые шайбы 5 уменьшают трение скольжения герметизирующих элементов - герметизирующих втулок 4 и герметизаторов 13.

При сжатии их втулки 6 и 7 сближаются между собой, при этом клинья 8, взаимодействуя с втулкой 6, поворачиваются вокруг осей 9, что приводит к увеличению величины вылета клиньев и вдавливанию их в стенки скважины. Клинья внедряются в массив заостренными концами, что обеспечивает создание значительных усилий для получения области концентрации напряжений и трещин. После осуществления герметизации и вдавливания клиньев в стенки скважины втулки 11 открывают отверстия 12 в полом штоке 3 и жидкость под давлением поступает в пространство между втулками 6, 7, проникает в созданные трещины и осуществляет по ним направленный гидроразрыв. После осуществления гидроразрыва и снятия давления жидкости за счет упругих свойств герметизирующих элементов и пружины устройство возвращается в исходное положение.

По сравнению с известными предлагаемое устройство для образования направленных трещин имеет следующие преимущества: весь процесс от герметизации до гидроразрыва осуществляется без применения ручного труда; повышается надежность получения направленных трещин за счет концентрированного воздействия клиньев на стенки скважины и комулятивного воздействия энергии жидкости; простота конструкции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 1323710, кл. E 21 С 37/00, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР 157317, кл. E 21 С 37/06, 1988.

Формула изобретения

Устройство для образования направленных трещин, содержащее гидроцилиндр со штоком, герметизирующие элементы, втулку и пружину, отличающееся тем, что оно снабжено муфтой, шайбами и дополнительными втулками, при этом герметизирующие элементы, шайбы и втулки расположены на штоке между корпусом гидроцилиндра и муфтой, одна втулка снабжена клиньями, выполненными с возможностью поворота перпендикулярно оси устройства при взаимодействии с другой втулкой посредством расположенной между ними пружины, причем шток выполнен полым и имеет отверстия для подачи жидкости в полость образования трещин после перемещения втулки, обеспечивающего поворот клиньев.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2