Устройство для образования направленных трещин в скважинах

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня, разрушения негабаритов. Повышается эффективность устройства за счет образования направленных трещин с ровными поверхностями и в горной породе любой прочности. Устройство включает полый цилиндрический корпус с торцевым каналом подвода рабочей жидкости, отверстиями в стенках и рабочими органами на наружной поверхности, соосный корпусу эластичный рукав, клапан, установленный на конце корпуса. Корпус выполнен из упругого материала, а отверстия в его стенках - в виде продольных прорезей, между которыми на поверхности корпуса установлены рабочие органы в виде резцов горной породы. Эластичный рукав установлен внутри корпуса, его один конец соединен с каналом подвода рабочей жидкости, а другой - с клапаном. Между эластичным рукавом и корпусом установлена трубка из упругого материала с продольными прорезями таким образом, что она перекрывает продольные прорези корпуса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня, разрушения негабаритов.

Известно устройство для образования зародышевых трещин по авт. свид. СССР №907247, кл. Е21С 3700, включающее корпус и рабочий орган. Оно снабжено пружиной, соединенной с рабочим органом, выполненным в виде клина. При этом образующая режущей части описана установленной зависимостью.

Устройство обеспечивает образование трещины перпендикулярно скважине и на ограниченном длиной корпуса расстоянии от ее устья. Оно не может образовывать трещины одновременно в нескольких плоскостях. Поэтому устройство обладает сравнительно низкой эффективностью.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для образования направленных трещин в скважинах по авт. свид. СССР №1222837, кл. Е21С 37/06, Е21В 43/25, опубл. в БИ №13, 1986 г., включающее полый цилиндрический корпус с торцевым каналом подвода рабочей жидкости, соосный корпусу эластичный рукав с накладками с рабочими органами в виде клиньев на наружной поверхности. Оно снабжено обжимными кольцами, связывающими накладки между собой, и с эластичным рукавом, кольцевым герметизатором, установленным на корпусе со стороны канала подвода рабочей жидкости, запорным клапаном, установленным на противоположной стороне корпуса с возможностью продольного перемещения, и фиксатором положения клапана. Эластичный рукав установлен на корпусе между кольцевым герметизатором и запорным клапаном и жестко связан с ним своими торцами. В стенках корпуса выполнены отверстия, сообщающие его полость с пространством под эластичным рукавом и запорным клапаном. Фиксатор положения клапана выполнен в виде зацепов, связанных с накладками жестко, а с клапаном - с возможностью расцепления при раздвигании накладок.

Это устройство предназначено для образования направленных трещин в горных породах, обладающих относительно слабой прочностью, в которые могут внедряться клинья. Внедрение клиньев в стенки скважины, пройденной в прочных горных породах типа гранитов и их аналогов, в настоящее время не представляется возможным. Кроме того, силовое внедрение клиньев в горную породу формирует в ней трещины с относительно неровными поверхностями, что увеличивает потери при добыче природного камня. Этим обуславливается сравнительно низкая эффективность работы устройства.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности устройства за счет образования направленных трещин с ровными поверхностями и в горной породе любой прочности.

Задача решается тем, что в устройстве для образования направленных трещин в скважинах, включающем полый цилиндрический корпус с торцевым каналом подвода рабочей жидкости, отверстиями в стенках и рабочими органами на наружной поверхности, соосный корпусу эластичный рукав, клапан, установленный на конце корпуса, согласно техническому решению корпус выполнен из упругого материала, а отверстия в его стенках - в виде продольных прорезей, между которыми на поверхности корпуса установлены рабочие органы в виде резцов горной породы. Эластичный рукав установлен внутри корпуса, один его конец соединен с торцевым каналом подвода рабочей жидкости, а другой - с клапаном. Между эластичным рукавом и корпусом установлена трубка из упругого материала с продольными прорезями таким образом, что она перекрывает продольные прорези корпуса.

Выполнение полого цилиндрического корпуса из упругого материала и отверстий в его стенках в виде продольных прорезей позволяет установленным на поверхности корпуса рабочим органам раздвигаться в радиальном направлении, что устраняет необходимость использования накладок. Установка эластичного рукава внутри корпуса и соединение одного его конца с каналом подвода рабочей жидкости, а другого - с клапаном обеспечивает требуемое усилие резания горной породы поддержанием нужного давления рабочей жидкости. Установка расположена между эластичным рукавом и корпусом трубки из упругого материала с продольными прорезями таким образом, что она перекрывает продольные прорези корпуса, исключает продавливание материала эластичного рукава через прорези в корпусе и, следовательно, его повреждение. Причем давление поступающей в зону формирования трещины жидкости и усилие резания задаются и не зависят от свойств горной породы. В результате обеспечивается возможность образования направленных трещин с заданными усилиями и в горных породах любой прочности, а поверхности трещин из-за их формирования резанием становятся более ровными. Все это существенно повышает эффективность устройства.

Целесообразно клапан выполнить в виде втулки, один конец которой соединить с эластичным рукавом, а на другой ее конец надеть стакан с продольными прорезями в стенках, при этом стакан выполнить из упругого материала, а между его дном и торцом втулки установить стержень из эластичного материала. Это упрощает конструкцию клапана, повышая тем самым надежность его работы, и позволяет величиной прижатия стержня из эластичного материала к торцу втулки регулировать давление рабочей жидкости внутри эластичного рукава, следовательно, и усилие резания горной породы. В результате эффективность работы устройства возрастает.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами фиг.1 и 2.

На фиг.1 показано устройство для образования направленных трещин в скважинах, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1 в увеличенном масштабе.

Устройство для образования направленных трещин в скважинах (далее - устройство) состоит (фиг.1) из полого цилиндрического корпуса 1 (далее корпус 1) с продольными (фиг.2) прорезями 2 (далее - прорези 2). На наружной поверхности корпуса 1 между его прорезями 2 установлены рабочие органы в виде резцов 3 горной породы. Внутри корпуса 1 соосно ему установлен эластичный рукав 4 (далее - рукав 4), один конец которого соединен с торцевым каналом подвода рабочей жидкости (на фиг. не обозначен), а другой - с клапаном 5, установленным на конце корпуса 1. Между рукавом 4 и корпусом 1 установлена трубка 6 из упругого материала с продольными прорезями 7 (далее - прорези 7) таким образом, что она перекрывает прорези 2 корпуса 1. Клапан 5 выполнен в виде втулки 8, один конец которой соединен с рукавом 4, а на другой ее конец надет стакан 9 с продольными прорезями 10 (далее - прорези 10) в стенках. Стакан 9 выполнен из упругого материала. Между его дном и торцом втулки 8 установлен стержень 11 из эластичного материала (далее - стержень 11). Втулка 8 связана с корпусом 1 и стаканом 9 резьбовыми соединениями 12 и 13 соответственно. На свободном от клапана 5 конце корпуса 1 установлена соединительная втулка 14 (далее - втулка 14) посредством резьбового соединения 16. Через втулку 14 устройство связано с колонной труб 15 резьбовым соединением 17. Верхний конец рукава 4 придавлен к внутренней поверхности трубки 6 введенной в него втулкой 18 с внешней конической поверхностью. Отметим, что торцевой канал подвода рабочей жидкости образован соосной установкой втулки 14, втулки 18 и рукава 4.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Устройство навинчивают на колонну труб 15 и опускают в скважину (на фиг. не показано) на нужную глубину. По колонне труб 15 подают рабочую жидкость, которая последовательно проходит через втулку 14, втулку 18, рукав 4, втулку 8, прорези 10 и через зазор между устройством и стенками скважины вытекает наружу. При выходе из втулки 8 рабочая жидкость испытывает сопротивление от придавленного к торцу втулки 8 стержня 11. От этого в рукаве 4 повышается давление, которое через рукав 4, трубку 6 и корпус 1 воздействует на резцы 3 и придавливает их к стенкам скважины. После этого осуществляют возвратно-поступательное движение устройства (через колонну труб 15). В результате в скважине образуются начальные направленные трещины. После образования направленных трещин требуемых размеров прекращают возвратно-поступательное движение устройства, а давление рабочей жидкости сбрасывают до нуля. Под влиянием собственной упругости корпус 1, трубка 6 и рукав 4 возвращаются в исходное положение и резцы 3 отжимаются от стенок скважины. Затем устройство перемещают в другое место для формирования направленных трещин либо извлекают из скважины.

Устройство предполагается использовать в технологии добычи строительного камня с применением алмазного бурения, при котором не возникают дополнительные снижающие качество природного камня трещины. Оно рассчитано на использование алмазных резцов 3 и предназначено для создания концентрации напряжений по заданным линиям путем образования бороздок (начальных трещин) на стенках скважины. Величина напряжений обуславливается в основном остротой (радиусом закругления) вершин образуемых бороздок. За счет этого и при условии отсутствия видимых трещин на поверхности добываемого камня глубину прорезаемых бороздок задают минимальной (единицы миллиметров). Это значительно повышает производительность, так как существенно снижает объем резания горной породы и истирание резцов 3. Вместе с этим из-за возможности образования направленных трещин в нескольких плоскостях одновременно устройство целесообразно использовать и в скважинах, пройденных ударно-вращательным бурением, например при добыче ценного кристаллического сырья или разрушении негабаритов. При этом бороздки прорезают на глубину, обусловленную (ограниченную) размерами резцов 3.

Клапан 5 нужен для поддержания требуемого давления в рукаве 4 и подачи рабочей жидкости в зазор между устройством и стенками скважины с целью охлаждения резцов 3. Упругими элементами, определяющими давление срабатывания клапана 5, являются стакан 9 с прорезями 10 и установленный в нем стержень 11. Регулировку давления срабатывания клапана 5 осуществляют вращением стакана 9 относительно втулки 8.

В зависимости от условий работы (технологии и прочности горной породы) используют алмазные либо твердосплавные резцы 3. Их устанавливают в пазах (на фиг. не обозначены) и крепят к корпусу 1 в одной точке (точечной сваркой). Это позволяет им взаимодействовать с корпусом 1 без возникновения напряжений, обусловленных различными деформационными способностями материалов резцов 3 и корпуса 1.

Отметим, что при вращении корпуса 1 и соответствующей установке резцов 3 устройство можно использовать для образования поперечных скважине трещин. Усилие на соединении корпуса 1 и колонны труб 15 контролируют на приводе датчиком силы.

Отметим также, что представленный вариант устройства можно дополнить герметизирующим элементом (пакером), который установить между колонной труб 15 и втулкой 14. Тогда его можно использовать не только для создания концентраторов напряжения (бороздок на стенках скважины), но и последующего направленного гидравлического разрыва породного массива.

1. Устройство для образования направленных трещин в скважинах, включающее полый цилиндрический корпус с торцевым каналом подвода рабочей жидкости, отверстиями в стенках и рабочими органами на наружной поверхности, соосный с корпусом эластичный рукав, клапан, установленный на конце корпуса, отличающееся тем, что корпус выполнен из упругого материала, а отверстия в его стенках - в виде продольных прорезей, между которыми на поверхности корпуса установлены рабочие органы в виде резцов горной породы, при этом эластичный рукав установлен внутри корпуса, один его конец соединен с торцевым каналом подвода рабочей жидкости, а другой - с клапаном, причем между эластичным рукавом и корпусом установлена трубка из упругого материала с продольными прорезями таким образом, что она перекрывает продольные прорези корпуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что клапан выполнен в виде втулки, один конец которой соединен с эластичным рукавом, а на другой ее конец надет стакан с продольными прорезями в стенках, при этом стакан выполнен из упругого материала, а между его дном и торцом втулки установлен стержень из эластичного материала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к горной промышленности и касается подготовки угольного массива к выемке. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня, разрушения негабаритов.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования направленной трещины гидравлическим разрывом горной породы через скважину с целью расслоения труднообрушаемой кровли, дегазации угольного пласта, управления напряженно-деформированным состоянием породного массива в окрестности горной выработки.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин в скважинах с целью отделения блоков от массива, добычи блочного камня и раскалывания негабаритов.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин гидроразрывом горной породы через скважину с целью расслоения труднообрушаемой кровли и дегазации угольного пласта.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин в скважинах с целью отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин в скважинах с целью отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня. .

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин в скважинах с целью отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования ориентированной трещины флюидоразрывом горной породы через скважину с целью расслоения труднообрушаемой кровли, дегазации угольного пласта, управления напряженно-деформированным состоянием породного массива в окрестности горной выработки.

Изобретение относится к горному делу и используется для образования направленных трещин гидроразрывом горной породы через скважину с целью расслоения труднообрушающейся кровли, дегазации угольного пласта, управления напряженно-деформированным состоянием породного массива в окрестности горной выработки

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для образования трещин в скважинах с целью отделения блоков от массивов, добычи ценного кристаллического сырья и строительного камня

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для управления труднообрушаемой кровлей при разработке месторождений полезных ископаемых, расположенных в условиях криолитозоны

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отрыва блоков от массива при проходке туннелей, добыче строительного камня, ликвидации зависаний горной массы. Способ включает бурение в плоскости предполагаемого разрыва шпуров, герметизацию их устья, создание в шпурах разрывающей статической нагрузки путем подачи в них пластичного вещества под давлением. Шпуры бурят до пересечения их осей и размещают в них заполненные пластичным веществом трубки с одной продольной прорезью и внешним диаметром, равным диаметру шпуров. Прорезь каждой трубки направляют в сторону предполагаемого разрыва. Устройство включает первую трубку с продольной прорезью, заполненную пластичным веществом, в одном конце которой установлена первая заглушка, а на другой ее конец навинчен первый стакан, имеющий центральное отверстие с резьбой, куда ввинчен винт с рукояткой. Оно снабжено второй трубкой с продольной прорезью, заполненной пластичным веществом, в одном конце которой установлена вторая заглушка, а на другой ее конец навинчен второй стакан, имеющий центральное отверстие. Во вторую трубку вставлен стержень со ступенчатым утончением, выходящим из второй трубки через центральное отверстие во втором стакане. Первая и вторая трубки не скреплены между собой. Техническая задача - повышение эффективности за счет создания трещины с заданными границами в пределах ограниченной шпурами зоны. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к разрушению горных пород, и может быть использовано в горной и строительной индустрии для отрыва фигурных блоков горной породы от массива. Способ невзрывного разрушения горных пород включает бурение шпуров, установку в них предварительно разрезанных по длине труб, с образованием одной или нескольких щелей, которые ориентируют по направлениям необходимого отрыва блока пород от массива. Затем шпуры заполняют расширяющимся при твердении составом. В результате твердения состав увеличивается в объеме, что приводит к развитию давления на стенки трубы. Максимальный вектор силы будет направлен в сторону щели, что позволяет производить отрыв блока заданной конфигурации от массива. При реализации способа вокруг шпуров формируется не концентрическое, а эллипсоидное поле напряжений. Изобретение позволяет создавать требуемое направление линии отрыва горных пород от массива, не увеличивая при этом частоту бурения шпуров. 6 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отбойки блоков от массива, проходки дорог в гористой местности, добычи строительного камня и кристаллического сырья. Устройство включает рабочий орган в виде поршня, размещенный в шпуре, заполненном пластичным веществом, и средство приложения к рабочему органу периодической ударной нагрузки, выполненное в виде штанги. Соосно штанге на ее свободном от рабочего органа торце вертикально установлен цилиндр с поршнем для создания ударной нагрузки и узлом для подачи сжатого воздуха. Указанный узел выполнен в виде стакана с радиальными отверстиями, на который с возможностью ограниченного продольного перемещения надета втулка с кольцевым выступом, между которым и дном цилиндра установлена пружина. Стакан со стороны, противоположной его дну, скреплен с дном цилиндра и подсоединен к магистрали сжатого воздуха. Поршень установлен с возможностью контакта с указанной втулкой, используемой в качестве клапана отсечки. В цилиндре выполнены радиальные выхлопные отверстия. Технический результат - вытеснение пластичного вещества из шпура силой гравитации в режиме, обеспечивающем проявление эффекта гидравлического усиления. 4 ил.

Гидравлическое устройство ударного действия предназначено для ударного разрушения горных пород и искусственных материалов. Содержит корпус, в котором установлены центрирующие и уплотнительные втулки, гильза и поршень-боек, образующие в корпусе камеры рабочего и холостого ходов, а также гидроаккумуляторы высокого и низкого давления. Камера рабочего хода сообщена периодически через золотниковый распределитель с напорной магистралью или с гидроаккумулятором низкого давления, который, в свою очередь, сообщен со сливной магистралью. Камера холостого хода постоянно сообщена с гидроаккумулятором высокого давления и напорной магистралью. На поршне бойка установлено компрессионное кольцо. Между центрирующими и уплотнительными втулками выполнены дренажные камеры и каналы. В стенке гильзы выполнен пусковой канал, сообщающий через распределитель камеру рабочего хода с напорной магистралью. Снижаются гидравлическое сопротивление и вероятность перетечек жидкости между камерами. Гарантируется запуск устройства при любом исходном положении поршня-бойка. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к взрывной отбойке горных пород и руд. Способ разрушения горных пород и руд гидровзрывом включает бурение скважин, формирование зарядов ВВ, размещение в скважине зарядов ВВ в оболочке, заполнение водой зазора, инициирование и взрывание зарядов. Формирование рассредоточенных патронированных зарядов ВВ осуществляют вне скважины, укрепляют их на двух нитях детонирующего шнура, помещают заряд в оболочку, при этом в донной части скважины к нижнему патрону заряда крепят груз - металлический цилиндр, диаметр которого меньше диаметра скважины, оболочку заполняют водой. Изобретение позволяет повысить эффективность гидровзрывания, улучшить качество дробления горной массы и снизить расход ВВ. 1 ил.

Изобретение относится к способу проходки горных выработок и ведения очистных работ. Техническим результатом является уменьшение объема буровых работ, снижение количества используемого взрывчатого вещества. Способ проходки горных выработок и ведения очистных работ включает в себя бурение врубовой и оконтуривающих скважин (шпуров). Работы ведутся в два этапа. На первом этапе по заданной схеме взрывания бурят врубовые скважины (шпуры) глубиной, равной 1…1,2 глубины оконтуривающих скважин (шпуров). Далее осуществляют поперечный гидроразрыв в массиве горной породы через врубовую скважину (шпур), отсекая отбиваемый блок от основного массива горной породы. Продольный гидроразрыв осуществляют через оконтуривающие скважины (шпуры), разделяя основной массив горных пород на отбиваемые блоки размерами, установленными схемой взрывания. Перед проведением операций гидроразрыва во врубовой скважине (шпуре) осуществляют нарезание поперечной инициирующей щели. В оконтуривающих скважинах (шпурах) нарезают продольные инициирующие щели. На втором этапе, после осуществления гидроразрыва, в пробуренные скважины (шпуры) устанавливают заряд взрывчатых веществ конструкцией, позволяющей провести щадящий взрыв. Отделяют сформированные гидроразрывом блоки от основного массива горной породы или производят механическое воздействие на блоки, обеспечивая раскрытие поперечной и продольных трещин гидроразрывов и разрушая возможные перемычки между ними. Отбитые в результате взрывного или механического воздействия блоки транспортируют по выработкам на поверхность. 1 ил.
Наверх