RU2224106C2 - Process of breaking-down monolithic objects into blocks and gears for its implementation - Google Patents

Process of breaking-down monolithic objects into blocks and gears for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2224106C2
RU2224106C2 RU2002104120/03A RU2002104120A RU2224106C2 RU 2224106 C2 RU2224106 C2 RU 2224106C2 RU 2002104120/03 A RU2002104120/03 A RU 2002104120/03A RU 2002104120 A RU2002104120 A RU 2002104120A RU 2224106 C2 RU2224106 C2 RU 2224106C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wedge
jet
outlet
channel pipe
diaphragm
Prior art date
Application number
RU2002104120/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002104120A (en
Inventor
Н.Ф. Кусов
Original Assignee
Кусов Николай Федорович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кусов Николай Федорович filed Critical Кусов Николай Федорович
Priority to RU2002104120/03A priority Critical patent/RU2224106C2/en
Publication of RU2002104120A publication Critical patent/RU2002104120A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2224106C2 publication Critical patent/RU2224106C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)

Abstract

FIELD: mining industry, civil engineering. SUBSTANCE: invention can be employed to break down rocks while driving mine workings, taking apart brick and concrete structures and other monolithic objects and forming blocks of regular shape suitable for further use. Process of breaking-down monolithic objects includes drilling of rock hole or borehole, arrangement in it of hydraulic wedge-cutting apart device carrying wedge and moving apart dies and packer, switching on of pump, filling of cutting apart device with fluid under pressure through conduit tube, formation of crack, switching off of pump, recovery of cutting apart device, cutting of blocks by cracks directed radially and tangentially. First conduit tube is shut off and concentration of stresses in monolithic block is formed in specified direction under static pressure of fluid with the help of dies of hydraulic wedge-cutting apart device, conduit tube is open for expulsion of jet with formation of hydrodynamic hammer on wedge and cumulative jet across outlet of hydraulic wedge- cutting apart device. This jet and dynamic pressure of cutting apart forces form crack in monolithic object. To form radially directed cracks there are used hydraulic- wedge transformers of radially directed cracks with diaphragmatic expulsion of jet or with control valve expulsion of jet, to form tangentially directed cracks there are used hydraulic-wedge transformers of tangentially directed cracks with diaphragmatic expulsion of jet. In particular, hydraulic-wedge transformer of radially directed cracks with diaphragmatic expulsion of jet includes hydraulic wedge-cutting apart device with wedge, conduit tube to feed fluid and moving apart dies, packer, coupling, diaphragm mounted for shutting off of conduit tube and exhaust conduit in wedge jammed by threaded connection. Conduit tube has sharpened end mounted for interaction with diaphragm and for provision of hydraulic insulation. Diaphragm can be destroyed at moment when pressure reaches critical value to deliver hydrodynamic hammer on wedge. Wedge includes grooves connected to exhaust conduit which are arranged to form cumulative jet at outlet of cutting apart device and formation of dynamic pressure of fluid for development of crack. Cutting apart device includes rubber tube and split springy rings for compression of dies into initial position when feed of fluid under pressure is stopped. EFFECT: enhanced efficiency of process breaking down monolithic objects thanks to substantial reduction of number of cracks and breaking by spalling. 4 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу, строительству, может использоваться для добычи углей, проходки горных выработок, разборки стен и фундаментов жилых и промышленных сооружений на блоки, годные для дальнейшего использования.The invention relates to mining, construction, can be used for coal mining, tunneling, dismantling the walls and foundations of residential and industrial buildings into blocks suitable for further use.

Трещины создаются в динамическом режиме нагружения монолитных объектов в радиальных и тангенциальных плоскостях: по оси и перпендикулярно оси шпура или скважины.Cracks are created in the dynamic loading mode of monolithic objects in radial and tangential planes: along the axis and perpendicular to the axis of the hole or well.

Известен способ безвзрывного разрушения в статическом режиме монолитных объектов, включающий комплект гидроклиньев – DARDA - немецкой фирмы Porsfeld Gmbh und Со, гидроклинья типа С–15W - японской фирмы Hirado Ltd, а также установки: HRS–100, HRS–97, HRS–60, HRS–40, HRS–33, из публикаций в Горном журнале в июне 1996 г. Ю.А. Лебедевым, А.К. Горьковым, А.Б. Макаровым, В.Т. Колодиным в статье: “Безвзрывной раскол скального массива”, стр. 35-40. Способ блочного разрушения монолитных объектов включает бурение шпура или скважины, размещение в нем гидроклинового распорного устройства, имеющего клин и раздвижные матрицы, и пакера, включение насоса, заполнение жидкостью распорного устройства под давлением через канальную трубу, образование трещины, выключение насоса и извлечение распорного устройства.A known method of non-explosive destruction in static mode of monolithic objects, including a set of hydraulic wedges - DARDA - German company Porsfeld Gmbh und Co, type hydraulic wedges C-15W - Japanese company Hirado Ltd, as well as installations: HRS-100, HRS-97, HRS-60, HRS – 40, HRS – 33, from publications in the Mining Journal in June 1996, Yu.A. Lebedev, A.K. Gorkov, A.B. Makarov, V.T. Kolodin in the article: “Blastless rock mass split”, pp. 35-40. The method of block destruction of monolithic objects includes drilling a hole or a well, placing a wedge spacer device in it, having a wedge and sliding matrices, and a packer, turning on the pump, filling the spacing device with liquid under pressure through the channel pipe, cracking, turning off the pump, and removing the spacer device.

Для образования в радиальных плоскостях скважины или шпура трещин повышают давление в разрушающем устройстве – гидроклиньях, после чего образуется трещина, затем система отключается.For the formation of cracks in the radial planes of the borehole or borehole, the pressure in the destructive device — the hydraulic wedges — is increased, after which a crack forms, then the system turns off.

Недостатком известного способа является статический режим разрушения, требующий высоких давлений.The disadvantage of this method is the static mode of destruction, requiring high pressures.

Зона напряжений в этом случае локальна и поэтому размеры трещины сравнительно малы.The stress zone in this case is local and therefore the size of the crack is relatively small.

Для получения направленной трещины необходимо бурение не менее трех шпуров или скважин.To obtain a directed crack, drilling of at least three holes or wells is necessary.

Исключается возможность создания тангенциальной - перпендикулярной оси шпура или скважины трещины, необходимой для отделения блока. Поэтому для извлечения блок дробится гидромолотом или другим способом.It excludes the possibility of creating a tangential - perpendicular to the axis of the hole or borehole cracks needed to separate the block. Therefore, to extract the block is crushed with a hydraulic hammer or in another way.

Целью изобретения является повышение эффективности способа.The aim of the invention is to increase the efficiency of the method.

Эффективность способа разрушения основывается на следующих положениях:The effectiveness of the destruction method is based on the following provisions:

1) процесс разрушения осуществляется при динамическом нагружении разрушаемой среды, позволяющем выделять энергию разрушения при импульсном истечении струи жидкости в трещину, варьируя ее мощностью;1) the fracture process is carried out under dynamic loading of the medium to be destroyed, which allows the fracture energy to be released during a pulsed outflow of a fluid stream into a crack, varying its power;

2) получением блоков, годных для дальнейшего использования в качестве строительных конструкций;2) obtaining blocks suitable for further use as building structures;

3) сокращение энергии разрушения прямо пропорционально количеству вновь образованных поверхностей;3) reduction of the energy of destruction is directly proportional to the number of newly formed surfaces;

4) при погрузке блоков затрачивается значительно меньше времени, чем при погрузке дробленого материала;4) when loading blocks, significantly less time is spent than when loading crushed material;

5) безопасность работ и экология значительно лучше, чем при других видах разрушения.5) the safety of work and the environment are much better than with other types of destruction.

Для реализации способа блочного разрушения требуются устройства гидроклиновых трансформаторов двух типов: для образования радиальных и тангенциальных трещин, которые описаны далее и не имеют аналогов.To implement the block fracture method, two types of hydrocline transformer devices are required: for the formation of radial and tangential cracks, which are described below and have no analogues.

Указанная цель достигается тем, что в способе блочного разрушения монолитных объектов, включающем бурение шпура или скважины, размещение в нем гидроклинового распорного устройства, имеющего клин и раздвижные матрицы, и пакера, включение насоса, заполнение жидкостью распорного устройства под давлением через канальную трубу, образование трещины, выключение насоса и извлечение распорного устройства, производят отбойку блоков радиально и тангенциально направленными трещинами, при этом вначале перекрывают канальную трубу и статическим напором жидкости с помощью матриц распорного гидроклинового устройства формируют концентрацию напряжений в монолитном объекте в заданном направлении, открывают канальную трубу для выпуска струи, создавая гидродинамический удар по клину, образуют кумулятивную струю на выходе из распорного устройства, под действием которой и при динамическом напоре расклинивающих усилий образуют трещину в монолитном объекте.This goal is achieved by the fact that in the method of block destruction of monolithic objects, including drilling a hole or a well, placing therein a wedge spacer device having a wedge and sliding matrices, and a packer, turning on the pump, filling the spacer device with liquid under pressure through a channel pipe, cracking , turning off the pump and removing the spacer device, break the blocks radially and tangentially directed cracks, while at first they block the channel pipe and static sometimes the liquids, using matrices of the expansion hydro-wedge device, form the stress concentration in the monolithic object in a given direction, open the channel pipe to release the jet, creating a hydrodynamic shock to the wedge, form a cumulative stream at the outlet of the expansion device, which, under the action of the dynamic pressure of the wedging forces, form crack in a monolithic object.

При этом, для образования радиально направленных и тангенциально направленных трещин используются следующие гидроклиновые трансформаторы:Moreover, for the formation of radially directed and tangentially directed cracks, the following hydrocline transformers are used:

Гидроклиновой трансформатор радиально направленных трещин с диафрагменным выпуском струи, характеризующийся тем, что он имеет гидроклиновое распорное устройство с клином, канальной трубой для подачи жидкости и раздвижными матрицами, пакер, соединительную муфту, диафрагму, установленную с возможностью перекрытия канальной трубы и выпускного канала в клине, зажатую с помощью их резьбового соединения, при этом канальная труба имеет заостренный торец, расположенный с возможностью взаимодействия с диафрагмой и обеспечения гидроизоляции, а диафрагма выполнена с возможностью разрушения в момент достижения критического давления для нанесения гидродинамического удара по клину, причем клин выполнен с канавками, соединенными с выпускным каналом и расположенными с возможностью образования кумулятивной струи на выходе из распорного устройства и получения динамического напора жидкости для развития трещины, при этом распорное устройство имеет резиновую стяжную трубу и разрезные пружинные кольца для сжатия матрицы в исходное положение после прекращения подачи жидкости под давлением.Hydrocline wedge transformer of radially directed cracks with diaphragm outlet of the jet, characterized in that it has a wedge spacer with a wedge, a channel pipe for supplying fluid and sliding matrices, a packer, a connecting sleeve, a diaphragm installed with the possibility of blocking the channel pipe and the outlet channel in the wedge clamped using their threaded connection, while the channel pipe has a pointed end located with the possibility of interacting with the diaphragm and providing waterproofing, and the diaphragm is made with the possibility of destruction at the time of reaching critical pressure for applying a hydrodynamic shock to the wedge, and the wedge is made with grooves connected to the outlet channel and arranged to form a cumulative jet at the outlet of the spacer device and to obtain a dynamic fluid pressure for crack development, this spacer device has a rubber coupling tube and split spring rings for compressing the matrix in its original position after the flow of fluid under the ION.

Гидроклиновой трансформатор радиально направленных трещин с золотниковым выпуском струи, характеризующийся тем, что он имеет гидроклиновое распорное устройство с клином, канальной трубой для подачи жидкости и раздвижными матрицами, пакер, соединительную муфту, золотник, установленный с возможностью перекрытия канальной трубы и выпускных каналов в клине, при этом внутри канальной трубы расположена трубка золотника для подачи жидкости в компенсационную камеру при перекрытии золотником выпускных каналов клина, при этом золотник установлен с возможностью вытеснения жидкости из компенсационной камеры для открытия выпускных каналов клина и импульсного истечения струи из них, причем выпускные каналы клина выполнены с возможностью образования кумулятивной струи на выходе и динамического напора жидкости для образования трещины в монолитном объекте.Hydrocline wedge transformer of radially directed cracks with spool outlet, characterized in that it has a wedge spacer with a wedge, a channel pipe for supplying fluid and sliding dies, a packer, a coupling, a spool installed with the possibility of blocking the channel pipe and exhaust channels in the wedge, at the same time, a spool tube is located inside the channel pipe to supply fluid to the compensation chamber when the spool overlaps the outlet channels of the wedge, while the spool is installed it is capable of displacing fluid from the compensation chamber to open the outlet channels of the wedge and impulse flow of the jet from them, and the outlet channels of the wedge are configured to form a cumulative stream at the outlet and dynamic pressure of the liquid to form a crack in a monolithic object.

Гидроклиновой трансформатор тангенциально направленных трещин с диафрагменным выпуском струи, характеризующийся тем, что он имеет гидроклиновое распорное устройство с канальной трубой для подачи жидкости, раздвижными матрицами и клином, который выполнен за одно целое с канальной трубой для подачи жидкости, направляющий конус, расположенный с возможностью упора на донную часть шпура или скважины, диафрагму, которая установлена с возможностью прижатия к заостренному торцу канальной трубы при помощи гайки с выпускным отверстием для обеспечения гидроизоляции, при этом направляющий конус установлен с возможностью образования с торцом матрицы кольцевого отверстия для формирования импульсной кумулятивной струи при разрушении диафрагмы и подачи жидкости для развития трещины.Hydrocline transformer of tangentially directed cracks with diaphragm outlet of the jet, characterized in that it has a hydrocline spacer with a channel pipe for supplying fluid, sliding dies and a wedge, which is made in one piece with the channel pipe for supplying fluid, a guide cone, which is positioned with a stop on the bottom of the hole or borehole, a diaphragm, which is installed with the possibility of pressing against the pointed end of the channel pipe using a nut with an outlet for both sintering of waterproofing, while the guide cone is installed with the possibility of formation with the end face of the matrix of an annular hole for the formation of a pulse cumulative jet during the destruction of the diaphragm and fluid supply for the development of cracks.

На фиг. 1 изображено изменение площади (1) и объема (2) трещины при ее развитии (цена деления по оси Х – 5 см).In FIG. Figure 1 shows the change in the area (1) and volume (2) of a crack during its development (the division price along the X axis is 5 cm).

На фиг. 2 изображены разрушающие усилия в массиве породы при гидроударе и кумуляции струи жидкости (по оси Y отложена сила – кг, по оси X – радиус трещины; цена деления 5 см).In FIG. Figure 2 shows the destructive forces in the rock mass during water hammer and cumulation of the liquid stream (the force is kg on the axis Y, the radius of the crack is plotted on the axis X; the division price is 5 cm).

На фиг. 3 изображена действующая сила в процессе развития трещины.In FIG. 3 shows the effective force in the process of crack development.

На фиг. 4 – гидроклиновой трансформатор радиально направленных трещин с диафрагменным выпуском струи.In FIG. 4 - hydrocline transformer of radially directed cracks with diaphragm jet output.

На фиг. 5 – гидроклиновой трансформатор радиально направленных трещин с золотниковым выпуском струи.In FIG. 5 - hydrocline transformer of radially directed cracks with spool jet release.

На фиг. 6 – гидроклиновой трансформатор тангенциально направленных трещин с диафрагменным выпуском струи.In FIG. 6 - hydrocline transformer of tangentially directed cracks with diaphragm jet output.

На фиг. 7 – разрез А-А на фиг. 6.In FIG. 7 is a section AA in FIG. 6.

В массиве, ограниченном одной или двумя свободными поверхностями, создать этим способом трещину не предоставляется возможным. Для образования трещины в массиве требуется не менее трех свободных поверхностей.In an array limited to one or two free surfaces, creating a crack in this way is not possible. For the formation of cracks in the array requires at least three free surfaces.

Исследования процесса образования трещин позволили установить необходимые условия для их образования. В течение времени t при распространении трещины диаметром D при увеличении ее диаметра сила, действующая на стенки трещины, возрастает в квадрате: D 2 1 /D2, D 2 2 /D2, D 2 3 /D2…. D 2 n /D2. Объем трещины возрастает незначительно, поскольку ее толщина в процессе разрушения составляет в среднем 2-3 мм, особенно в массиве, ограниченном одной свободной поверхностью. Поэтому при постоянном потоке жидкости с увеличением площади трещины растет действующее на нее расклинивающее усилие. На фиг. 1 показано изменение пощади – 1 и объема трещины – 2 при ее развитии. Из фиг. 2 видно, что в начальный период величина трещины недостаточна для создания критических усилий для ее развития. Поэтому для получения начальной направленной трещины создаются критические усилия путем создания гидроудара и кумулятивной струи.Investigations of the crack formation process made it possible to establish the necessary conditions for their formation. During time t, when a crack propagates with a diameter D with an increase in its diameter, the force acting on the walls of the crack increases in the square: D 2 1 / D 2 , D 2 2 / D 2 , D 2 3 / D 2 .... D 2 n / D 2 . The volume of the crack increases slightly, since its thickness in the process of fracture is on average 2-3 mm, especially in an array limited to one free surface. Therefore, with a constant flow of fluid with increasing crack area, the proppant acting on it increases. In FIG. Figure 1 shows the change in area - 1 and volume of a crack - 2 during its development. From FIG. Figure 2 shows that in the initial period the size of the crack is insufficient to create critical efforts for its development. Therefore, to obtain the initial directional crack, critical efforts are created by creating a water hammer and a cumulative jet.

Разрушающие усилия при образовании кумуляции и гидроудара показаны на фиг. 2. На графике расположены: по оси Х – радиус трещины, где – цена одного деления 5 см, по оси Y – действующая сила, кг.The breaking forces in the formation of cumulation and water hammer are shown in FIG. 2. The following are located on the graph: along the X axis is the radius of the crack, where is the price of one division of 5 cm, along the Y axis is the effective force, kg.

Действующая сила в процессе развития трещины показана на обобщающем графике фиг. 3. По оси Х указан радиус трещины в см, по оси Y – действующие усилия расклинивания на стенки трещины. Из приведенного графика видно, что расклинивающие усилия возрастают с увеличением ее диаметра при развитии трещины. Эти исследования положены в основу изобретения.The effective force in the process of crack development is shown in the generalized graph of FIG. 3. The X-axis indicates the radius of the crack in cm, the Y-axis shows the effective forces of wedging on the walls of the crack. It can be seen from the graph that the proppants increase with its diameter with the development of a crack. These studies are the basis of the invention.

Способ блочного разрушения монолитных объектов включает бурение шпура или скважины, размещение в нем гидроклинового распорного устройства с клином и раздвижными матрицами, пакера, герметизирующего шпур или скважину, которые с помощью шлангов соединяются с насосом, включение насоса или компрессора. Перед установкой гидроклинового устройства канальная труба перекрывается диафрагмой или золотником. Включается насос, производится заполнение жидкостью под давлением гидроклинового распорного устройства через канальную трубу. Возникает концентрация напряжений в массиве после раздвижки матриц в заданном направлении в радиальной или тангенциальной плоскостях, образуется микротрещина, при достижении критической величины давления, определяемой разрывом диафрагмы или срабатыванием золотника, происходит разрыв диафрагмы или смещение золотника, возникает гидродинамический удар по клину, микротрещина увеличивается. Жидкость, истекая из выпускных каналов, образует кумулятивную струю, которая поступает в микротрещину. Под действием кумулятивной струи трещина увеличивается, достигая критической величины, и при продолжающемся динамическом напоре жидкости образуется трещина заданной величины.The method of block destruction of monolithic objects includes drilling a borehole or well, placing a wedge spacer device in it with a wedge and sliding dies, a packer, a sealing borehole or well, which are connected to the pump using hoses, turning on the pump or compressor. Before installing the hydrocline device, the channel pipe is blocked by a diaphragm or a spool. The pump turns on, liquid under pressure of the hydraulic wedge spacer is filled through the channel pipe. A stress concentration arises in the array after the matrices are extended in a given direction in the radial or tangential planes, a microcrack is formed, when a critical pressure is reached, determined by a rupture of the diaphragm or by triggering of the spool, the diaphragm ruptures or the spool displaces, a hydrodynamic shock occurs on the wedge, and the microcrack increases. The fluid flowing from the outlet channels forms a cumulative stream that enters the microcrack. Under the influence of a cumulative jet, the crack grows, reaching a critical value, and with a continuing dynamic pressure of the liquid, a crack of a given value is formed.

Процесс прекращается при отключении насоса или при выходе трещины на свободную поверхность монолитного объекта.The process stops when the pump is turned off or when a crack enters the free surface of a monolithic object.

Устройство гидроклинового трансформатора радиально направленных трещин с диафрагменным выпуском струи (фиг. 4) состоит из клина 1, раздвижных матриц 2, выпускных каналов 3, канавок 10, опоясывающих клин, диафрагмы 4, перекрывающей выпускное отверстие, канальной трубы 6 для подачи жидкости, соединенной резьбой с клином. С торца, соединенного с клином, труба заострена, врезаясь при завинчивании ее в диафрагму, обеспечивает гидроизоляцию. Между гидротрансформатором и пакером имеется резьбовое соединение 9. В устройстве предусмотрены металлические пружинные кольца 7 и резиновая стяжка 6, фиксирующая, совместно с разрезными пружинными кольцами 7, исходное положение трансформатора и одновременно уплотняющие зазор между стенками шпура или скважины, что исключает утечку жидкости. Цикл работы начинается с бурения шпуров или скважин, установки диафрагмы, размещения в шпуре или скважине трансформатора, открытия запорных вентилей, включения насосов и заполнения жидкостью гидроклинового устройства, перекрытого диафрагмой. При этом давление в системе повышается и соответственно клин вместе с канальной трубой перемещаются, отжимая матрицы к стенкам шпура или скважины. Вокруг шпура или скважины возникают напряжения, концентрируясь в радиальном направлении, в местах относительного смещения матриц. Когда давление в системе достигнет критического значения, определяемого прочностью диафрагмы, происходит ее разрыв и жидкость через образовавшееся отверстие производит гидроудар по клину, который рывком перемещается, генерируя импульсные напряжения в массиве, увеличивающие начальную их величину, особенно в точках их концентрации. Образуются начальные микротрещины. Жидкость, перемещаясь по канавкам, вначале разделяется на отдельные струи в каналах, опоясывающих клин, а затем они объединяются на выходе из гидроклинового устройства – возникает кумуляция струй в плоскостях относительного смещения матриц. Кумуляционная струя поступает в начальную трещину, увеличивая ее. При взаимодействии с породой, давление струи в трещине в зависимости от крепости разрушаемой породы увеличивается в 8-20 раз. Под действием этого импульса трещина перемещается, достигая критической величины, после чего возникают расклинивающие усилия, достаточные для ее развития при продолжении подачи жидкости под давлением в трещину. По мере перемещения трещины величина расклинивающих усилий возрастает пропорционально квадрату диаметра. Наступает лавинный процесс роста расклинивающих усилий и соответственно развития трещины. Это продолжается до тех пор, пока не прекратится подача жидкости или трещина выйдет на свободную поверхность. Тогда процесс прекращается.The device of a hydrocline transformer of radially directed cracks with a diaphragm jet outlet (Fig. 4) consists of a wedge 1, sliding matrices 2, exhaust channels 3, grooves 10, a girdle wedge, a diaphragm 4 covering the outlet, a pipe 6 for supplying fluid connected by a thread with a wedge. From the end connected to the wedge, the pipe is pointed, crashing when screwing it into the diaphragm, provides waterproofing. There is a threaded connection between the torque converter and the packer 9. The device has metal spring rings 7 and a rubber coupler 6, which fixes, together with the split spring rings 7, the transformer's initial position and simultaneously seals the gap between the walls of the borehole or well, which eliminates fluid leakage. The work cycle begins with drilling holes or boreholes, installing a diaphragm, placing a transformer in a borehole or well, opening shut-off valves, turning on the pumps, and filling the wedge closed with a diaphragm in the liquid. In this case, the pressure in the system rises and, accordingly, the wedge together with the channel pipe move, pressing the matrices against the walls of the hole or well. Around the borehole or well, stresses arise, concentrating in the radial direction, in places of relative displacement of the matrices. When the pressure in the system reaches a critical value, determined by the strength of the diaphragm, it ruptures and the fluid through the hole creates a water hammer on the wedge, which moves jerkily, generating pulsed stresses in the array, increasing their initial value, especially at the points of their concentration. Initial microcracks form. The liquid, moving along the grooves, is first divided into separate jets in the channels surrounding the wedge, and then they are combined at the exit of the hydraulic device - cumulation of jets in the planes of relative displacement of the matrices occurs. The cumulative stream enters the initial crack, increasing it. When interacting with the rock, the pressure of the jet in the crack, depending on the strength of the rock being destroyed, increases by 8-20 times. Under the influence of this impulse, the crack moves, reaching a critical value, after which proppant forces arise that are sufficient for its development while continuing to supply fluid under pressure into the crack. As the crack moves, the amount of proppant increases in proportion to the square of the diameter. There is an avalanche process of proppant growth and, accordingly, crack development. This continues until the fluid supply stops or a crack emerges on the free surface. Then the process stops.

Устройство гидроклинового трансформатора радиально направленных трещин с золотниковым выпуском струи (фиг.5), предназначенной для разрушения слабых, средней крепости и вязких пород, где требуется удлиненный, но допускается с меньшей амплитудой, импульс. Это вызвано следующими обстоятельствами: масса диафрагмы составляет 1-3 г, масса золотника – 10-20 г. Диафрагма, разрушаясь по всему сечению, практически не тормозит поток жидкости. Поэтому импульс нарастает за несколько микросекунд. В этом случае амплитуда импульса велика, что необходимо для разрушения крепких пород.The device is a hydrocline transformer of radially directed cracks with a slide valve (Fig. 5), designed to destroy weak, medium strength and viscous rocks, where an elongated, but allowed with a lower amplitude, impulse. This is caused by the following circumstances: the mass of the diaphragm is 1-3 g, the mass of the spool is 10-20 g. The diaphragm, collapsing over the entire cross section, practically does not slow down the flow of fluid. Therefore, the impulse rises in a few microseconds. In this case, the pulse amplitude is large, which is necessary for the destruction of strong rocks.

В слабых и средней крепости породах при указанных условиях нагружения будут возникать пластические деформации, что увеличит расход энергии на разрушение и ухудшит его эффект. Масса золотника больше в 6-7 раз массы диафрагмы, поэтому инерционность его перемещения соответственно больше. Кроме того, золотник должен вытеснять жидкость из компенсационной камеры. Эти обстоятельства удлиняют нарастание импульса и вместе с тем увеличивают его длительность. Здесь достигается улучшение эффективности трещинообразования в слабых и вязких породах.In weak and medium-strength rocks, under the indicated loading conditions, plastic deformations will occur, which will increase the energy consumption for destruction and worsen its effect. The mass of the spool is 6-7 times greater than the mass of the diaphragm, so the inertia of its movement is correspondingly greater. In addition, the spool must displace fluid from the compensation chamber. These circumstances lengthen the growth of the pulse and at the same time increase its duration. Here, an improvement in the efficiency of crack formation in weak and viscous rocks is achieved.

Гидроклиновой трансформатор направленных трещин с золотниковым выпуском струи (фиг. 5) состоит из клина 1, матриц 2, выпускных каналов 3, золотника 4, соединительной муфты 5, внутри канальной трубы 6 расположена золотниковая трубка 9, компенсационная камера 11, каналы 10, опоясывающие клин, резиновая стяжная трубка 8, пружинные разрезные кольца 7, отверстие 12 для резьбового соединения с пакером.The hydrocline wedge transformer with directional spools (Fig. 5) consists of a wedge 1, matrices 2, exhaust channels 3, a spool 4, a coupling 5, a spool tube 9, a compensation chamber 11, channels 10, a girdle wedge located inside the channel pipe 6 , rubber coupling tube 8, spring split rings 7, hole 12 for screw connection with the packer.

Процесс разрушения состоит из следующих операций: бурение шпура, расположение в нем трансформатора направленных трещин, подача жидкости в компенсационную камеру 11 по золотниковой трубке 9, золотник 4 перекрывает выпускные каналы 3, затем жидкость подается в канальную трубу 6, и она заполняет трансформатор под давлением. При достижении критического давления на стенках шпура или скважины образуется микротрещина, а золотник 4 перемещается, вытесняя жидкость из компенсационной камеры 11 через золотниковую трубку 9, при этом открываются выпускные каналы 3, генерируется гидроудар по клину 1, затем жидкость поступает в каналы 10, опоясывающие клин, и движется по ним, формируя на выходе кумулятивную струю, которая развивает микротрещину. После достижения критических размеров микротрещины в ней создаются расклинивающие разрушающие усилия, которые, постепенно нарастая с увеличением ее площади, создают, при поддержании постоянного давления жидкости в трещине, процесс лавинного разрушения. При отключении насоса или выхода трещины на свободную поверхность процесс ее развития прекращается.The destruction process consists of the following operations: drilling a hole, the location of a transformer of directed cracks in it, supplying liquid to the compensation chamber 11 through the spool tube 9, the spool 4 blocks the outlet channels 3, then the liquid is supplied to the channel pipe 6, and it fills the transformer under pressure. When critical pressure is reached, a microcrack forms on the walls of the borehole or well, and the spool 4 moves, displacing the liquid from the compensation chamber 11 through the spool tube 9, while the outlet channels 3 open, a water hammer is generated along the wedge 1, then the fluid enters the channels 10 encircling the wedge , and moves along them, forming a cumulative stream at the exit, which develops a microcrack. After reaching the critical dimensions of a microcrack, proppant destructive forces are created in it, which, gradually increasing with an increase in its area, create, while maintaining a constant fluid pressure in the crack, an avalanche fracture process. When the pump is turned off or the crack reaches the free surface, its development process stops.

Гидроклиновой трансформатор тангенциально направленных трещин с диафрагменным выпуском струи (фиг. 6).Hydrocline transformer of tangentially directed cracks with diaphragm jet outlet (Fig. 6).

Для полного отделения блока от массива требуется, кроме радиальных, создавать тангенциально направленные трещины.For the complete separation of the block from the array, it is required, in addition to radial ones, to create tangentially directed cracks.

Гидроклиновой трансформатор тангенциально направленных трещин (фиг. 6) состоит из направляющего конуса 1 для опоры на дно шпура или скважины, формирующего потоки жидкости для создания кумулятивной струи, гайки с выпускным отверстием 2, раздвижных матриц 3, канальной трубы 4 с клиньями для подачи жидкости, которые выполнены за одно целое с канальной трубой, соединительной муфты 5, резиновой трубы – стяжки 6, разрезных пружинных колец 7, диафрагмы 8, которая прижимается, с помощью гайки с выпускным отверстием, к заостренному торцу канальной трубы 4 для гидроизоляции, и резьбового соединения 9 с пакером.The hydraulic wedge transformer of tangentially directed cracks (Fig. 6) consists of a guide cone 1 for support on the bottom of the hole or well, forming fluid flows to create a cumulative jet, a nut with an outlet 2, sliding dies 3, channel pipe 4 with wedges for supplying fluid, which are made in one piece with the channel pipe, the connecting sleeve 5, the rubber pipe - couplers 6, split spring rings 7, the diaphragm 8, which is pressed, with the help of a nut with an outlet, to the pointed end of the channel pipe 4 for waterproofing, and the threaded connection 9 with the packer.

Процесс генерирования тангенциальных трещин производится из пробуренных шпуров или скважин. В них вводится гидроклиновой трансформатор направленных трещин с установленной в нем диафрагмой 8. Насосом, через шланги, подается жидкость в пакер, а затем в канальную трубу 4. Канальная труба, перекрытая диафрагмой 8, смещается. Расположенные на ней клинья раздвигают матрицы 3, которые, упираясь в стенки шпура или скважины, фиксируют положение трансформатора. При достижении критического давления разрушается диафрагма 8 и поток жидкости наносит удар по направляющему конусу, обтекая его, и в выходных дюзах возникает кумуляционная струя, направленная перпендикулярно к стенкам шпура или скважины.The process of generating tangential cracks is made from drilled holes or wells. A hydrocline transformer of directed cracks is introduced into them with a diaphragm 8 installed in it. A pump, through hoses, feeds liquid into the packer, and then into the channel pipe 4. The channel pipe blocked by the diaphragm 8 is displaced. The wedges located on it push apart the matrices 3, which, abutting against the walls of the borehole or borehole, fix the position of the transformer. When the critical pressure is reached, the diaphragm 8 is destroyed and the fluid flow strikes the guide cone, flowing around it, and a cumulative jet arises in the outlet nozzles, directed perpendicular to the walls of the hole or well.

Процесс трещинообразования развивается следующим образом: микротрещина возникает вначале при статическом нагружении во время перемещения канальной трубы с клиньями. Затем гидродинамический удар по направляющему конусу развивает микротрещины. Кумуляция увеличивает трещину до критических размеров, после чего эффективными становятся расклинивающие усилия. Расклинивающие усилия возрастают прямо пропорционально квадрату диаметра трещины. Процесс прекращается при выходе трещины на свободную поверхность или отключении насосов.The process of cracking develops as follows: a microcrack occurs initially under static loading during the movement of the channel pipe with wedges. Then a hydrodynamic shock on the guide cone develops microcracks. Cumulation enlarges the crack to critical dimensions, after which proppant efforts become effective. Proppants increase in direct proportion to the square of the crack diameter. The process stops when the crack exits to a free surface or the pumps are turned off.

Стягивающая резиновая труба и разрезные пружинные кольца отжимают клин и канальную трубу в исходное положение.The tightening rubber pipe and split spring rings squeeze the wedge and channel pipe to its original position.

В заключение следует отметить, что тангенциальная трещина чаще всего выполняется параллельно свободной поверхности и поэтому она возникает при значительно меньших напряжениях.In conclusion, it should be noted that a tangential crack most often runs parallel to the free surface and therefore it occurs at much lower stresses.

Claims (4)

1. Способ блочного разрушения монолитных объектов, включающий бурение шпура или скважины, размещение в нем гидроклинового распорного устройства, имеющего клин и раздвижные матрицы, и пакера, включение насоса, заполнение жидкостью распорного устройства под давлением через канальную трубу, образование трещины, выключение насоса и извлечение распорного устройства, отличающийся тем, что производят отбойку блоков радиально и тангенциально направленными трещинами, при этом вначале перекрывают канальную трубу и статическим напором жидкости с помощью матриц распорного гидроклинового устройства формируют концентрацию напряжений в монолитном объекте в заданном направлении, открывают канальную трубу для выпуска струи, создавая гидродинамический удар по клину, образуют кумулятивную струю на выходе из распорного устройства, под действием которой и при динамическом напоре расклинивающих усилий образуют трещину в монолитном объекте.1. The method of block destruction of monolithic objects, including drilling a hole or a well, placing in it a hydraulic wedge spacer having a wedge and sliding dies, and a packer, turning on the pump, filling the spacer with liquid under pressure through a channel pipe, cracking, turning off the pump and removing spacer device, characterized in that the blocks are blasted with radially and tangentially directed cracks, while first blocking the channel pipe and the static pressure of the liquid using matrices of the expansion hydro-wedge device, they form the stress concentration in the monolithic object in a given direction, open the channel pipe to release the jet, creating a hydrodynamic shock to the wedge, form a cumulative jet at the outlet of the expansion device, which, under the action of the dynamic pressure of the wedging forces, form a crack in monolithic object. 2. Гидроклиновой трансформатор радиально направленных трещин с диафрагменным выпуском струи, характеризующийся тем, что он имеет гидроклиновое распорное устройство с клином, канальной трубой для подачи жидкости и раздвижными матрицами, пакер, соединительную муфту, диафрагму, установленную с возможностью перекрытия канальной трубы и выпускного канала в клине, зажатую с помощью их резьбового соединения, при этом канальная труба имеет заостренный торец, расположенный с возможностью взаимодействия с диафрагмой и обеспечения гидроизоляции, а диафрагма выполнена с возможностью разрушения в момент достижения критического давления для нанесения гидродинамического удара по клину, причем клин выполнен с канавками, соединенными с выпускным каналом и расположенными с возможностью образования кумулятивной струи на выходе из распорного устройства и получения динамического напора жидкости для развития трещины, при этом распорное устройство имеет резиновую стяжную трубу и разрезные пружинные кольца для сжатия матрицы в исходное положение после прекращения подачи жидкости под давлением.2. Hydrocline wedge transformer of radially directed cracks with diaphragm outlet of the jet, characterized in that it has a hydrocline spacer with a wedge, a channel pipe for supplying fluid and sliding matrices, a packer, a coupling, a diaphragm installed with the possibility of overlapping the channel pipe and the exhaust channel in the wedge clamped by means of their threaded connection, while the channel pipe has a pointed end located with the possibility of interacting with the diaphragm and providing waterproofing and, and the diaphragm is made with the possibility of destruction at the moment of reaching critical pressure for applying a hydrodynamic shock to the wedge, and the wedge is made with grooves connected to the outlet channel and arranged to form a cumulative jet at the outlet of the spacer device and obtain a dynamic fluid pressure for crack development wherein the spacer device has a rubber coupling tube and split spring rings for compressing the matrix to its original position after the liquid is stopped pressure. 3. Гидроклиновой трансформатор радиально направленных трещин с золотниковым выпуском струи, характеризующийся тем, что он имеет гидроклиновое распорное устройство с клином, канальной трубой для подачи жидкости и раздвижными матрицами, пакер, соединительную муфту, золотник, установленный с возможностью перекрытия канальной трубы и выпускных каналов в клине, при этом внутри канальной трубы расположена трубка золотника для подачи жидкости в компенсационную камеру при перекрытии золотником выпускных каналов клина, при этом золотник установлен с возможностью вытеснения жидкости из компенсационной камеры для открытия выпускных каналов клина и импульсного истечения струи из них, причем выпускные каналы клина выполнены с возможностью образования кумулятивной струи на выходе и динамического напора жидкости для образования трещины в монолитном объекте.3. Hydrocline wedge transformer of radially directed cracks with spool outlet, characterized in that it has a wedge spacer with a wedge, a channel pipe for supplying fluid and sliding dies, a packer, a coupling, a spool installed with the possibility of blocking the channel pipe and exhaust channels in a wedge, while inside the channel pipe there is a spool tube for supplying fluid to the compensation chamber when the spool overlaps the outlet channels of the wedge, while the mouth spool copulating with the possibility of displacement fluid from the compensation chamber to the outlet opening of the wedge channel and the expiration of a pulsed jet of them, wherein the outlet channels are arranged to wedge formation cumulative jet at the exit and the dynamic fluid pressure to form a crack in the monolithic object. 4. Гидроклиновой трансформатор тангенциально направленных трещин с диафрагменным выпуском струи, характеризующийся тем, что он имеет гидроклиновое распорное устройство с канальной трубой для подачи жидкости, раздвижными матрицами и клином, который выполнен за одно целое с канальной трубой для подачи жидкости, направляющий конус, расположенный с возможностью упора на донную часть шпура или скважины, диафрагму, которая установлена с возможностью прижатия к заостренному торцу канальной трубы при помощи гайки с выпускным отверстием для обеспечения гидроизоляции, при этом направляющий конус установлен с возможностью образования с торцем матрицы кольцевого отверстия для формирования импульсной кумулятивной струи при разрушении диафрагмы и подачи жидкости для развития трещины.4. Hydrocline transformer of tangentially directed cracks with diaphragm outlet of the jet, characterized in that it has a hydrocline spacer with a channel pipe for supplying fluid, sliding dies and a wedge, which is made in one piece with the channel pipe for supplying fluid, a guide cone located with the ability to focus on the bottom of the hole or borehole, the diaphragm, which is installed with the possibility of pressing against the pointed end of the channel pipe using a nut with an outlet for especheniya waterproofing, the guide cone is mounted to form a matrix with the end face of the annular orifice to form a jet pulse cumulative fracture aperture and flow of fluid to develop cracks.
RU2002104120/03A 2002-02-20 2002-02-20 Process of breaking-down monolithic objects into blocks and gears for its implementation RU2224106C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002104120/03A RU2224106C2 (en) 2002-02-20 2002-02-20 Process of breaking-down monolithic objects into blocks and gears for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002104120/03A RU2224106C2 (en) 2002-02-20 2002-02-20 Process of breaking-down monolithic objects into blocks and gears for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002104120A RU2002104120A (en) 2003-10-10
RU2224106C2 true RU2224106C2 (en) 2004-02-20

Family

ID=32172365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002104120/03A RU2224106C2 (en) 2002-02-20 2002-02-20 Process of breaking-down monolithic objects into blocks and gears for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2224106C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111998736A (en) * 2020-09-04 2020-11-27 中国矿业大学(北京) Directional cracking device based on carbon dioxide blasting
RU2779800C1 (en) * 2022-01-12 2022-09-13 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации Method for dismantling a monolithic reinforced concrete structure with the disposal of materials from dismantling

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ЛЕБЕДЕВ Ю.А. и др. Безвзрывной раскол скального массива, Горный журнал, 1996, № 6, с. 35-40. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111998736A (en) * 2020-09-04 2020-11-27 中国矿业大学(北京) Directional cracking device based on carbon dioxide blasting
CN111998736B (en) * 2020-09-04 2021-07-27 中国矿业大学(北京) Directional cracking device based on carbon dioxide blasting
RU2779800C1 (en) * 2022-01-12 2022-09-13 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации Method for dismantling a monolithic reinforced concrete structure with the disposal of materials from dismantling
RU2811515C1 (en) * 2023-07-17 2024-01-12 Федеральное государственное казённое военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации Method for dismantling monolithic reinforced concrete beamless floor with recycling of materials left after disassembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2704997C1 (en) Method and device for control of coal bed upper part collapse area due to application of technology of pulsed hydraulic fracturing of a formation
AU3800499A (en) Controlled foam injection method and means for fragmentation of hard compact rock and concrete
FI64438B (en) FOERFARANDE FOER SPJAELKNING AV STEN
EP3577279B1 (en) Injection tool and a method for injection
KR102166515B1 (en) No-vibration silent rock crusher using water pressure
RU2224106C2 (en) Process of breaking-down monolithic objects into blocks and gears for its implementation
RU2211920C2 (en) Method of hydraulic fracturing of formation and increase of rock permeability and equipment for method embodiment (versions)
CN211816217U (en) Prestressed hollow anchor rod reinforcing system
RU2390631C1 (en) Facility for generating directional cavities in boreholes
Read et al. Asymmetric borehole breakouts at the URL
RU2081314C1 (en) Device for creating directed fissures in bore-holes
RU2579040C1 (en) Device for breaking rocks plastic material
RU2379508C1 (en) Destruction method of rocks and device for its implementation
RU2302525C1 (en) Device for directional crack formation in well
SU883509A1 (en) Method of conducting hydraulic treatment of coal bed
RU2202040C1 (en) Gear to form directional fractures
RU2019697C1 (en) Method for rock breakage
RU2471986C1 (en) Well device to form directed cracks
SU1555483A1 (en) Device for forming directional fissures in boreholes
RU2167293C1 (en) Method of rocks breakage
RU2291394C1 (en) Combined stemming
RU2127364C1 (en) Device for generation of hydraulic pressure pulses
RU2291392C1 (en) Combined spreading stemming
RU2018661C1 (en) Method for breaking monolithic objects
RU2167294C1 (en) Device for forming directed fractures in boreholes

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070221