RU2579040C1

RU2579040C1 - Device for breaking rocks plastic material

Info

Publication number: RU2579040C1
Application number: RU2015100458/03A
Authority: RU
Inventors: Николай Георгиевич Кю
Priority date: 2015-01-12
Filing date: 2015-01-12
Publication date: 2016-03-27

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: invention relates to mining and can be used for cutting blocks of massif, building roads in mountainous terrain, production of building stone and crystalline material. Device comprises working element in form of a piston arranged in hole filled with plastic substance, and means to apply to working element periodic impact load made in form of rod. Coaxial to rod at its free from working element end there is a cylinder with a piston to generate impact load and a unit for supply of compressed air. Said assembly is made in form of a shell with radial holes, on which with possibility of restricted longitudinal movement of sleeve is fitted a collar, between which and bottom of cylinder there is a spring. Shell on side opposite its bottom is attached to bottom of cylinder and is connected to compressed air line. Piston is installed with possibility of contact with said bushing, used as a cutoff valve. Cylinder is provided with radial exhaust holes.

EFFECT: technical result is displacement of ductile substance of blast hole by gravity in conditions, providing manifestation of effect of hydraulic amplification.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретениеотносится к горному делу и может быть использовано для отбойки блоков от массива, проходки дорог в гористой местности, добычи строительного камня и кристаллического сырья.The invention relates to mining and can be used for breaking blocks from the massif, driving roads in mountainous areas, mining building stone and crystalline raw materials.

Известно пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по патенту РФ №2229558 (второй вариант), кл. E02D 7/08, F16L 1/028, опубл. 27.05.2004 г., Бюл. №15. Оно содержит ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство. Ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством. Мембрана выполнена в виде усеченного конуса, а распределительное устройство - в виде подпружиненного клапана отсечки, при этом направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы выполнен в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы.Known pneumatic percussion device for driving into the ground rod elements, such as pipes, according to the patent of the Russian Federation No. 2229558 (second option), class. E02D 7/08, F16L 1/028, publ. May 27, 2004, Bull. No. 15. It contains a shock mass, a guide assembly for moving the shock mass, a shock mass lifting assembly having a housing with a cavity in which the switchgear is housed, and a compressed air chamber formed by the housing of the shock mass lifting assembly and a membrane having a hole for compressed air exhaust . The housing of the shock lifting unit has a channel for supplying compressed air from the line and an opening for supplying compressed air to the working chamber from the cavity in which the switchgear is located. The shock mass is installed with the possibility of interaction with the membrane and through the aforementioned openings — for exhausting compressed air in the membrane and for supplying compressed air in the housing of the shock mass lifting assembly — with a switchgear. The membrane is made in the form of a truncated cone, and the switchgear is in the form of a spring-loaded shut-off valve, while the guide unit for the movement of the shock mass placed in it is made in the form of a vertically mounted pipe with a cover, which are connected to the housing of the shock mass lifting assembly.

Это устройство может быть использовано для разрыва горных пород пластичным веществом, вытесняемым из скважины штангой, по свободному концу которой наносят удары. Однако оно воздействует на штангу короткими ударными импульсами, не учитывающими особенности пластичного вещества. При таком воздействии пластичное вещество проявляет в основном свойство твердого тела, преобразующего ударные импульсы в упругие волны, обуславливающие потерю энергии, из-за чего увеличивается энергоемкость разрыва горной породы. Поэтому его использование для разрыва горных пород пластичным веществом имеет относительно низкую эффективность.This device can be used to break rocks with a plastic substance displaced from the well by a rod, which is hit at the free end. However, it acts on the bar with short shock pulses that do not take into account the characteristics of the plastic substance. Under such an impact, a plastic substance mainly exhibits the property of a solid body, which transforms shock pulses into elastic waves, causing energy loss, which increases the energy intensity of rock fracture. Therefore, its use for breaking rocks with a plastic substance has a relatively low efficiency.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для разрушения горных пород по патенту РФ №2307934, кл. E21C 37/12, E21B 43/26, E21F 7/00, опубл. 10.10.2007 г., Бюл. №28. Устройство включает рабочий орган, размещенный в шпуре, заполненном неньютоновской жидкостью, и средство приложения к рабочему органу периодической ударной нагрузки. Оно снабжено направляющей трубой, в которую с возможностью продольного перемещения вставлено средство приложения к рабочему органу периодической ударной нагрузки, выполненное в виде штанги. Рабочий орган выполнен в виде поршня, установленного соосно с направляющей трубой с возможностью контакта с торцом штанги.The closest in technical essence and combination of essential features is a device for the destruction of rocks according to the patent of the Russian Federation No. 2307934, class. E21C 37/12, E21B 43/26, E21F 7/00, publ. 10/10/2007, bull. No. 28. The device includes a working body located in a hole filled with non-Newtonian fluid, and a means of applying periodic shock to the working body. It is equipped with a guide tube, into which, with the possibility of longitudinal movement, a means of application to the working body of a periodic shock load, made in the form of a rod, is inserted. The working body is made in the form of a piston mounted coaxially with the guide tube with the possibility of contact with the end of the rod.

Для подъема штанги в этом устройстве требуется дополнительный механизм, устанавливаемый на поверхности. При этом усилие подъема штанги не передается рабочему органу и поэтому энергия на ее подъем не расходуется на разрыв горной породы, т.е. теряется. Кроме этого, штанга воздействует на рабочий орган непосредственно в виде сравнительно коротких импульсов, отчего пластичное вещество в шпуре слабо проявляет эффект гидравлического усиления. При этом значительная часть энергии падающей штанги безвозвратно расходуется на формирование упругих волн. Все это обуславливает относительно низкую эффективность работы устройства.To lift the bar in this device requires an additional mechanism mounted on the surface. In this case, the lifting force of the rod is not transferred to the working body and therefore the energy for its lifting is not spent on breaking the rock, i.e. is lost. In addition, the rod acts on the working body directly in the form of relatively short pulses, which is why the plastic substance in the hole weakly shows the effect of hydraulic amplification. Moreover, a significant part of the energy of the falling rod is irrevocably spent on the formation of elastic waves. All this leads to a relatively low efficiency of the device.

Решаемая техническая задача заключается в повышении эффективности работы устройства за счет вытеснения пластичного вещества из шпура силой гравитации в режиме, обеспечивающем проявление эффекта гидравлического усиления.The technical problem to be solved is to increase the efficiency of the device due to the displacement of plastic matter from the hole by gravity in a mode that provides a manifestation of the effect of hydraulic amplification.

Задача решается тем, что в устройстве для разрыва горных пород пластичным веществом, включающем рабочий орган в виде поршня, размещенный в шпуре, заполненном пластичным веществом, и средство приложения к рабочему органу периодической ударной нагрузки, выполненное в виде штанги, согласно предлагаемому техническому решению соосно штанге на ее свободном от рабочего органа торце вертикально установлен цилиндр с поршнем для создания нагрузки и узлом для подачи сжатого воздуха, выполненным 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 втулкой, используемой в качестве клапана отсечки, а в цилиндре выполнены радиальные выхлопные отверстия.The problem is solved in that in a device for breaking rocks with a plastic substance, including a working body in the form of a piston, placed in a hole filled with a plastic substance, and means for applying a periodic shock load to the working body, made in the form of a rod, according to the proposed technical solution, coaxially to the rod a cylinder with a piston for creating a load and a unit for supplying compressed air, made in the form of a glass with radial openings on which for limited longitudinal movement of the sleeve is fitted with the annular projection, between which and the bottom of the cylinder a spring. The cup from the side opposite to its bottom is bonded to the bottom of the cylinder and connected to the compressed air line, the piston is installed with the possibility of contact with the sleeve used as a shutoff valve, and radial exhaust openings are made in the cylinder.

Такое техническое решение существенно увеличивает постоянную составляющую усилия, с которым выдавливают пластичное вещество из шпура в трещины, что обеспечивает проявление пластичным веществом эффекта гидравлического усиления. Обусловлено это тем, что рабочий орган в шпуре нагружают как во время торможения поршня, так и во время его ускоренного подъема. Усилие на ускоренный подъем поршня передается рабочему органу через цилиндр и штангу. Цилиндр с поршнем для создания ударной нагрузки и узлом для подачи сжатого воздуха обеспечивают динамическую нагрузку на пластичное вещество через штангу и рабочий орган. При этом используют поршень с массой, исчисляемой сотнями и даже тысячами килограммов. Выполнение узла для подачи сжатого воздуха 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, а также наличие радиальных выхлопных отверстий в цилиндре позволяют управлять перемещением поршня в цилиндре в автоматическом режиме. При этом используют пружину с большим коэффициентом жесткости, за счет чего обеспечивают не только перемещение втулки вдоль стакана, но и эффективное торможение падающего поршня. Стакан со стороны, противоположной его дну, скрепленный с дном цилиндра и подсоединенный к магистрали сжатого воздуха, и поршень, установленный с возможностью контакта с указанной втулкой, используемой в качестве клапана отсечки, обеспечивают подачу сжатого воздуха в цилиндр в исходном состоянии и прекращение его подачи при отрыве поршня от втулки. В результате действующее на пластичное вещество в шпуре усилие включает две составляющие: статическую составляющую, обусловленную силой гравитации (весом устройства), увеличением длительности динамического воздействия и передачей усилий подъема поршня через штангу и рабочий орган; и динамическую составляющую, обусловленную торможением падающего поршня. Благодаря статической составляющей усилия пластичное вещество, способное передавать давление (подобно жидкости), проявляет эффект гидравлического усиления, заключающийся в том, что за счет значительно большей площади контакта пластичного вещества с горной породой, чем с рабочим органом, передаваемое от штанги горной породе усилие многократно увеличивается. Благодаря динамической составляющей усилия пластичное вещество проявляет эффект герметика, из-за чего существенно снижается трудоемкость герметизации шпура, и в зоне его контакта с рабочим органом возрастает локальное давление до значения, достаточного для разрыва горной породы любой прочности без использования высоконапорных установок. Таким образом, устройство оказывается адаптированным к технологиям разрыва горной породы пластичным веществом, что повышает его эффективность работы за счет вытеснения пластичного вещества из шпура силой гравитации в режиме, обеспечивающем проявление эффекта гидравлического усиления.Such a technical solution significantly increases the constant component of the force with which the plastic substance is squeezed out of the hole into the cracks, which ensures that the plastic substance exhibits a hydraulic reinforcing effect. This is due to the fact that the working body in the hole is loaded both during braking of the piston and during its accelerated rise. The effort to accelerate the rise of the piston is transmitted to the working body through the cylinder and the rod. A cylinder with a piston for creating an impact load and a unit for supplying compressed air provide a dynamic load on the plastic substance through the rod and the working body. In this case, a piston with a mass of hundreds and even thousands of kilograms is used. An assembly for supplying compressed air in the form of a cup with radial holes, on which a sleeve with an annular protrusion, between which a spring and a cylinder bottom is mounted, is fitted with a limited longitudinal movement, as well as the presence of radial exhaust holes in the cylinder allow controlling the movement of the piston in the cylinder in an automatic mode. In this case, a spring with a high stiffness coefficient is used, due to which they provide not only the movement of the sleeve along the cup, but also effective braking of the falling piston. The glass from the side opposite its bottom, fastened to the bottom of the cylinder and connected to the compressed air line, and a piston mounted with the possibility of contact with the specified sleeve used as a shut-off valve, provide compressed air to the cylinder in the initial state and stop its supply when separation of the piston from the sleeve. As a result, the force acting on a plastic substance in a borehole includes two components: a static component, due to the force of gravity (the weight of the device), an increase in the duration of the dynamic effect, and the transmission of the lifting forces of the piston through the rod and the working body; and a dynamic component due to braking of the falling piston. Due to the static component of the force, a plastic substance capable of transmitting pressure (like a liquid) exhibits a hydraulic reinforcement effect, namely, due to the significantly larger contact area of the plastic substance with the rock than with the working body, the force transmitted from the rod to the rock increases many times . Due to the dynamic component of the force, the plastic substance exhibits the effect of a sealant, which significantly reduces the laboriousness of sealing the hole, and in the zone of its contact with the working body, the local pressure increases to a value sufficient to break the rock of any strength without the use of high-pressure installations. Thus, the device is adapted to the technology of fracturing rock with a plastic substance, which increases its efficiency by displacing the plastic substance from the hole by gravity in a mode that provides a manifestation of the effect of hydraulic amplification.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства для разрыва горных пород пластичным веществом и чертежами (фиг. 1-4).The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific embodiment of a device for breaking rocks with a plastic substance and drawings (Fig. 1-4).

На фиг. 1 показана схема устройства для разрыва горных пород пластичным веществом до образования трещины, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1 после образования трещины, повернутый на 90°; на фиг. 3 - схема цилиндра с поршнем для создания ударной нагрузки и узлом для подачи сжатого воздуха в исходном состоянии, продольный разрез; на фиг. 4 - то же, во время подъема поршня.In FIG. 1 shows a diagram of a device for breaking rocks with a plastic substance to form a crack, a longitudinal section; in FIG. 2 is a section A-A in FIG. 1 after cracking, rotated 90 °; in FIG. 3 is a diagram of a cylinder with a piston for creating an impact load and a unit for supplying compressed air in the initial state, a longitudinal section; in FIG. 4 - the same while lifting the piston.

Устройство для разрыва горных пород пластичным веществом (фиг. 1) включает рабочий орган 1 в виде поршня (далее - орган 1), размещенный в шпуре 2, заполненном пластичным веществом 3 (далее -вещество 3), и средство приложения к органу 1 периодической ударной нагрузки, выполненное в виде штанги 4. Соосно штанге 4 на ее свободном от органа 1 торце вертикально установлен цилиндр 5 с поршнем 6 (фиг. 3 и 4) для создания ударной нагрузки и узлом для подачи сжатого воздуха (поз. не обозначен). Указанный узел выполнен в виде стакана 7 с радиальными отверстиями 8 (далее - отверстия 8), на который с возможностью ограниченного продольного перемещения надета втулка 9 с кольцевым выступом 10 (далее - выступ 10). Между выступом 10 и дном 11 цилиндра 5 установлена пружина 12. Стакан 7 со стороны, противоположной его дну, скреплен с дном 11 цилиндра 5 и подсоединен к магистрали сжатого воздуха (не показана). Поршень 6 установлен с возможностью контакта с втулкой 9, используемой в качестве клапана отсечки. В цилиндре 5 выполнены радиальные выхлопные отверстия 13 (далее - отверстия 13). Стакан 7 соединен с магистралью сжатого воздуха через центральное глухое отверстие 14 (далее - отверстие 14) и радиальное сквозное отверстие 15 (далее - отверстие 15) в дне 11 цилиндра 5. При этом на свободном конце отверстия 15 установлен штуцер 16 для подачи сжатого воздуха. Для установки цилиндра 5 на штанге 4 в его дне 11 выполнено отверстие 17 с резьбой (на фиг. 3 и 4 не обозначена). Для ограничения перемещения втулки 9 вдоль стакана 7 в ней выполнено ступенчатое расширение 18 (далее - расширение 18), в котором размещен кольцевой выступ 19, выполненный на боковой поверхности стакана 7 у его дна. Для свободного прохождения сжатого воздуха в цилиндр 5 в исходном состоянии устройства во втулке 9 выполнены радиальные отверстия 20 (далее - отверстия 20) и отверстия 21 в ее выступе 10. При необходимости проведения разрыва с заданной ориентацией в устройстве предусмотрена возможность установки на органе 1 (фиг. 1) твердосплавных вставок 22, обеспечивающих создание на стенках шпура 2 продольных борозд 23 - концентраторов напряжений. В шпуре 2 сформирована трещина 24 (фиг. 2).A device for breaking rocks with a plastic substance (Fig. 1) includes a working body 1 in the form of a piston (hereinafter referred to as organ 1), placed in a hole 2 filled with plastic substance 3 (hereinafter referred to as substance 3), and a means for applying periodic shock to the organ 1 load, made in the form of a rod 4. Coaxially to the rod 4, on its free end 1 from the end, a cylinder 5 with a piston 6 (Fig. 3 and 4) is vertically mounted to create an impact load and a unit for supplying compressed air (pos. not indicated). The specified node is made in the form of a glass 7 with radial holes 8 (hereinafter referred to as holes 8), on which a sleeve 9 with an annular protrusion 10 is put on with a possibility of limited longitudinal movement (hereinafter - protrusion 10). Between the protrusion 10 and the bottom 11 of the cylinder 5, a spring 12 is installed. The cup 7 from the side opposite to its bottom is fastened to the bottom 11 of the cylinder 5 and connected to a compressed air line (not shown). The piston 6 is installed with the possibility of contact with the sleeve 9, used as a shutoff valve. In the cylinder 5 there are made radial exhaust openings 13 (hereinafter - openings 13). The glass 7 is connected to the compressed air line through a central blind hole 14 (hereinafter referred to as hole 14) and a radial through hole 15 (hereinafter referred to as hole 15) in the bottom 11 of cylinder 5. At the same time, a fitting 16 for supplying compressed air is installed on the free end of the hole 15. To install the cylinder 5 on the rod 4 in its bottom 11, a hole 17 with a thread is made (not shown in FIGS. 3 and 4). To limit the movement of the sleeve 9 along the glass 7, a stepwise expansion 18 is made in it (hereinafter, the extension 18), in which an annular protrusion 19 is placed, made on the side surface of the glass 7 at its bottom. For the free passage of compressed air into the cylinder 5 in the initial state of the device, radial holes 20 (hereinafter, the holes 20) and holes 21 in its protrusion 10 are made in the sleeve 9. If necessary, a gap with a given orientation can be installed on the organ 1 (FIG. . 1) carbide inserts 22, providing the creation on the walls of the hole 2 of the longitudinal grooves 23 - stress concentrators. In the hole 2, a crack 24 is formed (Fig. 2).

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

Шпур 2 заполняют веществом 3 и подают в него орган 1. Упором в орган 1 устанавливают штангу 4 с установленным на ней цилиндром 5. Через штуцер 16 подают сжатый воздух, который через отверстия 15 и 14 поступает в стакан 7. В исходном состоянии устройства сжатый воздух из стакана 7 через его отверстия 8, расширение 18 и отверстия 20 и 21 во втулке 9 поступает в пространство цилиндра 5, ограниченное его дном 11 и поршнем 6, образующими камеру. Под действием сжатого воздуха поршень 6 разгоняется вверх и отрывается от втулки 9. Втулка 9 при отрыве от нее поршня 6 под действием пружины 12 перемещается вдоль стакана 7 вверх до контакта ее ступени расширения 18 с кольцевым выступом 19, отчего отверстия 8 и 20 перекрываются и сжатый воздух перестает поступать в цилиндр 5. Когда поршень 6 поднимается выше отверстий 13, давление сжатого воздуха под ним падает до атмосферного, и он, затратив приобретенную энергию на подъем, начинает падать. Когда поршень 6, падая вниз, проходит отверстия 13, он взаимодействует с тормозящей его упругой системой, включающей образующуюся под ним воздушную подушку, пружину 12 и податливую среду под органом 1, состоящую из развивающейся трещины 24, в которую в это время интенсивно выдавливается вещество 1 из шпура 2. Под действием тормозящей силы поршень 6 теряет приобретенную им при падении кинетическую энергию и останавливается, смещая при этом втулку 9 вниз, отчего в цилиндр 5 начинает поступать сжатый воздух, и указанный процесс подъема и падения поршня 6 повторяется. Выдавив из шпура 2 в трещину 24 заданный объем вещества 3, устройство извлекают из шпура 2. Орган 1 извлекают после отделения горной массы от породного массива либо используют в качестве расходного материала. При необходимости подачи в трещину 24 вещества 3 в объеме, большем объема шпура 2, операции по заполнению шпура 2 веществом 3 и подачу в него органа 1 повторяют многократно.The hole 2 is filled with the substance 3 and the organ 1 is fed into it. The emphasis in the organ 1 is the rod 4 with the cylinder 5 installed on it. Compressed air is supplied through the nozzle 16, which enters the glass 7 through the openings 15 and 14. In the initial state of the device, compressed air from the glass 7 through its openings 8, the extension 18 and the openings 20 and 21 in the sleeve 9 enters the space of the cylinder 5, limited by its bottom 11 and the piston 6, forming a chamber. Under the action of compressed air, the piston 6 accelerates upward and breaks away from the sleeve 9. The sleeve 9, when the piston 6 is separated from it by the action of the spring 12, moves along the nozzle 7 upward until the contact of its expansion stage 18 with the annular protrusion 19, causing the holes 8 and 20 to overlap and compressed air ceases to flow into cylinder 5. When the piston 6 rises above the holes 13, the pressure of the compressed air below it drops to atmospheric pressure, and it, having spent the acquired energy on rising, begins to drop. When the piston 6, falling down, passes through the holes 13, it interacts with the elastic system that inhibits it, including the air cushion formed under it, the spring 12 and the compliant medium under the organ 1, consisting of a developing crack 24, into which the substance 1 is intensively squeezed out from a hole 2. Under the action of a braking force, the piston 6 loses the kinetic energy acquired by it when it falls and stops, displacing the sleeve 9 downward, which is why compressed air begins to flow into the cylinder 5, and this process of raising and falling pores nya 6 repeats. After squeezing out a predetermined volume of substance 3 from the hole 2 into the crack 24, the device is removed from the hole 2. The organ 1 is removed after separation of the rock mass from the rock mass or is used as a consumable. If it is necessary to feed 24 substances 3 into the crack 24 in a volume larger than the volume of the borehole 2, the operations of filling the borehole 2 with the substance 3 and feeding the organ 1 into it are repeated many times.

Особенность разрыва породного массива веществом 3 заключается в том, что связь органа 1 с разрушаемым объектом через вещество 3 не является столь жесткой, как при непосредственном контакте с горной породой и изменяется с образованием и ростом трещины 24. Согласно исследованиям по разрыву хрупких сред различными флюидами с увеличением размеров трещины 24 снижается давление, необходимое на поддержание ее роста. Максимальное давление требуется для инициирования процесса возникновения начального разрыва. Далее породный массив с образованной в нем трещиной 24 разрывается при убывающем давлении и начинает проявлять эффект упругого элемента, от чего снижается эффективность разрушения горных пород короткими ударными импульсами. Эти объективные особенности разрыва горных пород учтены в предлагаемом устройстве, что обуславливает повышение эффективности его работы. До образования в шпуре 2 начальной трещины породный массив по отношению к устройству является хрупким объектом. Поэтому решающую роль в образовании начального разрыва играет динамическая составляющая силового воздействия, обеспечивающая кратковременное, но весьма большое усилие, создающее возле контакта органа 1 и вещества 3 давление, преодолевающее предел прочности горной породы на растяжение (разрыв). С возникновением трещины 24 в нее проникает вещество 3, которое проявляет эффект адаптирующего к ее параметрам внедряющегося клина. Суть этого эффекта состоит в том, что вещество 3 занимает часть пространства трещины 24, постоянно изменяет свою форму под размеры трещины 24 и подобно клину раздвигает ее поверхности с усилием, определяемым статическим давлением и площадью занимаемой им зоны. Поэтому с возникновением и ростом трещины 24 существенно возрастает значение статической составляющей силового воздействия. В предлагаемом устройстве постоянная составляющая силового воздействия по мере развития разрыва горной породы увеличивается из-за того, что породный массив по мере роста в нем трещины 24 оказывается более податливым и в большей степени проявляет эффект упругого элемента, что обуславливает возрастание длительности динамического усилия (от поршня 6). Таким образом, предлагаемое устройство реализует сочетание следующих основных принципов воздействия на породный массив через пластичное вещество 3:The peculiarity of the fracture of the rock mass by substance 3 is that the bond of the organ 1 with the destructible object through the substance 3 is not as rigid as when it is in direct contact with the rock and changes with the formation and growth of a crack 24. According to studies on the fracture of brittle media with various fluids with by increasing the size of the crack 24, the pressure necessary to maintain its growth decreases. Maximum pressure is required to initiate the initial rupture process. Further, the rock mass with a crack 24 formed in it breaks at a decreasing pressure and begins to show the effect of an elastic element, which reduces the efficiency of rock destruction by short shock pulses. These objective features of the rupture of rocks are taken into account in the proposed device, which leads to an increase in the efficiency of its work. Before the formation of the initial crack in the hole 2, the rock mass in relation to the device is a fragile object. Therefore, the decisive role in the formation of the initial rupture is played by the dynamic component of the force action, providing a short-term, but very large force, creating pressure near the contact of the organ 1 and substance 3, overcoming the tensile strength of the rock (tensile). With the occurrence of a crack 24, substance 3 penetrates into it, which exhibits the effect of an introducing wedge adapting to its parameters. The essence of this effect is that the substance 3 occupies part of the space of the crack 24, constantly changes its shape to the size of the crack 24 and, like a wedge, pushes its surface with a force determined by the static pressure and the area it occupies. Therefore, with the occurrence and growth of crack 24, the value of the static component of the force action increases substantially. In the proposed device, the constant component of the force impact increases as the rock rupture develops because the rock mass, as the crack 24 grows in it, is more malleable and exhibits the effect of an elastic element to a greater extent, which leads to an increase in the duration of the dynamic force (from the piston 6). Thus, the proposed device implements a combination of the following basic principles of impact on the rock mass through plastic substance 3:

1. Воздействия на орган 1 силой гравитации.1. The impact on the organ 1 by gravity.

2. Возрастания усилия на орган 1, обусловленного реакцией штанги 4 с цилиндром 5 на ускоренный подъем поршня 6.2. The increase in effort on the body 1, due to the reaction of the rod 4 with the cylinder 5 to the accelerated rise of the piston 6.

3. Увеличения длительности динамического воздействия на орган 1 путем искусственного торможения поршня 6 при его падении пружиной 12 и воздушной подушкой, возникающей в камере, образованной в цилиндре 5 между его дном 11 и поршнем 6.3. The increase in the duration of the dynamic effect on the organ 1 by artificial braking of the piston 6 when it is dropped by the spring 12 and the air cushion arising in the chamber formed in the cylinder 5 between its bottom 11 and the piston 6.

4. Использования способности вещества 3 к проявлению эффектов гидравлического усиления и клина, который адаптируется к параметрам трещины 24.4. Using the ability of substance 3 to manifest the effects of hydraulic reinforcement and a wedge that adapts to crack parameters 24.

5. Учета реакции породного массива 24 на внедрение в него вещества 3.5. Accounting for the reaction of the rock mass 24 to the introduction of substances 3.

В результате, в отличие от прототипа предлагаемое устройство оказывается более адаптированным к технологиям разрыва горной породы веществом 3 и поэтому является более эффективным для их реализации.As a result, in contrast to the prototype, the proposed device is more adapted to the technology of rock fracture substance 3 and therefore is more effective for their implementation.

Устройство разработано с целью реализации способов разрыва породного массива пластичными веществами в условиях наличия пневматических систем подачи сжатого воздуха и отсутствия электрической энергии, использование которой сопряжено с известными трудностями выполнения требований взрывобезопасности, например, в шахтах.The device is designed to implement methods of breaking the rock mass with plastic substances in the presence of pneumatic compressed air supply systems and the absence of electric energy, the use of which is associated with known difficulties in meeting the requirements of explosion safety, for example, in mines.

Claims

A device for breaking rocks with a plastic substance, comprising a working body in the form of a piston, placed in a hole filled with a plastic substance, and means for applying a periodic shock load to the working body, made in the form of a rod, characterized in that it is coaxial to the rod on its free from the working body a cylinder with a piston for creating an impact load and a unit for supplying compressed air made in the form of a glass with radial openings, on which with the possibility of a limited longitudinal a sleeve with an annular protrusion, between which a spring is installed and a bottom of the cylinder, is mounted on the movement, while the cup on the side opposite to its bottom is fastened to the bottom of the cylinder and connected to the compressed air line, the piston is installed with the possibility of contact with the specified sleeve used as a valve cut-offs, and radial exhaust holes are made in the cylinder.