RU2685355C1 - Интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления - Google Patents
Интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685355C1 RU2685355C1 RU2018130011A RU2018130011A RU2685355C1 RU 2685355 C1 RU2685355 C1 RU 2685355C1 RU 2018130011 A RU2018130011 A RU 2018130011A RU 2018130011 A RU2018130011 A RU 2018130011A RU 2685355 C1 RU2685355 C1 RU 2685355C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- foam
- pressure foam
- drill pipe
- drilling
- pressure
- Prior art date
Links
- 239000006260 foam Substances 0.000 title claims abstract description 123
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 38
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 11
- 238000009527 percussion Methods 0.000 claims description 7
- 239000000565 sealant Substances 0.000 claims description 7
- 230000006837 decompression Effects 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 4
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
- E21B7/02—Drilling rigs characterised by means for land transport with their own drive, e.g. skid mounting or wheel mounting
- E21B7/025—Rock drills, i.e. jumbo drills
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C37/00—Other methods or devices for dislodging with or without loading
- E21C37/06—Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B6/00—Drives for drilling with combined rotary and percussive action
- E21B6/02—Drives for drilling with combined rotary and percussive action the rotation being continuous
- E21B6/04—Separate drives for percussion and rotation
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C37/00—Other methods or devices for dislodging with or without loading
- E21C37/04—Other methods or devices for dislodging with or without loading by devices with parts pressed mechanically against the wall of a borehole or a slit
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C37/00—Other methods or devices for dislodging with or without loading
- E21C37/06—Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole
- E21C37/12—Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole by injecting into the borehole a liquid, either initially at high pressure or subsequently subjected to high pressure, e.g. by pulses, by explosive cartridges acting on the liquid
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Группа изобретений относится к бурению и разуплотнению породы на основе пены высокого давления. Устройство включает механический аппарат для бурения, разуплотнения и долбления породы, систему выработки и подачи пены высокого давления и аппарат для заделки отверстий. Интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы включает источник питания, ударный поршень, двигатель, блок ведущего зубчатого колеса, коронку вращательного бурения, буровую трубу, аппарат для заделки пробуренных отверстий, камеру подачи пены высокого давления, систему выработки и подачи пены высокого давления, состоящую из гидравлического насоса, газового насоса, смесителя для получения газожидкостной смеси и нагнетателя. Система может регулировать пропорцию ингредиентов газожидкостной смеси и давление подачи для работы с породой различной твердости и исходя из различных рабочих условий. Повышается эффективность бурения, предотвращаются дефекты заделывания отверстий, обеспечивается возможность непрерывного бурения и разуплотнения породы с помощью интегрированного решения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ОБЛАСТЬ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области механических решений для дробления породы, в частности, к интегрированному устройству для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления.
СУЩЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Согласно Тринадцатому пятилетнему плану развития Китая необходимо увеличить долю неископаемых источников энергии и развивать более чистые и эффективные способы использования ископаемых источников энергии, таких как уголь. Поставлена задача добиться прорыва в основополагающих теоретических исследованиях и решить ключевые технические задачи в области безопасной разработки глубинных угольных залежей, экологичной разработки угольных залежей на западе страны, разработки чистых и эффективных методов утилизации угля и т.д. На данный момент удалось значительно повысить безопасность используемого технологического оборудования и добиться снижения скрытых аварийных факторов. Однако при добыче угля на территории Китая на объемы и эффективность добычи влияет несбалансированность угольной залежи по составу. Разработка китайских месторождений постепенно все больше переходит в фазу подземных работ. Твердость породы рабочего забоя постоянно повышается, увеличивается периодичность и мощность взрывной отбойки, в связи с чем все чаще возникают проблемы с безопасностью на объектах. По данным статистики, длина проходки в крепких породах (f>10) только для государственных угольных шахт составляет свыше 2000 км. В последнее время доля подземных коммуникаций в общем объеме коммуникаций, проложенных в крепких породах, достигает 1:3.1. Этим объясняется актуальность проблемы обеспечения эффективности и безопасности подземной проходки в крепких породах (F>10). Механизированный метод проходки туннеля обладает достоинствами, однако имеет и недостатки, среди которых повышенное потребление электроэнергии, существенный износ бурового оборудования, ненадежность и неудобство работы с механизмами и непригодность этого метода для начала проходки в крепких породах. В настоящее время для проходки в крепких породах используется преимущественно метод буровзрывной выемки. Породу подрывают динамитом, а затем ее дробят, удаляют осколки, крепят стены траншеями и ведут проходку с использованием соответствующего оборудования. При этом объем работ ограничен областью рабочего забоя. Возникают сложности, когда необходимо вести проходку и разработку рабочего забоя одновременно. Кроме того, этот метод приводит к значительному повреждению соседней породы. Уровень механизации при этом методе невысок, что не соответствует поставленной задаче по повышению безопасности и эффективности производства. В то же время метод отличается трудоемкостью, а запыление и шум от используемого оборудования отрицательно воздействуют на организм персонала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача: Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы сгладить недостатки существующего уровня техники и предложить интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления, с возможностью сочетания таких операций, как дробление, разуплотнение и бурение, что позволит сократить временные и трудовые затраты и увеличить эффективность и безопасность.
Техническое решение: Настоящее изобретение предлагает интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления, состоящее из источника питания, буровой трубы, буровой коронки, блока ведущего зубчатого колеса и ударного поршня, при этом во внутренней части буровой трубы предусмотрено центральное отверстие, куда заходит буровая коронка, на буровой трубе предусмотрен аппарат подачи пены высокого давления, на задней части которого закреплены механизм ведущего зубчатого колеса и ударный поршень, а на передней части на фиксатор крепится аппарат для заделки пробуренных отверстий;
аппарат подачи пены высокого давления включает в себя правую и левую обечайки буровой трубы, патрубок, соединяющий правую и левую обечайки буровой трубы, которые вместе образуют камеру подачи пены высокого давления, при этом поршень для подачи пены высокого давления, закрепленный на муфту на буровой трубе, заходит в патрубок. На правой и левой обечайках буровой трубы предусмотрено по протоку, выпускные отверстия которых соединены с системой выработки и подачи пены высокого давления, а на ближней к правой обечайке стороне буровой трубы предусмотрено отверстие для подачи пены высокого давления;
система выработки и подачи пены высокого давления состоит из одноходового клапана, нагнетателя, смесителя, газового насоса и электромагнитного реверсивного клапана, соединенных последовательно трубопроводом подачи пены, при этом на смесителе установлен жидкостный насос;
аппарат для заделки пробуренных отверстий состоит из левого и правого фиксаторов, установленных через определенный промежуток на буровой трубе, и двух противолежащих полуцилиндров. Между левым и правым фиксаторами и буровой трубой на муфту крепится компенсационная труба, а на участке буровой трубы между левым и правым фиксаторами предусмотрено несколько отверстий для подачи герметика, соединенных с отверстием во внутренней части буровой трубы.
На внешнем диаметре поршня подачи пены высокого давления предусмотрено уплотнительное кольцо вала поршня подачи пены высокого давления, которое обеспечивает герметизацию внутренней стенки патрубка, а на внутреннем диаметре предусмотрено уплотнительное кольцо в области отверстия для поршня подачи пены высокого давления, которое обеспечивает герметизацию буровой трубы.
В конструкции устройства предусмотрено от 2 до 4 отверстий для подачи пены высокого давления, которые располагаются по кругу.
Предусмотрено несколько групп отверстий для герметика, каждая из которых расположена на расстоянии от других, при этом в состав каждой такой группы входят от 2 до 4 отверстий, расположенных по кругу.
Метод бурения, разуплотнения и дробления породы с использованием интегрированного устройства для бурения, разуплотнения и дробления породы на основе пены высокого давления состоит из следующих этапов:
а) запуск источника питания, который приводит в действие высокоскоростной ударный поршень. Поршень толкает буровую трубу, в результате чего она продвигается вперед. Одновременно с этим двигатель приводит в действие блок ведущего зубчатого колеса. Ведущее зубчатое колесо зацепляет большое ведомое зубчатое колесо, в результате чего буровая труба вращается и соединяется с ведомым зубчатым колесом на шпонку. Таким образом осуществляется вращение буровой трубы 3, и с помощью этого действия устройство для бурения, разуплотнения и дробления породы бурит отверстие в породе;
б. после пробуривания отверстия через газовый и жидкостный насосы в смеситель подаются газ и жидкость, где они смешиваются, а затем поступают в нагнетателя, где на смесь воздействуют давлением, в результате чего получается пена высокого давления для разуплотнения и дробления породы;
в. открытие электромагнитного реверсивного клапана для подачи газа газовым насосом по протоку левой обечайки в левый отсек камеры подачи пены высокого давления. Газ сдвигает поршень подачи пены вправо, и, после того, как поршень подачи пены смещается в правый отсек камеры подачи пены высокого давления, электромагнитный реверсивный клапан закрывается;
г. подача пены высокого давления по трубопроводу через проток правой обечайки в камеру подачи пены высокого давления. Под действием пены высокого давления поршень подачи пены смещается влево, пена высокого давления поступает в центральное отверстие буровой трубы из специального отверстия для подачи пены, предусмотренного в трубе, и подается по центральному отверстию буровой трубы к буровой коронке. В процессе подачи пены высокого давления по центральному отверстию буровой трубы некоторое количество пены вытекает из отверстия для заделки и оказывает вытесняющее воздействие на компенсационную трубу устройства для заделки отверстий, после чего компенсационная трубка плотно прилегает к стенке пробуренной скважины и герметизирует ее, а оставшееся количество пены высокого давления вытекает из отверстия на коронке и подается к концевой части скважины;
д. непрерывная подача пены высокого давления, которая скапливается на дне скважины и образует область высокого давления, под действием которой происходит разуплотнение и дробление породы. В это же время в левом отсеке подачи пены создается область высокого давления, в результате чего поршень подачи пены перемещается на исходное положение, а цикл разуплотнения и дробления завершается.
Газовый и жидкостный насосы могут подавать различные газы и жидкости в соотношении 3:1 (газа к жидкости).
Полезный эффект: Вышеописанное техническое решение позволяет не только увеличить эффективность проходки в крепкой породе и снизить нагрузку на персонал, но также повышает безопасность на объекте за счет раскалывания и дробления породы с использованием пены высокого давления, которая проникает в мелкие трещины внутри породы, тем самым сводя к минимуму необходимость во внешнем механическом воздействии на породу. Настоящее изобретение позволяет вести непрерывное бурение и разуплотнение, при этом значительно сокращается продолжительность операций по бурению и заделке скважин, разуплотнению и дроблению, повышается эффективность бурового оборудования и проходки в крепких породах, рабочие места становятся более безопасными, а нагрузка на персонал существенно снижается. Устройство отличается простотой конструкции, удобством в использовании, хорошим КПД и может применяться для решения широкого спектра задач.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фигура 1 - конструктивная схема настоящего изобретения;
Фигура 2 - вид в разрезе под углом 45° камеры подачи пены высокого давления согласно настоящему изобретению;
Фигура 3 - частично увеличенная проекция герметизирующей конструкции поршня подачи пены высокого давления согласно настоящему изобретению;
Фигура 4 - вид в разрезе под углом 45° аппарата для заделки скважин согласно настоящему изобретению.
На чертежах: 1 - источник питания; 2 - левая обечайка буровой трубы; 2-1 - проток левой обечайки; 3 - буровая труба; 3-1 - отверстие для подачи пены высокого давления; 3-2 - отверстие для подачи герметика; 4 - камера подачи пены высокого давления; 5 - поршень подачи пены высокого давления; 5-1 - уплотнительное кольцо вала поршня подачи пены высокого давления; 5-2 - уплотнительное кольцо отверстия для поршня подачи пены высокого давления; 6-правая обечайка буровой трубы; 6-1 - проток правой обечайки; 7 - аппарат для заделки скважин; 7-1 - левый фиксатор; 7-2 - компенсационная трубка; 7-3 - правый фиксатор; 7-4 - отверстие для крепежного болта фиксатора; 7-5 - уплотнительное кольцо для фиксатора буровой коронки; 8 - буровая коронка; 9 - газовый насос; 10 - жидкостный насос; 11 - смеситель; 12 - нагнетатель; 13 - одноходовой клапан; 14 - трубопровод подачи пены высокого давления; 15 - высокопрочный болт; 16 - электромагнитный реверсивный клапан; 17 - двигатель; 18 - выходной вал двигателя; 19 - ведущее ЗК; 20-ведомое ЗК; 21 - ударный поршень.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ниже приводится один из вариантов осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.
Как показано на Фигуре 1, Фигуре 2 и Фигуре 3, настоящее изобретение предлагает интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления, состоящее из источника питания 1, буровой трубы 3, буровой коронки 8, блока ведущего зубчатого колеса и ударного поршня 21, при этом во внутренней части буровой трубы 3 предусмотрено центральное отверстие, куда заходит буровая коронка 8, на буровой трубе 3 предусмотрен аппарат подачи пены высокого давления, на задней части которого закреплены механизм ведущего зубчатого колеса и ударный поршень 21, а на передней части на фиксатор крепится аппарат 7 для заделки пробуренных отверстий.
Источник питания 1 состоит из гидравлического насоса, цилиндра и реверсивного клапана и соединен с ударным поршнем 21 с помощью муфты. Источник питания толкает ударный поршень 21 для создания ответного высокоскоростного толчка.
Механизм ведущего зубчатого колеса состоит из двигателя 17, выходного вала двигателя 18, ведущего зубчатого колеса 19, закрепленного на выходном валу двигателя 18 и ведомого зубчатого колеса, сцепленного с ведущим колесом 19 и закрепленного на буровой трубе 3.
Буровая труба приводится в движение благодаря сцеплению с ведущим зубчатым колесом 19 и его движущему действию, а ведомое зубчатое колесо 20 приводится в движение с помощью ударного поршня 21 и вала двигателя 18. Под действием источника питания 1 ударный поршень 21 совершает ответный высокоскоростной толчок и оказывает толкающую ударную нагрузку на буровую трубу. Двигатель 17 приводит в движение блок зубчатого колеса, ведомое зубчатое колесо 19 сцепляется с буровой трубой на шпонку и вращает ее. К породе прикладывается ударная нагрузка, в результате чего пробуривается скважина, а затем рабочий забой подвергается разуплотнению и дроблению путем закачки пены высокого давления в пробуренную скважину.
Система выработки и подачи пены высокого давления состоит из одноходового клапана 13, нагнетателя 12, смесителя 11, газового насоса 9 и электромагнитного реверсивного клапана 16, соединенных последовательно трубопроводом подачи пены 14, при этом на смесителе 11 установлен жидкостный насос 10. Газ и жидкость смешиваются в различных пропорциях посредством регулирования скорости подачи газового насоса 9 и жидкостного насоса 10. Трубопровод газового насоса, трубопровод жидкостного насоса, трубопровод нагнетателя и трубопровод подачи пены высокого давления в протоки левой и правой обечаек 2-1 и 6-1 оснащены одноходовым клапаном. Газовый насос 9 отдельно по трубопроводам соединяется со смесителем 11 и протоком левой обечайки 2-1, а жидкостный насос 10 соединяется со смесителем 11. Газовый 9 и жидкостный 10 насосы подают газ и жидкость соответственно в смеситель 11, получившаяся смесь подается в нагнетатель 12, а оттуда в проток правой обечайки 6-1.
Аппарат подачи пены высокого давления включает в себя правую и левую обечайки буровой трубы 2, 6, патрубок, соединяющий правую и левую обечайки буровой трубы 2, 6, которые вместе образуют камеру подачи пены высокого давления 4, при этом поршень 5 для подачи пены высокого давления, закрепленный на муфту на буровой трубе 3, заходит в патрубок. На внешнем диаметре поршня 5 подачи пены высокого давления предусмотрено уплотнительное кольцо 5-1 вала поршня 5 подачи пены высокого давления, которое обеспечивает герметизацию внутренней стенки патрубка, а на внутреннем диаметре предусмотрено уплотнительное кольцо 5-2 в области отверстия для поршня подачи пены высокого давления, которое обеспечивает герметизацию буровой трубы 3. На правой и левой обечайках 2, 6 буровой трубы предусмотрено по протоку 2-1 и 6-1, выпускные отверстия которых соединены с системой выработки и подачи пены высокого давления, а на ближней к правой обечайке стороне буровой трубы 3 предусмотрено отверстие 3-1 для подачи пены высокого давления.
В конструкции устройства предусмотрено от 2 до 4 отверстий 3-1 для подачи пены высокого давления, которые располагаются по кругу. Патрубок камеры 4 подачи пены высокого давления соединен с левой обечайкой 2 буровой трубы и правой обечайкой 6 буровой трубы и закреплен на высокопрочные болты 15. Благодаря креплению на болт 15, правая обечайка плотно прилагает к фасонному выступу на левой части буровой трубы 3.
Как показано на Фигуре 4, аппарат 7 для заделки пробуренных отверстий состоит из левого 7-1 и правого 7-3 фиксаторов, установленных через определенный промежуток на буровой трубе 3, и двух противолежащих полуцилиндров для герметизации дна скважины. Левый 7-1 и правый 7-3 фиксаторы располагаются друг напротив друга и оснащены отверстием под болт для крепления к фиксатору. Два конца левого 7-1 и правого 7-3 фиксаторов упираются в паз буровой трубы 3 и оснащены уплотнительными кольцами 7-5. Между левым 7-1 и правым 7-3 фиксаторами и буровой трубой 3 на муфту крепится компенсационная труба 7-2, а на участке буровой трубы 3 между левым 7-1 и правым 7-3 фиксаторами предусмотрено несколько отверстий 3-2 для подачи герметика, соединенных с отверстием во внутренней части буровой трубы 3. Предусмотрено несколько групп отверстий 3-2 для герметика, каждая из которых расположена на расстоянии от других, при этом в состав каждой такой группы входят от 2 до 4 отверстий, расположенных по кругу.
Метод бурения, разуплотнения и дробления породы с использованием интегрированного устройства для бурения, разуплотнения и дробления породы на основе пены высокого давления состоит из следующих этапов:
а) запуск источника питания 1, который приводит в действие высокоскоростной ударный поршень 21 при условии, что частота удара составляет не менее 36 Гц. Поршень 21 толкает буровую трубу 3, в результате чего она продвигается вперед. Одновременно с этим двигатель 17 приводит в действие блок ведущего зубчатого колеса. Ведущее зубчатое колесо 19 зацепляет большое ведомое зубчатое колесо 20, в результате чего буровая труба 3 вращается и соединяется с ведомым зубчатым колесом на шпонку. Таким образом осуществляется вращение буровой трубы 3, и с помощью этого действия устройство для бурения, разуплотнения и дробления породы бурит отверстие в породе.
б. после пробуривания отверстия через газовый 9 и жидкостный 10 насосы в смеситель 11 подаются газ и жидкость, где они смешиваются, а затем поступают в нагнетатель 12, где на смесь воздействуют давлением, в результате чего получается пена высокого давления для разуплотнения и дробления породы. Отношение газа, подаваемого через газовый насос 9, к жидкости, подаваемой через жидкостный насос 10, составляет 3:1. Газ и жидкость по отдельности поступают в смеситель 11 через одноходовые клапаны. В смесителе 11 из газа и жидкости образуется пена низкого давления, которая подается в нагнетатель 12, а оттуда в камеру подачи пены высокого давления 4 по протоку 6-1 правой обечайки 6. Отношение газа к жидкости - основной фактор, от которого зависит вязкость пены. Если отношение газа к жидкости меньше 1, вязкость пены будет низкой. Если отношение газа к жидкости выше 1, вязкость пены будет возрастать по мере подачи газа. Как правило, отношение газа к жидкости составляет 3:1.
в. Открытие электромагнитного реверсивного клапана 16 для подачи газа газовым насосом 9 по протоку 2-1 левой обечайки в левый отсек камеры 4 подачи пены высокого давления. Газ сдвигает поршень 5 подачи пены вправо, и, после того, как поршень подачи пены смещается в правый отсек камеры 4 подачи пены высокого давления, электромагнитный реверсивный клапан 16 закрывается.
г. подача пены высокого давления по трубопроводу 14 через проток 6-1 правой обечайки в камеру 4 подачи пены высокого давления. Под действием пены высокого давления поршень 5 подачи пены смещается влево, пена высокого давления поступает в центральное отверстие буровой трубы 3 из специального отверстия 3-1 для подачи пены, предусмотренного в трубе, и подается по центральному отверстию буровой трубы 3 к буровой коронке 8. В процессе подачи пены высокого давления по центральному отверстию буровой трубы 3 некоторое количество пены вытекает из отверстия для заделки 3-2 и оказывает вытесняющее воздействие на компенсационную трубу 7-2 устройства для заделки отверстий, после чего компенсационная трубка 7-2 плотно прилегает к стенке пробуренной скважины и герметизирует ее, а оставшееся количество пены высокого давления вытекает из отверстия на коронке 8 и подается к концевой части скважины. В аппарате 7 для заделки скважин компенсационная трубка 7-2 крепится к буровой трубе 2 на левый 7-1 и правый 7-3 фиксаторы, представляющие собой два противоположных полуцилиндра. Компенсационную трубку можно заменить в случае поломки.
д. Непрерывная подача пены высокого давления через центральное отверстие буровой трубы 3 и коронку 8. Пена скапливается на дне скважины и образует область высокого давления, под действием которой происходит разуплотнение и дробление породы. В это же время в левом отсеке камеры 4 подачи пены создается область высокого давления, в результате чего поршень 5 подачи пены перемещается на исходное положение, а цикл разуплотнения и дробления завершается. Запускается новый цикл, что позволяет обеспечить непрерывность дробления с помощью пены высокого давления.
Claims (14)
1. Интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления, состоящее из источника питания (1), буровой трубы (3), буровой коронки (8), блока ведущего зубчатого колеса и ударного поршня (21), при этом во внутренней части буровой трубы (3) предусмотрено центральное отверстие, куда заходит буровая коронка (8), на буровой трубе (3) предусмотрен аппарат подачи пены высокого давления, на задней части которого закреплены механизм ведущего зубчатого колеса и ударный поршень (21), а на передней части на фиксатор крепится аппарат (7) для заделки пробуренных отверстий;
аппарат подачи пены высокого давления включает в себя правую и левую обечайки (2, 6) буровой трубы, патрубок, соединяющий правую и левую обечайки (2, 6) буровой трубы, которые вместе образуют камеру 4 подачи пены высокого давления, при этом поршень 5 для подачи пены высокого давления, закрепленный на муфту на буровой трубе 3, заходит в патрубок, на правой и левой обечайках (2, 6) буровой трубы предусмотрено по протоку (2-1, 6-1), выпускные отверстия которых соединены с системой выработки и подачи пены высокого давления, а на ближней к правой обечайке (2) стороне буровой трубы (3) предусмотрено отверстие (3-1) для подачи пены высокого давления;
система выработки и подачи пены высокого давления состоит из одноходового клапана (13), нагнетателя (12), смесителя (11), газового насоса (9) и электромагнитного реверсивного клапана (16), соединенных последовательно трубопроводом (14) подачи пены, при этом на смесителе (10) установлен жидкостный насос (11);
аппарат (7) для заделки пробуренных отверстий состоит из левого (7-1) и правого (7-3) фиксаторов, установленных через определенный промежуток на буровой трубе (3), представляющих собой два противолежащих полуцилиндра, причем между левым (7-1) и правым (7-3) фиксаторами и буровой трубой (3) на муфту крепится компенсационная труба (7-2), а на участке буровой трубы между левым (7-1) и правым (7-3) фиксаторами предусмотрено несколько отверстий (3-2) для подачи герметика, соединенных с отверстием во внутренней части буровой трубы (3).
2. Интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления согласно п. 1, отличающееся тем, что на внешнем диаметре поршня (5) подачи пены высокого давления предусмотрено уплотнительное кольцо вала (5-1), которое обеспечивает герметизацию внутренней стенки патрубка, а на внутреннем диаметре предусмотрено уплотнительное кольцо (5-2) в области отверстия для поршня подачи пены высокого давления, которое обеспечивает герметизацию буровой трубы (3).
3. Устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления согласно п. 1, отличающееся тем, что в конструкции устройства предусмотрено от 2 до 4 отверстий (3-1) для подачи пены высокого давления, которые располагаются по кругу.
4. Устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления согласно п. 1, отличающееся тем, что в конструкции предусмотрено несколько групп отверстий для герметика (3-2), каждая из которых расположена на расстоянии от других, при этом в состав каждой такой группы входят от 2 до 4 отверстий, расположенных по кругу.
5. Метод бурения, разуплотнения и дробления породы с использованием интегрированного устройства для бурения, разуплотнения и дробления породы на основе пены высокого давления, который состоит из следующих этапов:
а) запуск источника питания (1), который приводит в действие высокоскоростной ударный поршень (21) при условии, что частота удара составляет не менее 36 Гц, при этом поршень (21) толкает буровую трубу (3), в результате чего она продвигается вперед, причем одновременно с этим двигатель (17) приводит в действие блок ведущего зубчатого колеса, а ведущее зубчатое колесо (19) зацепляет большое ведомое зубчатое колесо (20), в результате чего буровая труба (3) вращается и соединяется с ведомым зубчатым колесом на шпонку, причем таким образом осуществляется вращение буровой трубы (3), и с помощью этого действия устройство для бурения, разуплотнения и дробления породы бурит отверстие в породе;
б) после пробуривания отверстия через газовый (9) и жидкостный (10) насосы в смеситель (11) подаются газ и жидкость, где они смешиваются, а затем поступают в нагнетатель (12), где на смесь воздействуют давлением, в результате чего получается пена высокого давления для разуплотнения и дробления породы;
в) открытие электромагнитного реверсивного клапана (16) для подачи газа газовым насосом (9) по протоку (2-1) левой обечайки в левый отсек камеры (4) подачи пены высокого давления, при этом газ сдвигает поршень (5) подачи пены вправо, и, после того, как поршень подачи пены смещается в правый отсек камеры (4) подачи пены высокого давления, электромагнитный реверсивный клапан (16) закрывается;
г) подача пены высокого давления по трубопроводу (14) через проток (6-1) правой обечайки в камеру (4) подачи пены высокого давления, причем под действием пены высокого давления поршень (5) подачи пены смещается влево, пена высокого давления поступает в центральное отверстие буровой трубы (3) из специального отверстия (3-1) для подачи пены, предусмотренного в трубе, и подается по центральному отверстию буровой трубы (3) к буровой коронке (8), при этом в процессе подачи пены высокого давления по центральному отверстию буровой трубы (3) некоторое количество пены вытекает из отверстия для заделки (3-2) и оказывает вытесняющее воздействие на компенсационную трубу (7-2) устройства для заделки отверстий, после чего компенсационная трубка (7-2) плотно прилегает к стенке пробуренной скважины и герметизирует ее, а оставшееся количество пены высокого давления вытекает из отверстия на коронке (8) и подается к концевой части скважины;
д) непрерывная подача пены высокого давления так, чтобы пена скапливалась на дне скважины и образовывала область высокого давления, под действием которой происходит разуплотнение и дробление породы, при этом в это же время в левом отсеке камеры (4) подачи пены создается область высокого давления, в результате чего поршень (5) подачи пены перемещается на исходное положение, а цикл разуплотнения и дробления завершается.
6. Метод бурения, разуплотнения и дробления породы с использованием пены высокого давления согласно п. 5, отличающийся тем, что газовый (9) и жидкостный (10) насосы могут подавать различные газы и жидкости в соотношении 3:1 (газа к жидкости).
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611101072.0 | 2016-12-02 | ||
| CN201611101072.0A CN106703805B (zh) | 2016-12-02 | 2016-12-02 | 一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机及方法 |
| PCT/CN2017/110672 WO2018099262A1 (zh) | 2016-12-02 | 2017-11-13 | 一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2685355C1 true RU2685355C1 (ru) | 2019-04-17 |
Family
ID=58935673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018130011A RU2685355C1 (ru) | 2016-12-02 | 2017-11-13 | Интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106703805B (ru) |
| CA (1) | CA3014355C (ru) |
| DE (1) | DE112017000647B4 (ru) |
| RU (1) | RU2685355C1 (ru) |
| WO (1) | WO2018099262A1 (ru) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106703805B (zh) * | 2016-12-02 | 2018-07-27 | 中国矿业大学 | 一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机及方法 |
| CN108180015B (zh) * | 2018-01-26 | 2019-06-14 | 范强忠 | 一种冲钻一体式开矿机 |
| CN108775245B (zh) * | 2018-04-25 | 2019-08-02 | 中国矿业大学 | 一种基于液压蓄能器的可控压力喷射装置及其方法 |
| CN109538183B (zh) * | 2018-12-12 | 2023-10-27 | 中国矿业大学 | 一种坚硬岩石钻孔切缝压裂一体装置 |
| CN109356586B (zh) * | 2018-12-14 | 2023-08-15 | 新乡市威达机械有限公司 | 钻孔和起煤一体的高效整煤开采装置及其使用方法 |
| CN110645038B (zh) * | 2019-09-25 | 2021-01-19 | 吕梁学院 | 一种煤矿瓦斯抽采用钻孔与洗孔一体化装置 |
| CN110821491A (zh) * | 2019-11-10 | 2020-02-21 | 徐州秩润矿山设备科技有限公司 | 一种无线控制的煤层高压注水车 |
| CN111521537B (zh) * | 2020-04-30 | 2022-10-21 | 太原理工大学 | 一种块煤钻进过程的多维数据测量装置 |
| CN111398130B (zh) * | 2020-04-30 | 2022-11-08 | 太原理工大学 | 多维度数据来源的块煤渗透率分析方法、测量装置及方法 |
| CN112797859B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-08-26 | 中国水利水电第九工程局有限公司 | 一种露天矿山采空区巷道清理爆破施工方法及施工装置 |
| CN113738268B (zh) * | 2021-09-13 | 2024-04-05 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 一种冲击凿岩设备 |
| CN113982615B (zh) * | 2021-10-25 | 2023-08-11 | 中国矿业大学(北京) | 一种高频气驱粒子冲击破岩装置 |
| CN114198013B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-05-09 | 九江萨普智能科技有限公司 | 一种便于夹持多种物料的工业夹持机器人 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1502830A1 (ru) * | 1987-02-04 | 1989-08-23 | В.Н. Воротел к | Способ разрушени монолитных объектов |
| US6102484A (en) * | 1996-07-30 | 2000-08-15 | Applied Geodynamics, Inc. | Controlled foam injection method and means for fragmentation of hard compact rock and concrete |
| US6375271B1 (en) * | 1999-04-30 | 2002-04-23 | Young, Iii Chapman | Controlled foam injection method and means for fragmentation of hard compact rock and concrete |
| RU2431560C2 (ru) * | 2005-03-07 | 2011-10-20 | Кэрролл Бассетт | Портативное пневматическое устройство для разрушения горной породы |
| CN103195468A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-07-10 | 重庆市能源投资集团科技有限责任公司 | 一种在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺 |
| CN204152421U (zh) * | 2014-09-26 | 2015-02-11 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 煤矿硬岩钻进水压驱动冲击钻具 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2924547A1 (de) * | 1978-06-26 | 1980-01-17 | Texaco Development Corp | Verfahren zur gewinnung von bitumen aus teersand |
| CN105804764B (zh) * | 2016-03-14 | 2017-12-19 | 中国矿业大学 | 一种钻涨式掘进机 |
| CN106703805B (zh) * | 2016-12-02 | 2018-07-27 | 中国矿业大学 | 一种基于高压泡沫介质的钻涨凿岩一体机及方法 |
-
2016
- 2016-12-02 CN CN201611101072.0A patent/CN106703805B/zh active Active
-
2017
- 2017-11-13 CA CA3014355A patent/CA3014355C/en not_active Expired - Fee Related
- 2017-11-13 RU RU2018130011A patent/RU2685355C1/ru active
- 2017-11-13 DE DE112017000647.3T patent/DE112017000647B4/de not_active Expired - Fee Related
- 2017-11-13 WO PCT/CN2017/110672 patent/WO2018099262A1/zh active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1502830A1 (ru) * | 1987-02-04 | 1989-08-23 | В.Н. Воротел к | Способ разрушени монолитных объектов |
| US6102484A (en) * | 1996-07-30 | 2000-08-15 | Applied Geodynamics, Inc. | Controlled foam injection method and means for fragmentation of hard compact rock and concrete |
| US6375271B1 (en) * | 1999-04-30 | 2002-04-23 | Young, Iii Chapman | Controlled foam injection method and means for fragmentation of hard compact rock and concrete |
| RU2431560C2 (ru) * | 2005-03-07 | 2011-10-20 | Кэрролл Бассетт | Портативное пневматическое устройство для разрушения горной породы |
| CN103195468A (zh) * | 2013-04-02 | 2013-07-10 | 重庆市能源投资集团科技有限责任公司 | 一种在围岩内进行高效强化抽采的系统工艺 |
| CN204152421U (zh) * | 2014-09-26 | 2015-02-11 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 煤矿硬岩钻进水压驱动冲击钻具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106703805A (zh) | 2017-05-24 |
| CA3014355A1 (en) | 2018-06-07 |
| CN106703805B (zh) | 2018-07-27 |
| CA3014355C (en) | 2019-05-14 |
| DE112017000647B4 (de) | 2021-11-18 |
| DE112017000647T5 (de) | 2018-10-25 |
| WO2018099262A1 (zh) | 2018-06-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2685355C1 (ru) | Интегрированное устройство для бурения, разуплотнения и долбления породы на основе пены высокого давления | |
| CN107476814B (zh) | 一种自振射流注浆锚杆一体化施工设备及方法 | |
| CN110617044B (zh) | 一种超高压水射流割缝系统及其使用方法 | |
| CN105545306B (zh) | 开山凿岩隧道劈石机 | |
| CN104747075B (zh) | 松软煤层喷浆防塌钻进方法 | |
| CN103924925B (zh) | 一种水力喷射自进式钻孔增加煤层透气性方法及装置 | |
| CN105239928A (zh) | 一种超高压旋转磨料水射流钻机 | |
| CN108086990B (zh) | 一种坚硬岩体的掘进装置 | |
| CN107701188A (zh) | 一种用于沿空掘巷窄煤柱采空侧静态胀裂切顶卸压法 | |
| CN105332684A (zh) | 一种高压水爆与co2压裂相结合的煤层气驱替抽采工艺 | |
| WO2018054041A1 (zh) | 一种脉冲射流与机械冲击联合破岩机构 | |
| CN101537600A (zh) | 矿用磨料水射流切割方法及装置 | |
| RU2623399C1 (ru) | Интегрированная бурильная установка для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки | |
| CN102966309A (zh) | 高压磨料射流钻车装置 | |
| CN108035730A (zh) | 一种长距离煤矿巷道顶管掘进方法 | |
| CN102041966A (zh) | 一种顺层或穿层双动力快速钻进及扩孔一体化装置及方法 | |
| CN212803060U (zh) | 钻孔内径向切槽装置 | |
| CN106640073B (zh) | 全自动液压开石装置 | |
| CN110306928A (zh) | 一种多功能钻机及硬岩隧道非爆破施工方法 | |
| CN102720429B (zh) | 一种液压驱动的凿岩装置 | |
| CN109209283A (zh) | 下向钻孔随钻封堵式排渣装置及方法 | |
| CN201297173Y (zh) | 岩石分裂机 | |
| CN205349341U (zh) | 开山凿岩隧道劈石机 | |
| CN209011790U (zh) | 下向钻孔随钻封堵式排渣装置 | |
| CN109630023B (zh) | 在软弱地层敷设水平管道的方法及地面调向装置 |