RU2702041C1 - Device for oriented rupture of rocks - Google Patents
Device for oriented rupture of rocks Download PDFInfo
- Publication number
- RU2702041C1 RU2702041C1 RU2018141871A RU2018141871A RU2702041C1 RU 2702041 C1 RU2702041 C1 RU 2702041C1 RU 2018141871 A RU2018141871 A RU 2018141871A RU 2018141871 A RU2018141871 A RU 2018141871A RU 2702041 C1 RU2702041 C1 RU 2702041C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- collet
- petals
- sleeve
- wedges
- Prior art date
Links
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 10
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 5
- 239000003245 coal Substances 0.000 abstract description 5
- 238000007872 degassing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 abstract 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 101100327917 Caenorhabditis elegans chup-1 gene Proteins 0.000 description 11
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000002788 crimping Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- E21C37/02—Other methods or devices for dislodging with or without loading by wedges
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Drilling And Exploitation, And Mining Machines And Methods (AREA)
Abstract
Description
Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для формирования в горных породах ориентированных трещин нужных размеров, повышающих эффективность воздействия на породный массив с целью, например, создания условий, облегчающих обрушение кровли в выработанное пространство или увеличивающих приток газа к скважинам, пройденных в угольных пластах для их дегазации.The technical solution relates to mining and can be used to form oriented cracks in rocks of the desired size, increasing the impact on the rock mass with the goal, for example, of creating conditions that facilitate the collapse of the roof into the worked out space or increase the flow of gas to the wells drilled in coal layers for their degassing.
Известно устройство для образования направленных трещин в скважинах по авт. св. СССР №1555483, кл. Е21С 37/06, опубл. 07.04.1990 г. бюл. №13. Оно включает полый цилиндрический корпус с торцевым каналом подвода и отверстием для выхода рабочей жидкости, раздвижные элементы с поперечными закалывающими клиньями на наружных поверхностях, продольно установленные на корпусе, герметизатор в виде соосных корпусу кольцевого распорного элемента с конусной наружной поверхностью и основанием, обращенным к торцу корпуса с каналом подвода рабочей жидкости, и эластичного трубчатого элемента, установленного с возможностью надвигания на коническую поверхность кольцевого распорного элемента. Кольцевой распорный элемент установлен с возможностью ограниченного продольного перемещения относительно корпуса. Раздвижные элементы выполнены в виде цанг, связанных концами лепестков с вершиной кольцевого распорного элемента. Корпус у торца, оппозитного торцевому каналу подвода рабочей жидкости, выполнен с конусным заострением, прилегающим к внутренним поверхностям лепестков цанг. Выходное отверстие расположено на торце корпуса со стороны клинового заострения. Закалывающие клинья расположены на свободных концах лепестков цанги.A device for the formation of directed cracks in wells according to ed. St. USSR No. 1555483,
Общим у аналога с предлагаемым устройством является наличие корпуса с торцевым каналом подвода рабочей жидкости, цанги с закалывающими клиньями, установленными на ее лепестках, эластичного трубчатого элемента.In common with the analogue of the proposed device is the presence of a housing with an end channel for supplying working fluid, collets with stabbing wedges mounted on its petals, an elastic tubular element.
Это устройство обеспечивает формирование трещины только в плоскости забоя скважины. Поэтому его использование для дезинтеграции породного массива созданием в стенках пройденной в нем скважины множества ориентированных трещин неэффективно.This device provides the formation of cracks only in the plane of the bottom of the well. Therefore, its use for the disintegration of the rock mass by creating a multitude of oriented cracks in the walls of the well passed in it is inefficient.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для ориентированного разрыва горных пород по патенту РФ №2641679, кл. Е21В 43/26, Е21С 37/08 опубл. 19.01.2018 г., бюл. №2, включающее полый цилиндрический корпус с радиальными отверстиями, втулку со скошенным вовнутрь торцом, рукав из проницаемого для жидкости материала, заполненный сыпучим веществом, отвердевающим при взаимодействии с жидкостью. Оно снабжено вторым рукавом. Полый цилиндрический корпус с радиальными отверстиями выполнен в виде стакана, который со стороны, противоположной его дну, вставлен с возможностью продольного перемещения во втулку до радиальных отверстий, а втулка со стороны, свободной от указанного корпуса, скреплена с колонной труб для подачи рабочей жидкости. Один из указанных рукавов намотан на втулку, а второй - на свободный от втулки конец корпуса до радиальных отверстий.The closest in technical essence and the totality of essential features is a device for oriented fracturing of rocks according to the patent of the Russian Federation No. 2641679, class. Е21В 43/26, Е21С 37/08 publ. 01/19/2018, bull. No. 2, including a hollow cylindrical body with radial holes, a sleeve with a beveled inward end, a sleeve made of a liquid-permeable material, filled with a granular substance that solidifies upon interaction with the liquid. It is equipped with a second sleeve. The hollow cylindrical body with radial holes is made in the form of a cup, which is inserted with the possibility of longitudinal movement into the sleeve from the side opposite to its bottom to the radial holes, and the sleeve is fastened to the pipe string for supplying working fluid from the side free from the specified body. One of these sleeves is wound on the sleeve, and the second on the end of the housing free from the sleeve to the radial holes.
Общим у прототипа с предлагаемым устройством является наличие полого цилиндрического корпуса в виде стакана, втулки с возможностью продольного перемещения относительно стакана, способность свободного раздвижения скрепляющихся со стенками скважины элементов, которые расположены по разные стороны плоскости предполагаемого разрыва горной породы.A common feature of the prototype with the proposed device is the presence of a hollow cylindrical body in the form of a glass, bushings with the possibility of longitudinal movement relative to the glass, the ability to freely slide elements fastened to the walls of the well, which are located on different sides of the plane of the proposed rock break.
При одноразовой подаче этого устройства в скважину можно создавать только одну трещину. Для закрепления устройства в скважине требуется затрачивать время, необходимое на отвердение и упрочнение находящейся в рукавах смеси порошка и жидкости. В скважине после проведения разрыва горной породы остаются части устройства, что усложняет ее дальнейшее использование. Все это обуславливает относительно низкую эффективность работы устройства.With a one-time supply of this device into the well, only one crack can be created. To fix the device in the well, it takes time to harden and harden the mixture of powder and liquid in the sleeves. After the fracture of the rock in the well, parts of the device remain, which complicates its further use. All this leads to a relatively low efficiency of the device.
Решаемая техническая проблема заключается в повышении эффективности работы устройства за счет возможности формирования множества трещин при одноразовой его подаче в скважину, сокращении времени на проведения каждого разрыва горной породы, возможности использования скважины после создания в ее стенках трещин без дополнительных операций.The technical problem to be solved is to increase the efficiency of the device due to the possibility of the formation of many cracks during one-time supply to the well, reducing the time for each fracture of the rock, the possibility of using the well after creating cracks in its walls without additional operations.
Проблема решается тем, что устройство для ориентированного разрыва горных пород, включающее полый цилиндрический корпус в виде стакана, втулку, установленную с возможностью продольного перемещения относительно стакана, согласно техническому решению снабжено вторым стаканом и двумя, первой и второй, цангами, на концах лепестков каждой из которых с внешней стороны установлены закалывающие клинья, причем первая цанга скреплена с дном указанного, первого, стакана, а вторая цанга скреплена со вторым стаканом со стороны, противоположной его дну, при этом в дне первого стакана выполнено центральное отверстие, в которое вставлена указанная втулка со ступенчатым кольцевым выступом, контактирующим с внутренней поверхностью первого стакана, причем на втулку между ее кольцевым выступом и дном первого стакана надета пружина, а на выходящем из первого стакана конце втулки выполнены сквозные радиальные отверстия и внутреннее ступенчатое расширение, в котором размещена шайба из эластичного материала и нарезана резьба, куда вкручен винт с головкой, на которой закреплена трубка, в которую вставлен стержень, скрепленный с центром дна второго стакана с возможностью вместе со вторым стаканом продольного перемещения относительно указанной втулки, при этом на первый и второй стаканы и прикрепленные к ним цанги надеты соответственно первая и вторая эластичные втулки, причем один конец первой эластичной втулки закреплен на внешней поверхности первого стакана, а один конец второй эластичной втулки закреплен на внешней поверхности второго стакана, к тому же, к внутренним сторонам лепестков первой цанги прикреплены связующие элементы с возможностью одновременного контакта с внутренними сторонами лепестков второй цанги и указанной головкой винта, при этом в первый стакан вкручена труба для подачи рабочей жидкости, а указанные цанги выполнены таких размеров, что обеспечивается возможность контакта закалывающих клиньев, установленных на концах лепестков первой цанги, с закалывающими клиньями, установленными на концах лепестков второй цанги.The problem is solved in that the device for oriented fracturing of rocks, including a hollow cylindrical body in the form of a glass, a sleeve mounted with the possibility of longitudinal movement relative to the glass, according to the technical solution is equipped with a second glass and two, first and second collets at the ends of the petals of each which stabbing wedges are installed on the outside, with the first collet fastened to the bottom of the indicated first glass and the second collet fastened to the second glass from the side opposite it bottom, while in the bottom of the first glass there is a central hole in which the specified sleeve is inserted with a stepped annular protrusion in contact with the inner surface of the first glass, and a spring is put on the sleeve between its annular protrusion and the bottom of the first glass, and the end exiting the first glass the bushings are made through radial holes and an internal stepped expansion, in which a washer of elastic material is placed and a thread is cut into which a screw with a head, on which the tube is fixed, is screwed into the core is inserted, fastened to the bottom center of the second cup with the possibility of longitudinal movement with the second cup relative to the specified sleeve, while the first and second elastic sleeves are respectively fitted with the first and second elastic sleeves, and one end of the first elastic sleeve is fixed to the outer surface of the first cup, and one end of the second elastic sleeve is fixed to the outer surface of the second cup, in addition, a binder is attached to the inner sides of the petals of the first collet these elements with the possibility of simultaneous contact with the inner sides of the petals of the second collet and the specified screw head, while the pipe for supplying the working fluid is screwed into the first glass, and these collets are made in such sizes that it is possible to contact the wedges installed on the ends of the petals of the first collet, with stabbing wedges mounted on the ends of the petals of the second collet.
Такое техническое решение позволяет при одноразовой подаче устройства в скважину создавать в породном массиве множество трещин, существенно изменяющих его прочностные и фильтрационные свойства и, тем самым, облегчающих решения многих важных производственных проблем. Благодаря наличию второго стакана и двух, первой и второй, цанг, на концах лепестков каждой из которых с внешней стороны установлены закалывающие клинья, скреплению первой цанги с дном указанного, первого, стакана и скреплению второй цанги со вторым стаканом со стороны, противоположной его дну, становится возможным сцеплять устройство со стенками скважины. Выполнение в дне первого стакана центрального отверстия, в которое вставлена втулка со ступенчатым кольцевым выступом, контактирующим с внутренней поверхностью первого стакана, позволяет использовать указанную втулку в качестве плунжера, выдвигающегося под давлением рабочей жидкости из первого стакана. Пружина, надетая на втулку между ее ступенчатым кольцевым выступом и дном первого стакана, обеспечивает возврат этой втулки в исходное положение после прекращения действия давления рабочей жидкости. Выполнение на выходящем из первого стакана конце втулки сквозных радиальных отверстий и внутреннего ступенчатого расширения, в котором размещена шайба из эластичного материала и нарезана резьба, куда вкручен винт, позволяет задавать величину давления, при котором рабочая жидкость начинает поступать через радиальные отверстия в зону разрыва горной породы. Величина этого давления обуславливается усилием прижатия винтом шайбы из эластичного материала к ступени нерасширенной части втулки. Выполнение винта с головкой, на которой закреплена трубка, в которую вставлен стержень, скрепленный с центром дна второго стакана с возможностью вместе со вторым стаканом продольного перемещения относительно указанной втулки, обеспечивает необходимую связь и одновременно возможность продольного раздвижения частей устройства, скрепленных с трубкой и вставленным в нее стержнем. Надевание на первый и второй стаканы и прикрепленные к ним цанги соответственно первой и второй эластичной втулки и закрепление одного конца первой эластичной втулки на внешней поверхности первого стакана, а одного конца второй эластичной втулки на внешней поверхности второго стакана обеспечивает герметизацию скважины при раздвижении лепестков обеих цанг. Прикрепление к внутренним сторонам лепестков первой цанги связующих элементов с возможностью одновременного контакта с внутренними сторонами лепестков второй цанги и головкой винта обуславливает при выдвижении втулки из первого стакана раздвижение лепестков обеих цанг и внедрение установленных на них закалывающих клиньев в горную породу. Вкручиванием в первый стакан трубы для подачи рабочей жидкости обеспечивается возможность работы устройства и разрыва горной породы. Выполнение цанг таких размеров, что обеспечивается возможность контакта закалывающих клиньев, установленных на концах лепестков первой цанги, с закалывающими клиньями, установленными на концах лепестков второй цанги, позволяет концентрировать напряжения в стенках скважины по заданной линии и раздвигать разные части устройства по обе стороны плоскости разрыва горной породы. Устройство, благодаря возможности раздвижения его частей, скрепленных со стенками скважины по обе стороны формируемой трещины, не препятствует разрыву горной породы. Поэтому создается максимально возможное (для данного давления и диаметра скважины) растягивающее горную породу усилие и беспрепятственное со стороны устройства раскрытие формируемой трещины разрыва. При этом закалывающие клинья выполняют функции как якорей, исключающих перемещение частей устройства вдоль скважины, так и концентраторов напряжения, снижающих давление разрыва горной породы. Устройство позволяет за сравнительно короткое время дезинтегрировать породный массив на всем протяжении пробуренной в нем скважины. В результате повышается эффективность работы устройства за счет формирования множества трещин при одноразовой его подаче в скважину, сокращения времени на проведение каждого разрыва горной породы, возможности использования скважины после создания в ее стенках трещин без дополнительных операций.This technical solution allows for a one-time supply of the device into the well to create many cracks in the rock mass, significantly changing its strength and filtration properties and, thereby, facilitating the solution of many important production problems. Due to the presence of the second glass and two, the first and second collets, on the ends of the petals of each of which stabbing wedges are installed on the outside, the first collet is fastened to the bottom of the specified first, the glass and the second collet is fastened to the second glass from the side opposite to its bottom, it becomes possible to adhere the device to the walls of the well. The execution in the bottom of the first glass of the Central hole, which is inserted into the sleeve with a stepped annular protrusion in contact with the inner surface of the first glass, allows you to use the specified sleeve as a plunger that extends under the pressure of the working fluid from the first glass. The spring worn on the sleeve between its stepped annular protrusion and the bottom of the first glass, ensures the return of this sleeve to its original position after the termination of the pressure of the working fluid. The implementation at the outlet end of the sleeve of the sleeve of the through radial holes and an internal stepped expansion, in which a washer of elastic material is placed and a thread is cut into which the screw is screwed in, allows you to set the pressure at which the working fluid begins to flow through the radial holes into the rock fracture zone . The magnitude of this pressure is determined by the force of the screw pressing the washers of elastic material to the stage of the unexpanded part of the sleeve. The execution of a screw with a head on which a tube is fixed, into which a rod is inserted, fastened with the center of the bottom of the second glass with the possibility of longitudinal movement with the second glass relative to the specified sleeve, provides the necessary connection and at the same time the possibility of longitudinal extension of the parts of the device fastened to the tube and inserted into her core. Putting on the first and second glasses and the collets attached to them, respectively, of the first and second elastic sleeve and fixing one end of the first elastic sleeve on the outer surface of the first glass, and one end of the second elastic sleeve on the outer surface of the second glass provides sealing of the well when the petals of both collets are moved apart. The fastening of the connecting elements to the inner sides of the petals of the first collet with the possibility of simultaneous contact with the inner sides of the petals of the second collet and the screw head causes the extension of the petals of both collets and the introduction of stabbing wedges installed on them into the rock when the sleeve is pulled out of the first glass. By screwing in the first glass of the pipe for supplying the working fluid, it is possible to operate the device and to break the rock. The execution of collets of such sizes that it is possible to contact the pinning wedges installed on the ends of the petals of the first collet with the pinning wedges installed on the ends of the petals of the second collet allows you to concentrate stresses in the walls of the well along a predetermined line and to extend different parts of the device on both sides of the mountain fracture plane breed. The device, due to the possibility of moving apart its parts, bonded to the walls of the well on both sides of the formed fracture, does not prevent the rock from breaking. Therefore, the maximum possible force (for a given pressure and well diameter) is created that stretches the rock and unhindered from the side of the device opening of the formed fracture. At the same time, stabbing wedges perform the functions of both anchors, which exclude the movement of parts of the device along the well, and stress concentrators, which reduce the pressure of rock fracture. The device allows for a relatively short time to disintegrate the rock mass along the entire length of the well drilled in it. As a result, the efficiency of the device increases due to the formation of many cracks during its one-time supply to the well, reduction of time for each fracture of the rock, the possibility of using the well after creating cracks in its walls without additional operations.
Целесообразно на кольцевом выступе втулки установить уплотнительное кольцо, которым перекрыть зазор между указанным выступом и внутренней поверхностью первого стакана. Это обеспечивает гидравлическую изоляцию области нахождения пружины без выполнения трудоемкой операции по притиранию кольцевого выступа втулки к внутренней поверхности первого стакана, что снижает стоимость изготовления устройства и, следовательно, повышает эффективность его использования.It is advisable to install a sealing ring on the annular protrusion of the sleeve with which to close the gap between the specified protrusion and the inner surface of the first glass. This provides hydraulic isolation of the area of the spring without performing a laborious operation of rubbing the annular protrusion of the sleeve to the inner surface of the first glass, which reduces the cost of manufacturing the device and, therefore, increases the efficiency of its use.
Целесообразно головку винта выполнить в виде катушки и между ее ребер разместить свободные концы связующих элементов, а к внутренним сторонам лепестков второй цанги прикрепить зацепы с возможностью их сцепления со связующими элементами для возвращения второй цанги в исходное положение при сдвижении лепестков первой цанги. Это обеспечивает принудительный возврат устройства в исходное состояние и, следовательно, снижает вероятность возникновения условий, при которых закалывающие клинья остаются сцепленными с горной породой остаточным давлением рабочей жидкости, что повышает эффективность использования устройства за счет увеличения надежности его работы.It is advisable to make the screw head in the form of a coil and place the free ends of the connecting elements between its ribs, and attach hooks to the inner sides of the petals of the second collet to engage them with the connecting elements to return the second collet to its original position when shifting the petals of the first collet. This provides a forced return of the device to its original state and, therefore, reduces the likelihood of conditions under which the pinning wedges remain adhered to the rock by the residual pressure of the working fluid, which increases the efficiency of use of the device by increasing the reliability of its operation.
Целесообразно в трубке выполнить продольные прорези и кольцевой выступ на свободном конце, а в стержне просверлить сквозное поперечное отверстие, в котором закрепить палец, который пропустить через продольные прорези трубки, при этом на трубку между ее кольцевым выступом и пальцем надеть сжатую пружину. Это позволяет использовать устройство для проведения разрывов горной породы через нисходящие скважины за счет исключения произвольного его разъединения на отдельные части, например, под действием веса скрепленных со стержнем деталей, что повышает эффективность использования устройства, ибо расширяет область его работы.It is advisable to make longitudinal slots and an annular protrusion on the free end in the tube, and to drill a through transverse hole in the rod, in which to fix a finger, which should be passed through the longitudinal slots of the tube, and put a compressed spring on the tube between its annular protrusion and finger. This allows the device to be used to conduct rock fractures through downhole wells by eliminating its arbitrary separation into separate parts, for example, under the influence of the weight of the parts fastened to the rod, which increases the efficiency of use of the device, because it expands the area of its operation.
Целесообразно устройство снабдить пластинами, установленными на наружных поверхностях лепестков обеих цанг с перекрытием продольных зазоров между ними. Благодаря указанным пластинам, снижается вероятность повреждения эластичных втулок за счет исключения возможности продавливания их в зазоры между лепестками цанг, что повышает надежность работы устройства и, следовательно, увеличивает эффективность его эксплуатации.It is advisable to provide the device with plates mounted on the outer surfaces of the petals of both collets with overlapping longitudinal gaps between them. Thanks to these plates, the likelihood of damage to the elastic sleeves is reduced by eliminating the possibility of forcing them into the gaps between the petals of the collets, which increases the reliability of the device and, therefore, increases the efficiency of its operation.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства для ориентированного разрыва горных пород и чертежами фиг. 1-6.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific implementation of the device for oriented fracturing of rocks and drawings of FIG. 1-6.
На фиг. 1 показана схема устройства для ориентированного разрыва горных пород в исходном состоянии в скважине, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - схема устройства после внедрения закалывающих клиньев в стенки скважины до разрыва горной породы, продольный разрез; на фиг. 4 и 5 - разрезы Б-Б и В-В соответственно на фиг. 3; На фиг. 6 - схема устройства после разрыва горной породы, продольный разрез.In FIG. 1 shows a diagram of a device for oriented fracturing of rocks in the initial state in the well, a longitudinal section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one; in FIG. 3 is a diagram of the device after the introduction of pinning wedges into the walls of the well before a rock break, a longitudinal section; in FIG. 4 and 5 are sections BB and BB respectively in FIG. 3; In FIG. 6 is a diagram of a device after breaking a rock, a longitudinal section.
Устройство для ориентированного разрыва горных пород (фиг. 1) включает полый цилиндрический корпус в виде стакана 1, первого, (далее - стакан 1), втулку 2 (далее - втулка 2), установленную с возможностью продольного перемещения относительно стакана 1. Оно снабжено вторым стаканом 3 и двумя, первой и второй, соответственно цангами 4 и 5 (далее цанги 4 и 5). На концах лепестков 6 цанги 4 с внешней стороны установлены закалывающие клинья 7 (далее - клинья 7), а на концах лепестков 8 цанги 5 с внешней стороны установлены закалывающие клинья 9 (далее - клинья 9). Цанга 4 скреплена с дном стакана 1, а цанга 5 скреплена со стаканом 2 со стороны, противоположной его дну. В дне стакана 1 выполнено центральное отверстие (на фиг. 1 не обозначено), в которое вставлена втулка 2 со ступенчатым кольцевым выступом 10 (далее - выступ 10), контактирующим с внутренней поверхностью стакана 1. На втулку 2 между ее выступом 10 и дном стакана 1 надета пружина 11. На выходящем из стакана 1 конце втулки 2 выполнены сквозные радиальные отверстия 12 (далее - отверстия 12) и внутреннее ступенчатое расширение 13 (далее - расширение 13), в котором размещена шайба Низ эластичного материала (далее - шайба 14) и нарезана резьба (на фиг. не обозначена), куда вкручен винт 15 с головкой 16. На головке 16 закреплена трубка 17, в которую вставлен стержень 18, скрепленный с центром дна стакана 3 с возможностью вместе со стаканом 3 продольного перемещения относительно втулки 17. На стаканы 1 и 3 и прикрепленные к ним цанги 4 и 5 надеты соответственно первая и вторая эластичные втулки 19 и 20 (далее - втулки 19 и 20). Один конец втулки 19 закреплен на внешней поверхности стакана 1, а один конец втулки 20 закреплен на внешней поверхности стакана 3. К внутренним сторонам лепестков 6 прикреплены связующие элементы 21 (далее - элементы 21) с возможностью одновременного контакта с внутренними сторонами лепестков 8 и головкой 16 винта 15. В стакан 1 вкручена труба 22 для подачи рабочей жидкости. Цанги 4 и 5 выполнены таких размеров, что обеспечивается возможность контакта клиньев 7 и 9. На выступ 10 можно установить уплотнительное кольцо 23, которым перекрыт зазор между выступом 10 и внутренней поверхностью стакана 1. Головка 16 винта 15 может быть выполнена в виде катушки и между ее ребер размещены свободные концы элементов 21, а к внутренним сторонам лепестков 8 цанги 5 могут быть прикреплены зацепы 24 с возможностью их сцепления с элементами 21 для возвращения цанги 5 в исходное положение при сдвижении лепестков 6 цанги 4. На трубке 17 могут быть выполнены продольные прорези 25 (далее - прорези 25) и кольцевой выступ 26 (далее - выступ 26) на свободном конце. В стержне 18 может быть выполнено сквозное поперечное отверстие (на фиг. 1 не обозначено), в котором можно закрепить палец 27 и пропустить его через прорези 25 трубки 17, а на трубку 17 между ее выступом 26 и пальцем 27 может быть надета сжатая пружина 28 (далее - пружина 28). Отметим, что пружина 28 может быть уперта в палец 27 непосредственно либо через шайбу (на фиг. 1, 3 и 6 шайба не обозначена). Устройство может быть снабжено пластинами 29, установленными на наружных поверхностях лепестков 6 и 8 с перекрытием продольных зазоров 30 и 31 (далее - зазоры 30 и 31) между ними. В каждом стакане 1 и 3 для надежного крепления к ним втулок 19 и 20 можно выполнить кольцевые канавки 32, в которые вдавить концы втулок 19 и 20 обжимными кольцами 33. Стержень 18 может быть скреплен с центром дна стакана 3 резьбовым соединением 34, для герметизации которого может быть установлена уплотнительная шайба 35. Труба 22 соединена со стаканом 1 резьбой 36, герметизированной уплотнительной шайбой 37. Устройство подано в скважину 38. Внедрением в стенки скважины 38 клиньев 7 и 9 в горной породе образована начальная трещина 39 (фиг. 4). Нагнетанием рабочей жидкости через трубу 22 в стакан 1 выполнен ориентированный разрыв 40 горной породы (фиг. 6). Отметим, что некоторые элементы (шайба для фиксации пальца 27, резьбы, зазоры, места сварки, уплотнения), не оказывающие существенного влияния на понимание конструктивных особенностей и работы устройства, на фигурах не обозначены.A device for oriented fracturing of rocks (Fig. 1) includes a hollow cylindrical body in the form of a
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
Устройство подают в скважину 38 (фиг. 1) на заданную глубину и нагнетают в него через трубу 22 рабочую жидкость. Под действием давления рабочей жидкости втулка 2, выдвигается из стакана 1 и через головку 16 винта 15 и элементы 21 раздвигает лепестки 6 и 8 соответственно цанг 4 и 5. Благодаря этому, образующие окружность (фиг. 2) клинья 7 и 9 расходятся радиально и внедряются в горную породу (фиг. 3), а втулки 19 и 20 придавливаются к стенкам скважины 38 (фиг. 5). Отметим, что от внедрения клиньев 7 и 9 в горную породу сравнительно слабой прочности (например, уголь) в стенках скважины 38 может возникнуть начальная трещина 39 (фиг. 4). При достижении давления рабочей жидкости заданного значения, происходит отжим шайбы 14 от ступени нерасширенной части втулки 2, от чего рабочая жидкость начинает поступать через отверстия 12 в область нахождения лепестков 6 и 8. Далее давление рабочей жидкости сильнее прижимает втулки 19 и 20 к стенкам скважины 38, а также стремится раздвинуть части устройства, которые расположены по обе стороны предполагаемой плоскости образования трещины (плоскости, к которой с обеих сторон примыкают соответственно клинья 7 и клинья 9). От этого в стенках скважины 38по линии их контакта с клиньями 7 и 9 или по границе возникшей трещины 39 концентрируются напряжения, при достижении которыми предела прочности горной породы на растяжение происходит разрыв последней с образованием трещины 40 (фиг. 6). Размеры трещины 40 оценивают по объему закачанной в нее рабочей жидкости. Давление рабочей жидкости после подачи ее в трещину 40 заданного объема сбрасывают до нулевого значения, от чего пружина 11 через втулку 2 и головку 16 винта 15, выполненную в виде катушки, воздействием на элементы 21 возвращает лепестки 6 и 8 с установленными на них соответственно клиньями 7 и 9 в исходное положение. В результате происходит разгерметизация скважины 38 и втулки 19 и 20 под действием собственной упругости принимают прежнюю форму. Затем устройство перемещают вдоль скважины 38 для проведения в ее стенках следующего разрыва горной породы аналогичным образом.The device is fed into the well 38 (Fig. 1) to a predetermined depth and pumped into it through the
Важной особенностью устройства является то, что начало поступления рабочей жидкости в зону формирования трещины 40 обуславливается не величиной внедрения клиньев 7 и 9 в горную породу, а усилием их прижатия к стенкам скважины 38, которое задается давлением рабочей жидкости, регулируемым в широких пределах силовым воздействием на шайбу 14 винтом 15. Такая особенность способствует адаптации характера внедрения клиньев 7 и 9 в стенки скважины 38 к прочностным свойствам горной породы. Обусловлено это тем, что требование к усилию удержания частей устройства от произвольного их раздвижения до образования трещины 40 с увеличением прочности горной породы достигается при меньшей величине внедрения в нее клиньев 7 и 9. В результате достигается снижение требования к нагнетателям рабочей жидкости по давлению до минимального значения и надежное сцепления клиньев 7 и 9 со стенками скважины 38в широком диапазоне изменения прочностных свойств горной породы.An important feature of the device is that the beginning of the flow of working fluid into the zone of formation of the
На адаптацию работы устройства к условиям его эксплуатации направлена и используемая в нем система герметизации скважины 38. Две втулки 19 и 20, один конец каждой из которых закреплен на внешней поверхности соответствующего стакана 1 и 3, позволяют использовать их в качестве манжет, установленных по разные стороны формируемой трещины 40 навстречу друг другу свободными концами. Особенность такой герметизации скважины 38 состоит в том, что внешние поверхности втулок 19 и 20 прижимаются к стенкам скважины 38 не только лепестками 6 и 8, но и рабочей жидкостью. Поэтому разгерметизация скважины 38 исключается благодаря адаптации усилия, с которым втулки 19 и 20 придавливаются к горной породе, к давлению рабочей жидкости. Отметим, что отжим втулок 19 и 20 от стенок скважины 38 (разгерметизация скважины 38) возможен только под действием их собственной упругости при возвращении лепестков 6 и 8 в исходное положение и сбросе давления рабочей жидкости до нулевого значения.The
Пружина 28 при разрыве горной породы через восстающую скважину 38 не является обязательной. Стержень 18 удерживается во втулке 17 под действием собственного веса и прикрепленных к нему деталей. Вместе с этим усилие пружины 28, удерживающее раздвижные части устройства, в сравнении с усилием, с которым рабочая жидкость разрывает горную породу, несущественно. Поэтому присутствие пружины 28 в устройстве следует считать целесообразным при разрыве горной породы через скважину 38 с любой ориентацией, ибо это исключает возможность оставления в скважине 38 застрявших в ней по какой-либо причине деталей.A
Устройство разработано для проведения в восстающих скважинах поперечных разрывов породных массивов, что необходимо при реализации гидродинамической стратификации трудно обрушающихся кровель в технологиях отработки пологих угольных пластов механизированными комплексами, а также для дегазации угольных пластов. Вместе с этим, его целесообразно использовать и в технологиях, в которых увеличение проницаемости породного массива созданием в нем множества трещин повышает производительность извлечения полезного ископаемого, например, при выщелачивании меди или урана.The device was developed for conducting transverse gaps in rock masses in rising wells, which is necessary when implementing hydrodynamic stratification of hard-to-collapse roofs in technologies for working flat coal seams with mechanized complexes, as well as for coal seam degassing. At the same time, it is also advisable to use it in technologies in which increasing the permeability of the rock mass by creating many cracks in it increases the productivity of mineral extraction, for example, when leaching copper or uranium.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141871A RU2702041C1 (en) | 2018-11-28 | 2018-11-28 | Device for oriented rupture of rocks |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018141871A RU2702041C1 (en) | 2018-11-28 | 2018-11-28 | Device for oriented rupture of rocks |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2702041C1 true RU2702041C1 (en) | 2019-10-03 |
Family
ID=68170845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018141871A RU2702041C1 (en) | 2018-11-28 | 2018-11-28 | Device for oriented rupture of rocks |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2702041C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200029U1 (en) * | 2020-07-28 | 2020-10-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | DEVICE FOR CRUSHING ROCKS |
| RU2776543C1 (en) * | 2021-12-28 | 2022-07-22 | Владислав Игоревич Лейзер | System for oriented point loading and rupture of borehole walls without blasting |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60152797A (en) * | 1984-01-19 | 1985-08-12 | 鹿島建設株式会社 | Explosion free hard rock crushing apparatus |
| SU1751317A1 (en) * | 1990-07-19 | 1992-07-30 | Институт Горного Дела Со Ан Ссср | Device for forming directional fractures in holes |
| RU2138631C1 (en) * | 1996-03-26 | 1999-09-27 | Полевщиков Геннадий Яковлевич | Device for creation of directed fissures |
| RU2167294C1 (en) * | 2000-01-17 | 2001-05-20 | Институт горного дела-Научно-исследовательское учреждение СО РАН | Device for forming directed fractures in boreholes |
| RU2350749C1 (en) * | 2007-10-15 | 2009-03-27 | Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук | Device for generation of directed fractures in holes |
| RU2390631C1 (en) * | 2009-02-02 | 2010-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН (ИГД СО РАН) | Facility for generating directional cavities in boreholes |
-
2018
- 2018-11-28 RU RU2018141871A patent/RU2702041C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60152797A (en) * | 1984-01-19 | 1985-08-12 | 鹿島建設株式会社 | Explosion free hard rock crushing apparatus |
| SU1751317A1 (en) * | 1990-07-19 | 1992-07-30 | Институт Горного Дела Со Ан Ссср | Device for forming directional fractures in holes |
| RU2138631C1 (en) * | 1996-03-26 | 1999-09-27 | Полевщиков Геннадий Яковлевич | Device for creation of directed fissures |
| RU2167294C1 (en) * | 2000-01-17 | 2001-05-20 | Институт горного дела-Научно-исследовательское учреждение СО РАН | Device for forming directed fractures in boreholes |
| RU2350749C1 (en) * | 2007-10-15 | 2009-03-27 | Институт горного дела Сибирского отделения Российской академии наук | Device for generation of directed fractures in holes |
| RU2390631C1 (en) * | 2009-02-02 | 2010-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт горного дела Сибирского отделения РАН (ИГД СО РАН) | Facility for generating directional cavities in boreholes |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200029U1 (en) * | 2020-07-28 | 2020-10-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский горный университет» | DEVICE FOR CRUSHING ROCKS |
| RU2776543C1 (en) * | 2021-12-28 | 2022-07-22 | Владислав Игоревич Лейзер | System for oriented point loading and rupture of borehole walls without blasting |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108457601B (en) | Gas lift oil extraction one-trip well completion pipe string and process | |
| US9169704B2 (en) | Expandable wedge slip for anchoring downhole tools | |
| RU2302509C2 (en) | Device for automatic tool releasing | |
| US10907474B2 (en) | Reaming and self-rotating anchor rod and using method thereof | |
| CN105507849B (en) | A kind of pressure break is used from removal bridge plug | |
| RU2572631C2 (en) | Device for fracturing | |
| GB2509554A (en) | Method of plugging a well for permanent abandonment | |
| CN105545252A (en) | Anti-rotation fracture bridge plug beneficial to drilling | |
| RU2019100629A (en) | WELL DRILLING SYSTEM | |
| CN107654213B (en) | High-energy negative pressure blocking remover | |
| RU2702041C1 (en) | Device for oriented rupture of rocks | |
| CN103912237A (en) | Cement bearing and retaining unit | |
| CN103775025B (en) | Sizing collar | |
| CN105545237A (en) | Anti-rotation anchoring structure beneficial to drilling | |
| CN108179991B (en) | Bridge plug capable of being salvaged after fracturing | |
| CN203835327U (en) | Cement retainer | |
| RU2304694C2 (en) | Drillable packer | |
| RU2641679C1 (en) | Rock oriented cutting device | |
| RU2405912C1 (en) | Drillable packer | |
| RU2302525C1 (en) | Device for directional crack formation in well | |
| RU2390631C1 (en) | Facility for generating directional cavities in boreholes | |
| RU2756595C1 (en) | Device for formation of directional fractures in wells | |
| SU1555483A1 (en) | Device for forming directional fissures in boreholes | |
| RU2558845C1 (en) | Borehole device for formation of directed fractures | |
| RU2081314C1 (en) | Device for creating directed fissures in bore-holes |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201129 |