SK50752008A3 - Zariadenie na hĺbenie otvorov do horninových masívov - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka zariadenia na hĺbenie otvorov do horninových masívov pracujúceho v súradnom systéme v ktorom určujúcou osou je ťažnica.

Doterajší stav techniky

Prevažná väčšina technológií hĺbenia otvorov do hrubostenných objektov a zvlášť do zemského masívu je založená na princípe mechanického rozpojovania objektovej horninovej matérie, v ktorom prevláda vŕtanie, rúbanie, výbuchy atď.. Pokusy s inými spôsobmi rozpojovania vo väčších hĺbkach Zeme, najmä hornín, v prevažnej miere nenašli použitie z dôvodu malej ekonomickej návratnosti a neefektívneho nástrojového transferu uvoľnenej energie do zemského horninového podložia. Prehľad o súčasných technológiách s víziou do budúcnosti podáva publikácia Die Zukunft liegt unter uns. Bauen und Lebeu unter der Erde. Ausstellung Congress Centrum Hamburg 15.9.97 bis 2.11.97, ktorá ukazuje na možné spôsoby riešenia problému, pričom v prevážnej miere akceptuje doterajšie trendy. Výnimku tvorí zariadenie na plnoprofilové horizontálne hĺbenie tunelov, kde uvedená vízia má v časti prenosu energie do horniny neakceptovateľný princíp. Plnoprofilové hĺbenie pomocou plameňa je rozpracované v nasledujúcich patentových spisoch : DE2554101C2, v Slovenskej republike 278849, 278692, 278850. Pozoruhodné referencie o hĺbení pomocou tepelnej energie sú v článkoch „LITHOFRACTURING AND ROCK MECHANICS. Inf. Report on Subterrene Technologi. LANL, Los Alamos, 1970.

Súčasťou stavu techniky patent SR č. 278 850, predmetom ktorého je zariadenie na plnoprofilové hĺbenie otvorov do zeme, ktoré svojou funkciou predstavuje tepelne - tlakový nástroj s dezintegračným pôsobením na fundament objektu hĺbenia.

V uvedených patentoch sa nerieši problematika komplexne, používa sa sekundárny prenos tepelnej energie, neakceptujú sa ekologické požiadavky, procesy hĺbenia nie sú riadené, nevyužívajú pôsobenie krížových synergických väzieb, dosiahnutú technologickú úroveň v materiálnom inžinierstve, kybernetike a v používaní nanotechnológií. Uvedené patentové spisy a publikované články neriešia základné problémy spojené s tvorbou taveniny, jej využitie na pokrytie hĺbených stien sklovitým skrustom a jeho ukotvením do technologických trhlín horninového okolia. V patentových spisoch a v prehladovej literatúre pôvodcovia patentov a publikácií neriešia hĺbenie v žiadaných súradniciach. Úlohou vynálezu je zmeniť tento nežiaduci stav a vyhnúť sa opísaným nedostatkom.

Podstata vynálezu

Nedostatky uvedené v stave techniky do značnej miery odstraňuje riešenie pódia súčasného vynálezu.

Zistilo sa, že riešením tejto úlohy je zariadenie na hĺbenie otvorov do skalných masívov, pracujúce s tepelnou, tlakovou a zvukovou energiou, produkovanou vlastnými nástrojovými časťami zariadenia ktorého podstata spočíva vtom, že predstavuje zostavu najmenej jedného telesa dezintegrátora, pričom ďalším článkom zostavy je súčinne pracujúce súoso usporiadané teleso penetrátora. Penetrátor predstavuje geometrické teleso variabilného tvaru (valec, ovál), v dutine ktorého sa teleso dezintegrátora (telesá dezitengrátorov) nútene pohybuje (pohybujú). Teleso penetrátora má rozšírenú prednú časť. V dutine tejto prednej časti sú umiestnené spaľovacie komory a prvky riadenia prívodov energetických a signálových médií. V rozšírenej prednej časti sú súčasne po stranách rozmiestnené relaxačné prúdnice. V strednej časti dutiny penetrátora sú umiestnené technické bloky oddeľujúce pracovný priestor prednej časti od zásobovacej časti.

Teleso dezintegrátora má výhodne tvar geometrie kužeľa, v čele ktorého sú umiestnené dýzy. Za dýzami sú umiestnené snímače tlaku a po stranách sú rozmiestnené drenážne prúdnice vyúsťujúce do okolitého priestoru. Teleso dezintegrátora je vybavené manipulačným uzáverom. Počet dezintegrátorov je určený veľkosťou hĺbeného priestoru.

aplikovaných telies prierezovej plochy

Pohyb telesa dezintegrátora v telese penetrátora v jeho vnútornom priestore je z hľadiska priestorového vymedzený ich tvarovým a veľkostným rozdielom, a z hľadiska funkčného rozdielom tlakovo-tepelných výkonov a diferencovaným časovým režimom pôsobenia dezintegrátora a penetrátora.

Teleso dezintegrátora i teleso penetrátora sú vybavené štartovacím systémom spaľovacích komôr pre penetrátor a štartovacím a riadiacim systémom pre dezintegrátor a ďalej zásobovacím priestorom zaplneným energetickým médiom, dodávaným logistickou sieťou vždy v množstve postačujúcom na vykonanie jedného pracovného cyklu.

Ako energetické média sa - bez obmedzenia na ďalej uvedené príklady používajú: vodík, kerozín, petrolej , plyny, gély atď. .

Ako signálové médiá sa - bez obmedzenia na ďalej uvedené príklady používajú - elektrické napätia, svetelné toky atď..

Pri hĺbení otvorov v skalných masívoch sa zariadenie uvádza do funkcie tak, že ako prvé pôsobí teleso dezintegrátora, ktoré naruší masu fundamentu a na základe zmeny odporu fundamentu príslušné signálové médium stanoví počiatok funkcie telesa penetrátora. Teleso penetrátora postupne roztavuje narušené časti fundamentu a svojho okolia. Vznikajúca tavenina postupne zapĺňa objem hĺbeného priestoru. Nepretržitým privádzaním tepelnej a tlakovej energie prostredníctvom spaľovacích komôr dochádza v priestore rozšírenej prednej časti ku kumulácii hmoty vyhoretého paliva a vodných pár ostávajúcich v priestore a taveniny vznikajúcej pôsobením uvedených energií. Tavenina je pôsobením rastúcej tlakovej energie zatláčaná do prasklín fundamentu vznikajúcich v dôsledku tejto časti operácie hĺbenia a zvyšok taveniny prestupuje v smere ťažnice prúdnicami, v ktorých vzniká prítlačná sila určujúca rýchlosť hĺbiaceho postupu. Následne sa zvyšujúce sumárne množstvo masy je sprevádzané rastom poklesu rýchlosti pohybu taveniny a rastom odporu prostredia. Pri úplnom zastavení pohybu taveniny sa uvedie do funkcie teleso dezintegrátora, ktorého štart po odstránení taveniny z jeho zberného priestoru predstavuje koniec prvej pracovnej etapy kombinovaného zariadenia a súčasne počiatok druhej. Tieto etapy sa cyklicky opakujú až do dosiahnutia požadovaného stavu. Podmienkou ďalšej funkčnosti zariadenia je opakované uvoľnenie stuhnutej taveniny z telesa dezintegrátora, ktorá sa na jeho telese upevnila v dôsledku vykonávanej dezintegračnej operácie.

Neoddeliteľnou súčasťou zariadenia zabezpečujúcou jeho funkcie je centrálny systém s logistickým komplexom zahŕňajúcim logistickú sieť. Centrálny systém riadenia programovými krokmi určuje tok palív a energií, ktoré uvedú do funkčného stavu aj ochranné prvky zariadenia. Centrálny systém riadenia je možné zostaviť alternatívne odpovedajúco konkrétnym požiadavkám.

Ako jednoznačne vyplýva z uvedeného vyššie, teleso dezintegrátora aj teleso penetrátora sú svojou zostavou opísanou vyššie a ďalej v nasledujúcom príklade uskutočnenia, pri napojení na vhodný systém riadenia a vhodný logistický komplex zásobujúci tieto telesá energiami, schopné vykonávať hĺbiaci proces v požadovaných súradniciach aj ako samostatné indivíduá. Avšak ich synergickým spolupôsobením, striedaním dvoch odlišných technologických postupov vo vyššie uvedenom a v príklade podrobnejšie opísanom režime, kedy jeden technologický proces pripravuje pracovný priestor pre aplikáciu druhého technologického procesu, dosahuje sa vyšší technický i ekonomický účinok spočívajúci v úspore energie potrebnej na vykonanie hĺbenia, v rýchlosti akou sa dosahuje požadovaný výsledok a v neposlednom rade v skutočnosti, že vyhĺbený priestor v dôsledku ztuhnutej taveniny zapĺňajúcej trhliny a spevňujúcej steny hĺbeného otvoru získava stabilnú štruktúru a následne nie je potrebné paženie.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na pripojenom výkrese je na obr. 1 schématicky znázornený rez zariadením podľa vynálezu opísanom v príklade 1.

Príklady uskutočnenia

Príklad 1 pri výrobe predstavuj e pracuj úceho nástroj ovú Podmienkou

Zariadenie _1 podľa vynálezu určené na hĺbenie otvoru v smere ťažnice pre úložisko vyhoretého jadrového paliva používaného elektrickej energie v jadrových elektrárňach zostavu telesa dezintegrátora 1.2, a súčinne telesa penetrátora 1.1. Celý tento komplex tvorí časť operácie hĺbenia otvoru £ do zeme 10. otvorenia hĺbiaceho procesu je pripojenie zariadenia na logistický komplex 5, ktorý cez logistickú sieť _6 zabezpečuje funkcie zariadenia L· Logistická sieť 6 zásobuje zariadenie _1 energetickými médiami, ktorými v tomto prípade sú kerozín a jeho okysličovadlo, chladiacimi médiami - vodou, elektrickou energiou, ktoré sa pomocou centrálneho systému riadenia 3 privedú do zariadenia 1, kde sa v telese penetrátora 1.1 pomocou štartovacieho a riadiaceho systému 1.1.2 a 1.2.2 uvedú do funkcie spaľovacie komory 1.1.1.1 a v dezintegrátore 1.2 dýzy 1.2.1. Programové kroky centrálneho systému riadenia určujú tok palív a elektrickej energie, ktoré postupujú magistrálou 3.1 a uvedú do funkčného stavu oddelovací štít 4, bezpečnostný uzáver 7 a v smere ťažnice 9 privedú teleso dezintegrátora 1.2 do dutiny 2 tak aby sa priblížilo k fundamentu zeme 10. Energia zapáleného kerozínu vystupuje z dýz 1.2.1 a pôsobením tepelnej, tlakovej a zvukovej energie naruší súdržnosť okolitých stien hĺbeného otvoru 8^. Ďalší programový krok uvedie do pracovnej funkcie teleso penetrátora 1.1, ktorého predná časť 1.1.1 kumuluje energiu spaľovacích komôr 1.1.1.1 do rezultujúceho energetického toku. Výsledkom je tavenie fundamentu 10 v priestore hĺbeného otvoru Q_, pričom tavenina v tekutom stave zaplavuje narušenú súdržnosť po vonkajšom a vnútornom obvode zariadenia _1. Pritom v rozšírenej prednej časti 1.1.3 telesa penetrátora 1.1 sa v relaxačných prúdniciach 1.1.3.1 mení na prítlačnú silu pôsobiacu v smere ťažnice 9. Vzniknutá tavenina je pôsobením tlaku zatlačená do trhlín stien fundamentu BD a dutiny 2^, kde na zbernej časti 1.2.4 dezintegrátora 1.2 tuhne. Pomocou manipulačného uzáveru 1.2.5 sa riadenými ťažnými silami logistického systému 5_ stuhnuté jadro odstráni a vytvoria sa podmienky pre vyprázdnenie dutiny 2. Teleso penetrátora 1.1 je v tomto programovom kroku nastavené centrálnym systémom riadenia 2 ^na pohotovotný režim a čaká na návrat telesa dezintegrátora 1.2 z ktorého je nutne odstránená stuhnutá tavenia. Ďalší programový krok určuje logistická sieť _6, ktorou je doplňovaný zásobovací priestor telies zariadenia 1.2,6 pre teleso dezintegrátora 1.2 a 1.1.4 pre teleso penetrátora 1.1. Logistická sieť následne pripraví zariadenie 1 na opakovanie pracovného cyklu.

Claims (3)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zariadenie na hĺbenie otvorov do horninových masívov pracujúce v súradnom systéme, v ktorom určujúcou osou je ťažnica s tepelnou, tlakovou a zvukovou energiou, vyznačujúce sa tým, že predstavuje zostavu najmenej jedného telesa dezintegrátora (1.2) v tvare geometrie kužeľa s vnútorným zásobovacím priestorom (1.2.6) pre energie, v čele ktorého sú umiestnené dýzy (1.2.1) so snímačmi tlaku a po stranách má v rozšírenej časti (1.2.3) prechádzajúcej do zbernej časti (1.2.4)rozmiestnené drenážne prúdnice (1.2.3.1) vyúsťujúce do priestoru okolo telesa dezintegrátora(1.2) vybaveného manipulačným uzáverom (1.2.5) a ďalej súčinne spolupracujúceho telesa penetrátora (1.1) predstavujúceho duté geometrické teleso, dutina (2) ktorého je súčasne vymedzujúcim priestorom pre nútený pohyb najmenej jedného telesa dezintegrátora (1.2), pričom teleso penetrátora (1.1) má rozšírenú prednú časť (1.1.1), v ktorej sú umiestnené spaľovacie komory (1.1.1.1) s prvkami riadenia prívodov energetických a signálových médií, po stranách sú rozmiestnené relaxačné prúdnice (1.1.3.1.) a v strednej časti tohto telesa penetrátora (1.1) sú umiestnené technické bloky (1.1.5) oddeľujúce jeho rozšírenú prednú časť (1.1.1) od zásobovacieho priestoru (1.1.4).
2. 2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že zahŕňa programovateľný centrálny systém riadenia (3( riadenie toku palív a elektrickej energie s magistrálou ich postupu, štartovací systém (1.1.2) spaľovacích penetrátora (1.1), štartovací a riadiaci dezintegrátora (1.2) oddeľovací štít (4) a ver (7) a logistický komplex (5 ďalej na (3.1) komôr systém (1.2.2) bezpečnostný uzás logistickou sieťou (6)
3. 3. Zariadenie podlá nároku 1, vyznačujúce sa tým, že počet telies dezintegrátorov aplikovaných v zostave je určený veľkosťou prierezovej plochy hĺbeného priestoru .