SU1573171A1

SU1573171A1 - Device for forming directional cracks in boreholes

Info

Publication number: SU1573171A1
Application number: SU884426865A
Authority: SU
Inventors: Николай Георгиевич Кю; Олег Игнатьевич Чернов; Иван Васильевич Шабалин; Лев Николаевич Шепелев
Original assignee: Институт Горного Дела Со Ан Ссср
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1988-05-13
Publication date: 1990-06-23

Abstract

Изобретение относитс к разрушению горных пород. Цель - повышение эффективности работы устройства за счет сужени зоны концентрации напр жений в направлении образуемой трещины. Корпус (К) 1 устройства выполнен в виде стакана с кольцевым упорным буртом на наружной поверхности у днища и радиальными выходными отверсти ми и заполнен рабочим телом. На К 1 с возможностью продольного перемещени насажено нажимное кольцо 3. Соосно между упорным буртом и кольцом 3 на К 1 насажены кольцевые герметизаторы (КГ) 4 и 5 трапецеидального поперечного сечени с образованием между ними кольцевой щели 6 треугольного поперечного сечени с прилегающим к отверсти м 2 основанием. Соосно К 1 установлена и св зана с ним резьбой 9 труба 7 с поворотной руко ткой 8. В трубе 7 установлен и св зан с ней резьбой 13 поршень 10 со штоком 11 с дополнительной поворотной руко ткой 12. На образующих щель 6 поверхност х КГ 4 и 5 соосно установлены тарельчатые пружины (ТП) 14 и 15 с радиальными прорез ми по периферии. Между торцом 7 и ТП 14 расположена трубчата втулка 17 и охватывает К 1 на уровне расположени кольца 3 и КГ 5. На наружной поверхности К 1 выполнен выступ дл упора в него внутреннего кра ТП 15 со стороны упорного бурта. Вращением трубы 7 с помощью руко тки 8 навинчивают ее на К 1. При этом КГ 4 и 5, расшир сь, герметизируют пространство между стенками шпура и устройством. Одновременно втулка 17 сдавливает ТП 14 и 15, внедр их в породу и образу начальную трещину. Затем руко ткой 12 вращают шток 11, который перемещает поршень 10, подава под давлением флюид через отверсти 2 в пространство между ТП 14 и 15. За счет их радиальных прорезей флюид раздвигает КГ 4 и 5, повыша герметизацию в зоне щели 6, и воздействует на породу. Это приводит к ее разрыву по линии концентрации напр жени с образованием трещины, перпендикул рной оси шпура. 2 ил.The invention relates to the destruction of rocks. The goal is to increase the efficiency of the device by reducing the stress concentration zone in the direction of the formed crack. The housing (K) 1 of the device is made in the form of a beaker with an annular thrust collar on the outer surface at the bottom and radial outlet openings and is filled with working fluid. A pressure ring is fitted on K 1 with the possibility of longitudinal movement. Ring rings (KG) 4 and 5 of trapezoidal cross section are fitted coaxially between the thrust collar and ring 3 on K 1 with the formation of an annular gap 6 of triangular cross section between them with an adjacent hole 2 the base. Coaxially K 1 is installed and connected with it by thread 9, pipe 7 with a rotary handle 8. In pipe 7, a piston 10 is mounted and connected with a thread 13 with a rod 11 with an additional rotary handle 12. On the surfaces of the slot 6 KG 4 and 5 coaxially mounted cup springs (TP) 14 and 15 with radial slots around the periphery. Between the end 7 and TP 14 there is a tubular bushing 17 and covers K 1 at the level of the ring 3 and CG 5. On the outer surface of K 1 there is a protrusion for abutting the inner edge of the TP 15 on the side of the stop collar. Rotation of the pipe 7 with the help of the handle 8 is screwed on it to K 1. At the same time, KG 4 and 5, expanding, seal the space between the walls of the hole and the device. At the same time, the sleeve 17 squeezes TP 14 and 15, introducing them into the rock and forming the initial crack. Then the handle 12 rotates the rod 11, which moves the piston 10, supplying fluid under pressure through the holes 2 into the space between TP 14 and 15. Due to their radial cuts, the fluid spreads KG 4 and 5, increasing the sealing in the area of the slot 6, and acts on breed. This leads to its rupture along the stress concentration line with the formation of a crack, perpendicular to the axis of the hole. 2 Il.

Description

12 вращают шток И, который перемещает поршень 10 подава под давлением флюид через отверсти 2 в пространство между ТП 14 и 15. За счет их радиальных прорезей флюид раздвигает КГ 4 и 512 rotate the piston rod AND, which moves the piston 10 by supplying fluid under pressure through the openings 2 into the space between TP 14 and 15. Due to their radial slits, the fluid moves KG 4 and 5

повыша герметизацию в зоне щели 6, и воздействует на породу. Это приводит к ее разрыву по линии концентрации напр жени с образованием трещины, перпендикул рной оси шпура. 2 ил.increasing sealing in the area of the slit 6, and affects the rock. This leads to its rupture along the stress concentration line with the formation of a crack, perpendicular to the axis of the hole. 2 Il.

Изобретение относитс к разрушению гор- ных пород и может быть использовано дл отделени горной породы от массивов, раскалывани негабаритов, добычи и обработки строительного камн .The invention relates to the destruction of rocks and can be used to separate rocks from rock massifs, splinter oversize, mine and process building stone.

Цель изобретени - повышение эффективности работы устройства за счет суже- ни зоны концентрации напр жений в направлении образуемой трещины.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the device by reducing the stress concentration zone in the direction of the formed crack.

На фиг. 1 представлено устройство в шпуре, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.FIG. 1 shows the device in the hole, a longitudinal section; in fig. 2 is a section A-A in FIG. one.

Устройство включает заполненный рабочим телом корпус 1 в виде стакана с кольцевым упорном буртом на наружной поверхности у днища и радиальными выходными отверсти ми 2. На корпусе 1 с возможностью продольного перемещени наса- жено нажимное кольцо 3. Кольцевые герметизаторы 4 и 5 трапецеидального поперечного сечени соосно насажены на корпус 1 между упорным буртом и нажимным кольцом 3 с образованием между собой кольцевой щели 6 треугольного поперечного сечени с основанием, прилегающим к радиальным отверсти м 2. Труба 7 с поворотной руко ткой 8 соосно корпусу св зана с ним резьбой 9 и вл етс узлом продольного перемещени нажимного кольца 3 Поршень 10 со штоком 11 с дополнительной поворот- ной руко ткой 12 установлен в трубе 7, св зан с ней резьбой 13 и вл етс узлом создани давлени рабочего тела в корпусе 1. Тарельчатые пружины 14 и 15 с радиальными прорез ми 16 по периферии соосно установлены на образующих кольцевую щель 6 поверхност х кольцевых герметизаторов 4 и 5. Трубчата втулка 17 охватывает корпус на уровне расположени кольца 3 и герметизатора 5 и расположена между торцом трубы 7 и тарельчатой пружиной 14. На наружной поверхности корпуса 1 выполнен кольцевой выступ 18 дл упора в него внутреннего кра тарельчатой пружины 15 со стороны упорного бурта .(The device includes a body 1 filled with a working body in the form of a glass with an annular thrust collar on the outer surface at the bottom and radial outlet openings 2. On the body 1 the pressure ring 3 is displaceably displaceable. The annular seals 4 and 5 of trapezoidal cross section are coaxially mounted on the case 1 between the stop collar and the pressure ring 3 with the formation between them of an annular gap 6 of triangular cross section with a base adjacent to the radial holes 2. Pipe 7 with a rotary handle 8 is coaxially connected to the housing with thread 9 and is a unit for longitudinal movement of the pressure ring 3. The piston 10 with rod 11 with an additional rotary knob 12 is installed in pipe 7, is connected with thread 13 to it bodies in the housing 1. The disc springs 14 and 15 with radial slots 16 are circumferentially coaxially mounted on the surfaces of the annular seals 4 and 5 forming the annular gap 6. The tubular sleeve 17 encloses the body at the level of the ring 3 and the sealer 5 and is located between the torus ohm pipe 7 and plate spring 14. On the outer surface of the housing 1 is formed an annular projection 18 for abutment against the inner edge has a plate spring 15 by the thrust collar. (

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Устройство заполн ют рабочим телом - пластическим флюидом (специальной смесью ) и навинчивают трубу 7 на корпусе 1 таким образом, чтобы устройство могло относительно свободно перемещатьс вдоль шпура, а герметизаторы 4 и 5 при этом соприкасались с горной породой. Затем устройство опускают в шпур на требуемую глубину. С помощью руко тки 8 вращаютThe device is filled with a working fluid, a plastic fluid (special mixture), and the tube 7 is screwed on the housing 1 so that the device can move relatively freely along the hole, and the sealers 4 and 5 are in contact with the rock. Then the device is lowered into the hole to the desired depth. Using knob 8 rotates

трубу 7, котора за счет трени герметизаторов 4 и 5 о стенки шпура навинчиваетс на корпус 1. При этом герметизаторы 4 и 5 расшир ютс , тем самым герметизиру пространство между стенками шпура и устройством и одновременно втулка 17 сдавливает тарельчатые пружины 14 и 15, пыта сь внедрить их в горную породу . В результате по линии контакта тарельчатых пружин и горной породы концентрируютс напр жени , которые в р де случаев могут даже образовывать начальную трещину в плоскости, перпендикул рной оси шпура, до подачи в зону разрыва флюида. После этого с помощью руко тки 12 вращают шток 11, который перемещает поршень 10, подава тем самым флюид под давлением через отверсти 2 в пространство между тарельчатыми пружинами. За счет прорезей 16 флюид раздвигает герметизаторы, повыша герметизацию в зоне кольцевой щели, и воздействует на горную породу, что приводит к ее разрыву по линии концентрации напр жени (по линии ее контакта с тарельчатыми пружинами) с образованием трещины, перпендикул рной оси шпура. Дальнейшее развитие этой трещины происходит под действием проникающего в нее флюида под давлением. Размер трещины определ етс количеством поданного в нее флюида, что зависит от числа оборотов штока 11 или рассто ни , на которое перемещаетс поршень 10. Если устройство используетс дл разрушени блоков горных пород, то флюид подаетс в трещину до тех пор, пока блок не расколетс на две части. Подав в трещину требуемый объем флюида, вращением руко тки 12 перемещают поршень 10 в сторону от отверсти 2, сбрасыва тем самым давление флюида. Затем вращением руко тки 8 осуществл ют разгерметизацию пространства между стенками шпура и устройством и последнее извлекают из шпура. Флюид дл заполнени устройства должен обладать большим сопротивлением перемещению по щели, чтобы не выходить на боковую поверхность блока до разрушени последнего на отдельные части. В качестве флюида желательно использовать пластилин или смесь глины и дизельного топлива.the pipe 7, which is screwed onto the housing 1 due to the friction of the seals 4 and 5 against the walls 1. At the same time, the sealers 4 and 5 expand, thereby sealing the space between the walls of the hole and the device and at the same time the sleeve 17 squeezes the cup springs 14 and 15, to introduce them into the rock. As a result, stresses are concentrated along the contact line of the disc springs and rock, which in some cases can even form an initial crack in a plane perpendicular to the hole axis, before being supplied to the fracture zone of the fluid. After that, using the handle 12, rotate the rod 11, which moves the piston 10, thereby supplying fluid under pressure through the openings 2 into the space between the cup springs. Due to the slots 16, the fluid expands the sealers, increasing the sealing in the zone of the annular gap, and acts on the rock, which causes it to rupture along the stress concentration line (along the line of its contact with the cup springs) to form a crack perpendicular to the axis of the hole. Further development of this crack occurs under the action of a fluid penetrating it under pressure. The size of the fracture is determined by the amount of fluid fed into it, which depends on the number of revolutions of the rod 11 or the distance that the piston 10 moves. If the device is used to destroy rock blocks, the fluid is fed into the crack until the block has split. two parts. By supplying the required fluid volume to the fracture, rotating the knob 12 moves the piston 10 away from the orifice 2, thereby relieving the fluid pressure. Then, by rotating the handle 8, the space between the walls of the hole and the device is depressurized and the latter is removed from the hole. The fluid for filling the device must have a large resistance to movement along the slot in order not to reach the side surface of the block before the latter breaks up into separate parts. It is desirable to use plasticine or a mixture of clay and diesel fuel as a fluid.

Устройство разработано дл ориентированного разрушени горной породы, в которую могут внедр тьс тарельчатые пружины , образу в ней выколы или трещины. Оно предназначено дл раскалывани в основном сравнительно непрочных блоков, например , из полиметаллических руд, песчаника , известн ка, каменной соли и т. д. Пример. Устройство заполнили пластилином и подали в шпур диаметром 42 мм, пробуренный в блоке известн ка с размерами 50X60X80 см. Вращением трубы 7 с помощью руко тки 8 внедрили тарельчатые пружины в известн к с одновременной герметизацией пространства между стенками шпура и устройством. Затем вращением руко тки 12 перемещали поршень 10 в направлении к корпусу. На руко тке 12 был установлен динамометр на рассто нии 30 см от оси устройства. При достижении усили в месте установки динамометра 2,3 кг про- изошел начальный надрыв блока. Дальнейшее вращение руко тки 12 происходило с посто нно убывающим усилием. Когда в трещину было подано примерно 45 мл пластилина , блок раскололс на две части. Плоскость разрыва оказалась перпендикул рной к шпуру и проходила через место внедрени тарельчатых пружин в известн к. След от тарельчатых пружин имел глубину примерно в 1 мм.The device has been designed for the oriented destruction of a rock into which cup springs can be inserted to form holes or cracks in it. It is intended for splitting mainly relatively fragile blocks, for example, from polymetallic ores, sandstone, limestone, rock salt, etc. Example. The device was filled with plasticine and filed into a hole 42 mm in diameter, drilled in a limestone block with dimensions 50X60X80 cm. Rotation of pipe 7 using handle 8 introduced cup-shaped springs into limestone while simultaneously sealing the space between the walls of the hole. Then, by turning the knob 12, the piston 10 was moved towards the body. On the handle 12, a dynamometer was installed at a distance of 30 cm from the axis of the device. Upon reaching the force at the installation site of the dynamometer of 2.3 kg, an initial tear of the block occurred. Further rotation of the handle 12 occurred with a constantly decreasing force. When approximately 45 ml of clay was fed into the crack, the block split into two parts. The rupture plane was perpendicular to the hole and passed through the place where the cup springs were inserted into the limestone. The track of the cup springs had a depth of about 1 mm.

Claims

Invention Formula

A device for the formation of directional cracks in wells, including a body filled with a working body in the form of a glass with an annular thrust collar on the outer surface at the bottom and a radial 5 0 0

five

0

outlets, a pressure ring mounted on the body with the possibility of longitudinal movement, annular seals of trapezoidal cross section coaxially mounted on the body between the stop collar and the pressure ring with the formation of an annular gap of a triangular cross section between them, with a base adjacent to the radial holes, a unit of a longitudinal transfer pressure ring in the form of a coaxial pipe with a rotary handle coaxial with the body and the thread connected to it; a bar in the form of coaxial and opposed bottom piston casing with a rod and an additional rotary knob, characterized in that, in order to increase the efficiency of the device by narrowing the stress concentration zone in the direction of the formed crack, it is equipped with radially slotted springs on the periphery coaxially mounted on the annular gap-forming surfaces of the annular sealers, and a tubular bushing enclosing the housing at the level of the pressure ring with the annular g adjacent thereto A sealer and a pipe spring located between the end of the pipe and the closest spring to it, while on the outer surface of the body there is an annular protrusion for supporting the inside edge of the disk spring from the side of the stop collar.

15