SU1747700A1 - Гидромониторна головка - Google Patents

Abstract

Использование: вымывание шпуров на пластах полезного ископаемого. Сущность изобретени : гидромониторна  головка содэржит внутреннюю 4 и внешнюю 5 насадки с конически сопр женными между собой поверхност ми . Насадки 4 и 5 расположены с возможностью относительного осевого перемещени  и с образованием кольцевой камеры 11. На буровой штанге 3 и на насадке 4 закреплена втулка 2. Задний торец 13 насадки 5 расположен во втулке 2 с образованием кольцевой камеры 10. Камера 10 каналами 8 сообщена с проточной полостью 6 насадки 4. Площадь заднего торца 13 насадки 5 в 1,01-1,10 раза превышает площадь проекции зоны сопр жени  конических поверхностей насадок 4,5 на плоскость , перпендикул рную их продольной оси. 2 ил.

Description

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для вымывания шпуров заданного диаметра на пластах полезного ископаемого, подверженных внезапным выбросам угля и газа.

Известна гидромониторная головка, представляющая собой фасонную трубку специального профиля, которая жестко соединена со стволом гидромонитора. При работе гидромониторная головка формирует струю воды и под большим давлением выбрасывает ее на угольный забой. В результате сильного удара струи уголь разрушается и отделяется от забоя.

Основным недостатком гидромониторной головки является низкая безопасность вымывания шпуров из-за того, что таким устройством осуществляют гидроразмыв больших массивов угля и проведение скважин большого поперечного сечения, но на пластах, подверженных внезапным выбросам угля и газа, это возможно только после проведения специальных работ Но снятию напряженного состояния угольного массива для предотвращения газодинамических явлений.

Наиболее близкой к предлагаемой является гидромониторная головка, содержащей'внутреннюю коническую насадку с боковыми отверстиями, жестко соединенную' ‘с Нолой буровой штангой, наружную насадку, имеющую возможность осевого перемещения, пружину и кольцевой упор.

При буренйивмягких породах пружина находится в разжатом состоянии, обеспечивая зазор между насадками. Струя жидкости формируется выходным отверстием наружной, насадки, поступая к нему через выходное отверстие внутренней насадки и ее боковые отверстия. При бурении в твердых породах, требующих высокой скорости размывающей струи, диаметр скважины уменьшается и внешняя коническая поверхность наружной насадки упирается в стенки скважины. Под действием осевого усилия на головку наружная насадка перемещается относительно внутренней насадки, сжимая пружину и перекрывая боковые отверстия внутренней насадки. В этом случае струя жидкости формируется выходным отверстием внутренней насадки, приобретая увеличенную скорость истечения, необходимую для размыва твердых пород.

При переходе головки из твердых пород в мягкие высокоскоростная струя жидкости интенсивно размывает эти породы, в результате чего контакт головки с породой утрачивается, пружина разжимается и скорость истекающей струи снижается.

Основным недостатком гидромонитор-? ной головки является низкая безопасность и эффективность вымывания шпуров на пластах, подверженных внезапным выбросам 5 угля и газа, так как величина гидроразмыва С ее помощью происходит неконтролируемо и на практике невозможно получить шпуры заданной геометрии. Увеличение же поперечного сечения шпура до значения, 10 большего некоторой величины, устанавливаемой с учетом конкретных горногеологических условий, способно спровоцировать внезапный выброс угля и газа,

Целью изобретения является повыше15 ние эффективности работы'гидромониторной головки за счет увеличения точности поддержания заданных размеров поперечного сечения вымываемых шпуров.

Поставленная цель достигается тем, что 20 гидромониторная головка, включающая внутреннюю и внешнюю насадки с коническими сопряженными между собой поверхностями, коицёнтрично расположенные с возможностью относительного осевого пе25 ремещения и с образованием кольцевой камеры, соединенной каналами с проточной полостью внутренней насадки, сообщенной с полой буровой штангой, снабжена втулкой, закрепленной на полой буровой штанге 30 и внутренней насадке, а задний торец внешней насадки расположен во втулке с образованием дополнительной кольцевой камеры, сообщенной посредством каналов, выполненных в стенке внутренней насадки, с ее 35 проточной полостью, при этом площадь заднего торца внешней насадки в 1,01—1,10 раза превышает площадь проекции зоны сопряжения конических поверхностей внутренней и внешней насадок на плоскость, 40 перпендикулярную их продольной оси.

На фиг.1 изображено расположение гидромониторной головки в шпуре, общий вид; на фиг.2 - то же, продольный разрез.

Гидромониторная головка 1 состоит из 45 втулки 2, жёстко соединенной с помощью резьб; с одной стороны с полой буровой штангой 3, которая, в свою очередь, соединена с гидравлическим механизмом подачи (не показан), ас другой - с внутренней на50 садкой 4, на которой размещена наружная насадка 5, Внутренняя насадка 4 содержит проточную полость 6, в правую часть (к забою скважины) которой ввинчено сопло 7, И два ряда каналов 8 и 9. Левая часть наруж55 ной насадки 5 размещена в пространстве между цилиндрическими поверхностями внутренней насадки 4 и втулки 2 образуя кольцевую камеру 10, соединенную каналами 8 с проточной полостью S.

Наружная поверхность насадки 4 в средней части сужена и совместно с внутренней поверхностью насадки 5 образует вторую кольцевую камеру 11, также соединенную каналами 9 с проточной полостью 6. Правые части внутренней поверхности насадки 5 и наружной поверхности насадки 4 выполнены коническими. Эти две поверхности создают между собой зону сопряжения, служащую запорным элементом 12.

Конструктивно наружная насадка 5 выполнена так, что площадь ее заднего торца 13 превышает площадь проекции зоны сопряжения конических поверхностей внутренней 4 и внешней 5 насадок на плоскость, /перпендикулярную их продольной оси, в 1,01-1,10 раза.

Площадь проекции зоны сопряжения конических поверхностей на плоскость, перпендикулярную их продольной оси, оп- 20 ределим следующим образом. Площадь проекции поверхности неусеченного конуса с диаметром основания di равна площади его основания т.е, тг/4 di². Поскольку конус усеченный, то из полученной величины следует вычесть площадь его верхнего основания, диаметр которого равен d2. -π/4 бг². Разность этих площадей и определит зависимость для расчета торной головки 1. При продвижении гидромониторной головки 1 вперед наружная насадка 5 упрется своей передней выступающей кромкой в оставшиеся целики угля и. 5 преодолевая сопротивление запирающего усилия, разомкнет конические поверхности запорного устройства 12. Вода, поступая под давлением по каналам 9 во внутренней насадке 4 в кольцевую полость 11, формируется в образовавшемся кольцевом зазоре в коническую струю; разрушает оставшиеся целики угля и выравнивает боковые стенки, шпура. Как только препятствие будет устранено,-'Запирающее уси !ие передвинет наружную насадку 5 вперед и запрет элемент 12. Изменяя площадь контактирования конических поверхностей и давление воды в буровой штанге 3, регулируют величину запирающего усилия.

Использование предлагаемой гидромониторной головки позволяет безопасно вымывать в массиве полезного ископаемого длинные шпуры заданного поперечного сечения на пластах, подверженных внезапным выбросам угля и газа.

Claims (1)

1. Формулаизобретения

   Гидромониторная головка, включающая внутреннюю и внешнюю насадки с коническими сопряженными между собой поверхностями, концентрично расположенные с возможностью относительного осевого перемещения и с образованием кольцевой камеры, соединенной каналами с проточной полостью внутренней насадки, сообщенной с буровой штангой, отличающаяся тем. что. с целью повышения эффективности работы гидромониторной головки за счет увеличения точности поддержания заданных размеров поперечного 40 сечения вымываемого шпура, она снабжена втулкой, закрепленной на буровой штанге и на внутренней насадке, а задний торец внешней насадки расположен во втулке с образованием дополнительной 45 кольцевой камеры, сообщенной посредством каналов, выполненных в стенке внутренней насадки, с проточной полостью последней, при этом площадь заднего торца внешней насадки в 1,01-1,10 раза превышает площадь проекции зоны.солряжения.конических поверхностей внутренней и внешней насадок на плоскость, перпендикулярную их продольной оси,

   Устройство работает следующим образом.

   Вода под напором поступает в гидромониторную головку 1 по полой буровой штанге 3 и далее в проточную полость 6. Сопло 7 формирует высоконапорную струю, которая производит разрушение угля в массиве. Одновременно по каналам 8 и 9 вода поступает в кольцевые полости 10 и 11. За счет разности площадей левого торца 13 и проекции зоны контакта конических поверхностей на плоскость, перпендикулярную продольной оси головки 1, на которые одновременно · действует напор воды, возникает усилие, передвигающее наружную насадку 5 вправо и удерживающее запорный элемент 12 в закрытом положении.

   Напор струи воды, выходящей из сопла ! 7, подбирают такой величины, чтобы зона разрушения угля в поперечном сечении не превышала наружный диаметр гидромони35