SU759695A1 - Устройство для термомеханического бурения горных пород 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к конструкции устройства для термомеханического бурения горных пород и может быть использовано для образования шпуров и скважин.

Известно устройство для термомеханического бурения горных пород, представляющее собой комбинацию поршневого механизма ударного действия и камеры сгорания, которая расположена в полости бурового долота и соединена с каналами подвода воздуха и горючего [1].

В этом устройстве воздух подается от располагаемого на поверхности компрессора к ударному механизму и в камеру сгорания по колонне буровых труб или проходящим внутри них магистралям. Наличие воздушных коммуникаций между компрессором, ударным механизмом и камерой сгорания бурового устройства приводит к путевым потерям воздуха.

В результате коэффициент полезного действия устройства снижается.

Кроме того, воспламенение топливной смеси в известном устройстве осуществляется с помощью запального приспособления, например, от электрической свечи. Это приводит к усложнению конструкции уст2

ройства и к уменьшению надежности его эксплуатации из-за трудностей с запуском в работу.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для термомеханического ₅ бурения горных пород, содержащее размещенный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного циклического перемещения ударный поршень, воздействующий на буровое долото, закрепленное в корпусе аксиально подвижно относительно него, и рас10 положенную в ударном поршне камеру сгорания с выхлопным отверстием, сообщенную с магистралями подвода воздуха и горючего через каналы в поршне [2].

В этом устройстве перемещение ударного поршня достигается за счет внутрикамер¹⁵ ного давления продуктов сгорания и воздух подается лишь для работы камеры сгорания.

Однако и в этом случае его потери при транспортировании неизбежны.

20 Устройство также требует применения запального приспособления для воспламенения образующейся в камере сгорания топливной смеси. Кроме того, отбор части газа из камеры сгорания на перемещение порш759695

ня снижает эффективность .кинематического воздействия струи на разрушаемую породу. В конечном итоге коэффициент полезного действия устройства заметно снижается.

Цель изобретения — повышение КПД и надежности эксплуатации устройства.

Цель достигается тем, что долото снабжено расположенной в выхлопном отверстии камеры сгорания поршнеобразной наковальней, при этом воздухоподводяшие каналы в ударном поршне оснащены на выходе в камеру сгорания клапанами и соединены с компрессорной камерой, которая образована между торцами корпуса и поршня и сообщена с атмосферой каналами, где установлены клапаны.

При этом ударный поршень со стороны компрессорной камеры нагружен пружиной.

На чертеже схематически изображено устройство для термомеханического бурения.

В корпусе 1, соединенном с колонной (не показаны) бурильных труб, размещен ступенчатой формы ударный поршень 2, имеющий в своем теле полость 3, служащую камерой сгоранйя, и взаимодействующий с буровым долотом 4, которое установлено с возможностью аксиального перемещения относительно корпуса 1.

Образованная в полости поршня 2 камера 3 сгорания соединена с каналами 5 для водвода воздуха и с каналом 6 для подвода горючего и имеет выхлопное отверстие 7 для истечения образующихся газообразных продуктов сгорания, перекрываемое поршнеобразной наковальней 8 бурового долота 4.

Воздухоподводящие каналы 5 в теле поршня 2 на выходе в камеру 3 сгорания перекрываются клапанами 9 и сообщаются с компрессорной камерой 10, образованной между торцами корпуса 1 и поршня 2. В свою очередь компрессорная камера 10 сообщается с пространством колонны бурильных труб через воздухоподводящие каналы 11 с установлеными в них клапанами 12.

Ударный поршень 2 со стороны компрессорной камеры 10 нагружен пружиной 13, которая надета на его ступень меньшего диаметра. В буровом долоте 4 выполнены сопловые каналы 14 для прохода продуктов сгорания.

Устройство для термомеханического бурения горных пород работает следующим образом.

В определенный момент работы в камере 3 сгорания происходит сжатие некоторой порции воздуха. Сжатие происходит до тех пор, пока поршень 2 ударит по наковальне 8 долота 4, которое воздействует на разрушаемую породу. При этом воздух в камере 3 сгорания нагревается до температуры воспламенения топлива. В этот момент происходит впрыск горючего в камеру 3 сгорания через форсунку (не показана), в результате чего топливо воспламеняется, а ударный поршень 2 перемещается под давлением образовавшихся газов в компрессорную камеру 10, сжимая пружину 13.

В определенном положении поршня 2 открывается выхлопное отверстие 7 камеры 3 сгорания и продукты сгорания истекают из нее" через сопловые каналы 14 долота 4 на забой, разрушая и термически ослабляя слой породы.

Поршень 2 продолжает двигаться в камере 10, вытесняя воздух из нее через клапаны 9 каналов 5 и продувая камеру 3 сгорания. При этом клапаны 12 каналов 11 закрыты.

Дойдя до некоторого верхнего положения, поршень 2 под действием сжатой пружины 13 устремляется в сторону долота 4. Клапаны 9 при этом закрываются, а клапаны 12 открываются, в результате чего из полости колонны бурильных труб всасывается новая порция воздуха в камеру 10.

Поршень 2 в конце своего пути наносит удар по наковальне 8 бурового долота 4, которое разрушает термически ослабленный слой породы.

Далее цикл повторяется.

Разрушенная порода удаляется из скважины отработанными газообразными продуктами сгорания. В процессе своей работы устройство получает вращательное движение вокруг своей оси от привода (не показан) на поверхности через колонну бурильныз труб.

Claims (2)

1. Формула изобретения

   1. Устройство для термомеханического бурения горных пород, содержащее размещенный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного циклического перемещения ударный поршень, воздействующий на буровое долото, закрепленное в корпусе аксиально подвижно^-относительно него, и расположенную в ударном поршне камеру сгорания с выхлопным отверстием, сообщенную с магистралями подвода воздуха и горючего через каналы в поршне, отличающееся тем, чтб, с целью повышения его КПД и надежности эксплуатации, долото снабжено расположенной в выхлопном отверстии камеры сгорания поршнеобразной наковальней, при этом воздухоподводящие каналы в ударном поршне оснащены на выходе в камеру сгорания клапанами и соединены с компрессорной камерой, которая образована между торцами корпуса и поршня и сообщена с атмосферой каналами, где установлены клапаны.
2. 2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что ударный поршень со стороны компрессорной камеры нагружен пружиной.