SU866095A1 - Способ термодинамического разрушени горных пород и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ,

Изобретение относитс  к термодина 1« ческому разрушению горных пород комбинированным воздействием нагретых струй газа, демонационных волн |И ударной коронки и мбжет быть использовано, в частности, дл  бурени  взрывных скважин. Известен способ термодинамическог разрушени  породы и устройство дл  его реализации, включающее центральную камеру сгорани  с магистрал ми подвода горючего и окислител  и наружную кольцевую камеру сгорани , ко тора  через перекрываемые клапанами каналы соединена с подготовительной смеси тельной камерой,сообщенной с магистрал ми подвода горючего и окислител . Кольцева  камера сгорани  размещена в кожухе и оснащена аксиально подвиж ной сопловой крышкой, жестко скрепленной с подпружиненной кольцевой бу ровой коронкой, установленной снаружи кожуха Cl1В этом устройстве ударна  кольцева  коронка посто нно контактирует с разрушаемой поверхностью породы и подвергаетс  нежелательному воздействию высокотемпературных продуктов сгорани , привод щих к разрушению ее твердосплавных вставок. При этом Ьурова  коронка, наход сь в посто нном контакте с разрушаемой поверхностью породы, не получает достаточной скорости перемещени  под давлением детонационных волн, возникающих в кольцевой камере. По этим причинам эффективность разрушени  породы оказываетс  невысокой. Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  способ термодинамического разрушени  горных пород комбинированным воздействием нагретых струй газа, детонационных волн и ударной коронки, включающий подачу горючего и окислител  в центральную камеру сгорани  образование топливной смеси в подготовительной камере и подачу ее в наружную кольцевую камеру сгорани , воспламенение топливной смеси в камерах сгорани  и выброс образующихс  продуктов сгорани  на поверхность горной породы С2. Устройство дл  реализации способа содержит центральную камеру сгорани  с магистрал ми подвода гор чего и, окислител  и наружную камеру сгорани  котора  через перекрываемые клапана ми каналы соединены с подготовительной камерой, сообщенной с магистрал ми подвода горючего и окислител , при зтом кольцева  камера сгорани  разме щена в кожухе и оснащена аксиально подвижной сопловой крьшкой, жестко скрепленной с подпружиненной кольцевой буровой коронкой, установленной снаружи кожуха торце кожуха устройства распол жены опорные башмакиIконтактирующие с разрушаемо поверхностью и служащие направл ющими дп  коронки. Благодар  наличию башмаков коронка располагаетс  вне зоны высокотемператур ных продуктов сгорани  и приобретает возможность разгона с породой. Однак из-за отсутстви  герметизации кольце вой камеры сгорани  при заполнении ее топливной смесью давление возника ющей при ее воспламенении детонацио ной волны оказываетс  недостаточным дп  перемещени  коронки, чтобы ога могла эффективно разрушать породу. Цель изобретени  - повышение эффе тивности разрушени  породы. Эта цель достигаетс  , тем что наружную кольцевую камеру сгорани  герметизируют на выхоДе, а дл  воспл менени  наход щейс  в ней топливной смеси перепускают часть продуктов сгорани  из центральной камеры. В устройстве дл  осуществлени  способа соплова  крьш1ка имеет с внут ренней стороны кольцевой выступ дп  герметизации наружной камеры сгорани при этом обе камеры сообщены посредством сквозного отверсти , периодиче ки перекрываемого поршневым клапаном Кроме того, площадь поршн  поршн вого клапана со стороны центральной камеры сгорани  меньше его площади с стороны наружной камеры сгорани . Благодар  такому выполнению устройства удаетс  повысить эффективность способа разрушени  горных по-род , так как от величины давлени  продуктов детона1;ии пр мо пропориональнЬ зависит скорость перемещени  коронки и величина давлени  детонационных волн, воздействующих на поверхность породы. На (}иг. 1 показано устройство п  реализации предлагаемого способа азрушени  на фиг. 2 - узел I на Jwr.lJ на фиг. 3 - вид А на фиг.2 фиг. 4 - узел Е на фиг.1. Способ разру зени  горных пород осуществл етс  устройством, имеющим кожух 1 (фиг. I), в котором размещена центральна  камера 2 сгораш  и коаксиально расположенна  ей наружна  кольцева  камера 3 сгорани . Камера 2 сгорани  соединена с ма гистрал ми 4 и 5 соответственно дл  подво| да горючего и окислител  и снабжена на входе форсункой 6 дл  распьшивани  горючего и согшовой крышкой 7 на выходе жестко соединенной с корпусом 8 камеры 2 сгорани . Камера 3 сгорани  через перекрываемые лепестковыми клапанами 9 каналы 10 (фиг. 2 и 3) соединена со смесительной подготовительной камерой 11, котора  сообщена с магистрал ми 12 и 13 соответственно дл  подаЧи горючего и окислител . На входе камеры 3 установлено штамезащктное приспособление 14, а на выходеаксиально подвижна  соплова  крьш1ка 15 с внутренним кольцевым выступом 6, плотно прижата  к сопловой крьш1ке 7 и жестко соединенна  с кольцевой коронкой 7. Коронка 17, установленна  снаружи кожуха 1, снабжена упорами , между которыми расположена пружина 18, служаща  дл  прижати  сопловых крьш1ек 7 и 15, герметизирующих при этом камеру 3, а также дл  возврата коронки 17 после удара. На торце кожуха 1 закреплены опорные башмаки 19, выполненные из жаростойкого материала. Они посто нно контактируют с поверхностью разрушаемой породы и служат в качестве направл ющих дл  перемещени  коронки 17. Причем в опорных башмаках 19 предусмотрены каналы 20 дл  прохода охлаждающей среды. В нижней части корпуса 8   полнено сквозное отверстие, в которое установлен цилиндр 21 (фиг. 4) с расположенным в нем поршневым клапаном в виде дифференциального поршн  22, причем площадь торца поршн  со CTOpoMJ камеры 2, меньше шющгзди торца со сто роны камеры 3. Поршень 22 служит дп  периодического ггропуска высокотемпературных газов по каналам 23 цилиндра 21 из камеры 2 в камеру 3.

Осуществление предлагаемого способа по сн етс  далее на примере работы устройства.

По магистрал м 4 и 5 в центральную камеру 2 сгорани  поступают горючее, например бензин, и окислитель, например воздух, где они смешиваютс  и образуют топливную смесь, при сгорании которой возникают высокотемпературные газы, истекаюпц.е через отверсти  сопловой крьшки 7 и воздействующие на забой скважины.

Одновременно по магистрал м 12 и 13 в смесительную камеру 1 поступают горючее и окислитель, образующие в ней топпивную смесь. Эта смесь при достижении заданной давлени  по каналам 10 через открытые клапаны 9 поступает через отверсти  пламезащитного приспособлени  14 в кольцевую камеру 3 сгорани .

В начальный момент заполнени  камеры 3 топливной смесью дифференциальный поршень 22 под действием давлени  высокотемпературных газов камеры 2 находитс  в крайнем левом положении и перекрывает канал 23 Цилиндра 21, тем самым преп тству  истеканию высокотемпературных газов из центральной камеры 2 в кольцевую камеру 3. Заполнение кольцевой камеры 3 топливной смесью осуществл ют при таком начальном давлетш этой смеси, которое формирует на сопловой Крышке I5 такое усилие, которое ниже усили  пружины 18, осуществл ющей герметизацию камеры 3. Однако этой величины давлени  должно быть достаточно дл  перемещени в правое положение дифференциального поршн  22. Как только давление топлив ной смеси достигает заданного значеш , поршень 22 перемещаетс  вправо и открывает канал 23, по которому в кольцевую камеру 3 поступ т высокотемператургеле газы из камеры 2, в результате чего в камере 3 14(жсходат взрывание топливной смеси.

Давлением взрыва в кольцевой камере 3 сгорани  перемещаютс  дифференциальньЕй поршень 22 в крайнее правое положение, перекрыва  каналы 23, соплова  крышка 15 с коронкой 17, сжима  пружину 18. Тем самым осущест|вл етс  разгон коронки 17, котора  (наносит удар по забою скважины. Благодар  тому, что выступом 16 осуществл етс  герметизаци  кольцевой камеры 3 сгорани , как во врем  заполнени  ее топливной смесью, так и на некоторое врем при разгоне сопловой крышю 15 с коронкой 17, энерги  5 |продуктов взрыва в кольцевой камере 3 эффективно используетс  на разгон сопловой крышки 15 с коронкой 17. iB конце разгона сопловой крышки 15 ее выступ 16 выходит из камеры 3, про0 дукты взрыва истекают из нее и совместно со струей газов, посто- нно истекающих из центральной камеры 2 сгорани ,образуют пульсирующую дето национн волну, удар ющую по поверхности породы. Таким образом, порода

5 подвергаетс  комбинированному воздействию посто нно истекающей из цент ральной камеры 2 высокотемпературной струи газов, котора  разупрочн ет забой и частично разрушает его, ударом

0 кОронКи J 7 и ударом детонационных волн.

Продукты разрушени  истекают через зазор 24 между стенкой скважины и буровой коронкой 17 и вынос тс  на по5 верхноСть.

В качестве охлаждающей среды используетс  сжатый воздух, который, проход  через каналы 20 в опорных башмаках 19 и каналы 25 коронки 17,

0 охпаждаёт их и выбрасываетс  в атмосферу , участву  в процессе выноса продуктов разрушени .

После того, как истечение газов из камеры 3 заканчиваетс , под дей5 ствием давлени  газов в камере 2 поршень 22 переместитс  в крайнее левое положение. Затем в момент возврата коронки 17 с сопловой крышкой 15 под действием пружины 18 происходит

0 очистка камеры 3 от выхлопных газов за счет эжекции газов, истекающих из камеры 2. Как только сопловые крышки 7 и 15 прижмутс  под действием пружишл 18 выступ-16 войдет в камеру 3,

5 обеспечива  тем caNbiM ее герметичность , и цикл далее повтор етс .

Claims (3)

1.Способ тepмoдинa мчecкoгo разрушени  горных пород комбинированM iM воздействием нагретых струй газа , детонационных волн и ударной коронки , включающий подачу горючего и окислител  в центральную камеру сгорани , образование топливной смеси в подготовительной камере и подачу

7

ее в наружную кольцевую камеру сгорани , воспламенение тогашвной смеси в камерах сгорани  и выброс образуюаф1хс  продуктов сгорани  на поверхность горной породы с одновременнымч нанесением по ней удара коронкой, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности разрушени , наружную кольцевую камеру сгорани  герметизируют на выходе, а дл  воспламенени  наход щейс  в ней топливной смеси перепускают часть продуктов сгорани  из центральной камеры.

2.Устройство, дл  осуществлеи1  способа по П.1, содержащее центральную камеру сгорани  с магистрал ми подвода горючего и окислител  и наружную кольцевую камеру сгорани , котора  через перекрываемые клапанами каналы соединена с подготовительной камерой, сообщенной с магистрал ми подводагорючего и окислител , при этом кольцева  камера сгорани  размещена в кожухе и оснащена аксн660958

ально подвижной сопловой крьш1кой, жестко скрепленной с подпружиненной кольцевой буровой коронкой, установленной снаружи кожуха, отличаю5 щ е е с   тем, что соплова  крышка имеет с внутренней сторошл кольцевой выступ дл  герметизации наружной камеры сгорани , при этом об камеры сообщены посредством сквозного отверсto ти , периодически перекрываемого поршневым клапаном.

3.Устройство по п.2, отличающеес тем , что площадь поршн  поршневого клапана со стороны цент15 ральной камеры сгорани  меньше ejro площади со стороны наружной камеры сгорани ,

Источники информации,, прин тые во внимание при экспертизе 201.Авторское свидетельство СССР

по за вке № 2729584/22-03, кл. Е 21 G 21/00, 1979.

2.Авторское свидетельство СССР пи за вке № 2740359/22-4)3, 25 кл. Е 21 С 21/00, 1979 (прототип).