2. А. с. СССР Мо 1301024, Е21В 43/26, 43/28 трачання робочої рідини, входи яких гідравліч- (57) 1 Спосіб обробки масиву гірничої породи нозв'язані з поршневою порожниною гідроциліндра крізь свердловини, який включає операції розущі- для створення статичного тиску, виходи крізь кін- льнення пласта корисної копалини свердловиною, цевий перемикач з гідромотором розподільного подачу в свердловину рідини, вплив шляхом ви золотника, виконаного з можливістю поперемінно- промінювача на стовп рідини статичним тиском і го сполучення напірної і зливної магістралі з каме- ударними хвилями, що передаються по рідинному рами прямого і зворотного ходу генератора удар- СМ хвилеводу крізь відбивач у пласт гірничої породи, них хвиль відповідно, і регулятором витрачання ге) який відрізняється тим, що ударні хвилі генеру робочої рідини, вхід якого зв'язаний з механізмом ють низької і високої частоти з різною енергією подачі робочої рідини, а вихід через зворотний удару, якими поперемінно впливають на масив клапан, сполучений з порожниною труби- гірничої породи, причому тривалість впливу удар хвилеводу, що виконана складеною, причому в ними хвилями однієї частоти змінюють у функції верхній частині розміщений випромінювач, а в «СМ літологічних властивостей оброблюваного масиву нижній, перфорований повздовжніми пазами, від- гірничої породи. бивач 00 СМ
2. Пристрій для обробки масиву гірничої породи З. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що в крізь свердловини, який включає на одній осі вста- трубі-хвилеводі перед відбивачем установлена новлені гідроциліндр для створення статичного перегородка з дросельним отвором, діаметр якого тиску, генератор ударних хвиль, складений з кор- дорівнює або кратний довжині хвилі пуса, всередині якого розміщений поршень, що 4. Пристрій за п. 2 або 3, який відрізняється тим, утворює камеру прямого ходу, сполучену з напір- що ширина поздовжніх пазів у нижній частині тру- ною магістраллю, і камеру зворотного ходу, яка би-хвилеводу дорівнює або кратна довжині хвилі. поперемінно сполучається із напірною і зливною 0» Винахід відноситься до гірничої справи та мо- Найбільш близьким по технічній суті і прийня- же бути використаний при видобутку корисних ко- тим за прототип є спосіб підвищення проникності палин крізь свердловини, при проведенні бурови- гірничої породи на місці залягання, що включає бухових робіт в обводнених масивах гірничої по- операції розущільнення пласту корисних копалин роди та для осушення свердловин, шляхом зміни свердловиною, подачу в свердловину рідини, фізико-механічних властивостей масиву гірничої вплив на стовп рідини статичним тиском, генеру- породи. вання ударних хвиль та їх передачу по рідинному хвилеводу крізь відбивач у пласт гірничої поро- включає операції розущільнення пласта корисної ДИГІ копалини свердловиною, подачу в свердловину Недоліком способу є низька ефективність і рідини, вплив, шляхом випромінювача на стовп енергоємність процесу обробки масиву гірничої рідини статичним тиском, ії ударними хвилями, що породи і зумовлені неоднорідністю акустичних передаються по рідинному хвилеводу крізь відби- властивостей розущільнюваного масиву з рідин- вач в пласт прничої породи, зпдно з винаходом, ним хвилеводом У процесі силово! обробки маси- ударні хвилі генерують низької ї високої частоти з ву гірничої породи відбувається інтенсивне змішу- різною енергією удару, якими поперемінно впли- вання твердих мікрочастин, які знаходяться в рі- вають на масив прничої породи, причому трива- динному хвилеводі, і часток, що утворюються в лість впливу ударними хвилями однієї частоти процесі руйнування пласту, що перешкоджає пов- змінюють у функції лЛІГОЛОГІЧНИХ властивостей об- ному заповненню утворених мікротріщин і пор, роблюваного масиву прничої породи призводить до погіршення фізико-механічних вла- о Задача вирішена тим, що в комплексі для стивостей рідинного хвилеводу, порушення його здійснення способу, який включає на одній осі однорідності, суцільності і, в кінцевому підсумку, встановлені гідроциліндр для створення статично- до зниження його експлуатаційних властивостей і го тиску, генератор ударних хвиль, складений із різкого падіння ефективності роботи хвилеводу, корпуса, всередині якого розміщений поршень, що що робить спосіб енергоємним утворює камеру прямого ходу, сполучену з напір- Найбільш близьким по технічній суті є пристрій ною мапстраллю, І камеру зворотного ходу, яка для управління проникненістю гірничої породи, поперемінно сполучається із напірною Ії зливною який включає гідроциліндр для створення статич- мапстралями, випромінювач, встановлений у тру- ного тиску, генератор ударних хвиль, складений із бі-хвилеводі, відбивач і систему автоматичного корпуса, всередині якого розміщений поршень, що управління процесом навантаження масиву прни- утворює камеру прямого ходу, сполучену з напір- чої породи, що містить кІНЦевии перемикач, взає- ною магістраллю, і камеру зворотного ходу, що модіючий з обмежувачем прямого і зворотного поперемінно сполучається з напірною та зливною ходу випромінювача, і гідравлічно зв'язаний із по- магістраллю, випромінювач, установлений у під- ршневою порожниною пдроциліндра І зі зливною йомній трубі-хвилеводі, відбивач, установлений у магістраллю Згідно з винаходом, автоматична свердловині, систему автоматичного управління система управління процесом навантаження ма- процесом навантаження масиву гірничої породи, сиву прничої породи додатково містить кінцевий що містить кінцевий перемикач, який взаємодіє з перемикач, встановлений з можливістю взаємодії! обмежувачем прямого і зворотного ходу випромі- із обмежувачем прямого ходу випромінювача, і нювача, і гідравлічно зв'язаний з поршневою по- гідравлічно зв'язаного з блоком регулювання час- рожниною гідро циліндра і зі зливною магістрал- тоти ї енергії ударних хвиль, виконаного у вигляді лю (2) паралельно з'єднаних між собою регуляторів ви- Недоліком наведеного пристрою є низький трачання робочої рідини, входи яких гідравлічно ККД використання енергії ударних хвиль і обмеже- зв'язані з поршневою порожниною гідроциліндра ні функціональні можливості в силу відсутності для створення статичного тиску, виходи крізь кКІН- зворотного зв'язку між фізико-механічними влас- цевий перемикач з гідромотором розподільного тивостТямМи оброблюваного масиву гірничої золотника, виконаного з можливістю поперемінно- породи і режимом його навантаження го сполучення напірної і зливної мапстралі з каме- Крім того, неможливість зміни режиму наван- рами прямого і зворотного ходу генератора удар- таження масиву, що обробляється, при високій НИХ ХВИЛЬ ВІДПОВІДНО, І! регулятором витрачання приймальності свердловини в рідинному хвилево- робочої рідини, вхід якого зв'язаний з механізмом ді, можливо утворення газоподібних включень, що подачі робочої рідини, а вихід через зворотний призводить до порушення однорідності і суцільно- клапан сполучений з порожниною труби-хвиле- сті рідинного хвилеводу і зниження його експлуа- воду, що виконана складеною, причому в верхній таційних властивостей частині розміщений випромінювач, а в нижніии, В основу винаходу поставлена задача вдоско- перфорований повздовжніми пазами, відбивач налити спосіб обробки масиву гірничої породи при Труба-хвилевід містить регульований дросель, видобутку корисних копалин через свердловину, встановлений з можливістю сполучення ипиого шляхом зміни режиму навантаження масиву гірни- складників У трубі-хвилеводі перед відбивачем чої породи, забезпечити акустичну однорідність встановлена перегородка з дросельним отвором, розущільнення масиву гірничої породи з рідинним діаметр якого дорівнює або кратний довжині хвилі хвилеводом і за рахунок цього значно підвищити Ширина повздовжніх пазів у нижній частині труби- ефективність способу і зменшити його енерго- хвилевода дорівнює або кратна довжині хвилі ємність Завдяки тому, що в заявлюваному способі В основу винаходу поставлена задача вдоско- обробки масиву гірничої породи крізь свердло- налити пристрій для здійснення способу, шляхом вини, ударні хвилі генерують низької і високої введення додаткових елементів в новому взаємо- частоти з різною енерпєю удару, якими зв'язку, забезпечити автоматичне управління ре- поперемінно впливають на масив прничої породи жимом навантаження масиву гірничої породи в в присутності статичного тиску, причому трива- залежності від його ліТОЛОГІЧНИХ властивостей і за лість впливу ударними хвилями однієї частоти рахунок цього підвищити ККД пристрою і поширити ЗМІНЮЮТЬ В функції лЛІТОЛОГІЧНИХ властивостей його функціональні можливості оброблюваного масиву гірничої породи, Задача вирішена тим, що в способі обробки відбувається почергова обробка масиву силовими масиву гірничої породи крізь свердловини, який імпульсами низької частоти І високої енергії для утворення тріщинуватості і високої частоти, для сокої частоти, для заповнення рідиною утворених воду 28 надходить в свердловину ЗО, армовану тріщин, збільшується ефективність наступної си- обсадною трубою 31 з профільними отворами 32 лової обробки низькою частотою Це дозволило в Складники труби-хвилеводу 12 з'єднані між собою процесі розущільнення масиву гірничої породи через дросельний отвір 33 створити акустичну однорідність розущільненого Вхід розподільника потоку рідини 34 зв'язаний масиву з рідинним хвилеводом, тобто повне запо- з насосом 35, а вихід - з напірною магістраллю 8 внення рідиною тріщин і пор в місці ударної оброб- Гідросистему від перевантаження захищає регу- ки пласту, і завдяки цьому значно підвищити ефек- льований клапан Зб, з'єднаний з напірною 8 та тивність способу і зменшити його енергоємність зливною 10 магістралями
Конструктивне рішення системи управління Приклад здійснення способу обробки масиву генератором ударних хвиль у взаємозв'язку з ви- гірничої породи крізь свердловини конавчими механізмами комплексу дозволило Спочатку розкривають масив гірничої породи здійснити ефективний спосіб обробки масиву гір- свердловиною ЗО діаметром 200 мм, яку армують ничої породи Автоматичною системою управління обсадною колоною 31 з профільними отворами 32 режимом почергової обробки масиву гірничої по- Після цього в свердловину ЗО вводять трубу- роди в режимі перемінної частоти та енергії досяг- хвилевід 12, всередині якої розміщені випроміню- нута стабілізація експлуатаційних, тобто фізико- вач 11 і відбивач 13 В трубу-хвилевід 12 нагнічу- механічних властивостей рідинного хвилеводу ють робочу рідину 28 під тиском, що перевищує незалежно від делатантних властивостей оброб- поровий не менше ніж в 1,5 раза, в розрахунку на люваного масиву і, за рахунок цього, значно під- те, щоб компенсувати гірничий тиск, на стовп ріди- вищити ККД пристрою і поширити його функціона- ни в трубі-хвилеводс 12 Робочу рідину 28 нагнічу- льні можливості ють в трубу-хвилевід 12 до досягнення рівня, су-
Суть винаходу пояснюється кресленнями, міщеного з крайнім верхнім положенням випромі- де на нювача 11 Після чого на стовп робочої рідини 28 фіг 1 - представлений загальний вигляд при- впливають ударними хвилями в присутності стати- строю для здійснення способу обробки масиву чного тиску, які передають по рідинному хвилево- гірничої породи крізь свердловини, ду 28 через відбивач 13 в навколишній масив гір-
фіг 2 - рідинний хвилевід у свердловині ничої породи В процесі обробки масиву генерують
Пристрій для здійснення способу включає на ударні хвилі низької і високої частоти з різною одній осі встановлені гідроциліндр 1 із поршневою енергією удару, якими поперемінно впливають на 2 та штоковою З порожнинами для створення ста масив гірничої породи в присутності статичного тичного тиску, генератор ударних хвиль 4, складе тиску Причому тривалість впливу ударними хви- ний з корпуса 5, всередині якого розміщений пор лями однієї частоти змінюють в функції делатант- шень б, утворюючий камеру прямого ходу 7, спо них властивостей гірничої породи лучену з напірною магістраллю 8 і камерою зворо Таким чином, обробку масиву гірничої породи тного ходу 9, що поперемінно сполучається з напі виконують циклічно, тобто в два етапи На першо- рною 8 і зливною 10 магістралями, випромінювач му етапі виконують силову обробку пласта з час- 11 та встановлений в трубі-хвилеводі 12, і відби тотою і енергією, що створюють амплітуду тиску, вач 13 Система автоматичного управління проце яка перевищує напругу стиску-розтягу в площині сом навантаження масиву гірничої породи містить пласту, що забезпечує делатантну деформацію і кінцевий перемикач 14 з контактами «б», «в», вза розущільнення масиву На другому етапі здійсню- ємодіючий з обмежувачами зворотного 15 і прямо ють обробку пласта силовими хвилями частотою го 16, 17 ходу випромінювача 11 Кінцевий пере не менше 75 Гц, величину якої встановлюють до- микач 14 гідравлічно зв'язаний з поршневою поро слідним шляхом, виходячи з фізико-механічного і жниною 2 гідроциліндра 1 і зі зливною магістраллю гранулометричного складу рідини в свердловині Додатковий кінцевий перемикач 18 з контакта В результаті на даному етапі обробки створю- ми «г», «д», встановлений з можливістю взаємодії ються умови для забезпечення підвищеної плин- З обмежувачем 17 прямого ходу випромінювача ності рідини і більш повного заповнення порожнин, 11, ї гідравлічно зв'язаний з блоком регулювання що утворилися від попередньої силової обробки частоти і енергії ударних хвиль 19, виконаного у низькою частотою, що створює більш однорідну вигляді паралельно з'єднаних між собою регуля акустичну провідність і підвищує ефективність на- торів витрачання робочої рідини 20, 21, входи яких ступної силової обробки ударними хвилями низь- гідравлічно зв'язані з поршневою порожниною 2 кої частоти Час обробки на кожному етапі підби- гідроциліндра 1 для створення статичного тиску, рається експериментальним шляхом і встановлю- виходи крізь кінцевий перемикач 18 з гідромото ється в залежності від фізико-механічних власти- ром 22 розподільного золотника 23, виконаного з востей гірничої породи на місці залягання в межах можливістю поперемінного сполучення напірної 8 і не менше 5-10 хвилин зливної 10 магістралей з камерами прямого 7 і Пристрій для здійснення способу працює на- зворотного 9 ходу генератора ударних хвиль 4, ступним чином ВІДПОВІДНО Регулятор витрачання робочої рідини Установку підводять до свердловини ЗО Гене- 24 входом зв'язаний з механізмом подачі рідини ратор ударних хвиль 4 розташовують над гирлом 25, а виходом через зворотний клапан 26, сполу свердловини ЗО і його вісь суміщають з віссю об- чений з порожниною труби-хвилевода 12, що ви садної труби 31 і трубою-хвилеводом 12 Випромі- конана складеною, причому в верхній частині роз нювач 11 вводять в трубу-хвилевід 12 міщений випромінювач 11, а в нижній - відбивач Переключенням розподільника 34 в положен- 13 В нижній частині труби-хвилеводу 12 виконані ня «нормально відкритий» насос 35 починає нагні- повздовжні пази 27, крізь які робоча рідина хвиле- чувати робочу рідину до тиску, визначеного на-
стройкою клапана Зб в напірній магістралі 8 При ВІДПОВІДНО в нормально відкрите положення «в» і цьому випромінювач 11 знаходиться в крайньому «г» При цьому робоча рідина з напірної магістралі верхньому положенні, обмежувач його прямого 8 надходить в штокову порожнину З гідроциліндра ходу 16 в контакті з кінцевим перемикачем 14, і 1, а поршнева порожнина 2 сполучається зі злив- його контакти «б» в нормально відкритому поло- ною магістраллю 10 Відбувається реверс гідроци- женні, «в» в нормально закритому положенні Ро- ліндра 1, водночас з цим рідина механізмом 25 боча рідина від напірної магістралі 8 надходить нагнічується в трубу-хвилевід 12 Оскільки порш- через нормально відкритий контакт «в» кінцевого нева порожнина 2 гідроциліндра 1 повідомлена зі перемикача 14 в поршневу порожнину 2 гідроцилі- зливною магістраллю 10, зі зливом повідомляють- ндра 1 Під тиском робочої рідини поршень гідро- ся і обидва регулятора 20, 21 блоку 19, гідромотор циліндра 1 приводиться до руху і впливає на ви- 22 зупиняється, вимикаючи завдяки цьому роботу промінювач 11 через поршень 6 генератора удар- генератора ударних хвиль 4 При цьому генератор них хвиль 4 В результаті на стовп рідини 28 в тру- 4 з випромінювачем 11 переміщується нагору до бі-хвилеводі 12 впливають статичним тиском, який контакту обмежувача зворотного ходу 15 випромі- через рідинний хвилевід 28, тобто стовп рідини, нювача 11 з кінцевим перемикачем 14 і переклю- передається в масив гірничої породи чає з положення «в» й положення «б» і робоча Водночас з цим робоча рідина подається на рідина з напірної магістралі 8 знову надходить в вхід блоку регулювання частоти і енергії 19, в яко- поршневу порожнину 2 гідроциліндра 1 Водночас му регулятор 20 настроєний на витрачання рідини, з цим робоча рідина надходить в блок 19 регулю- що задає режим генерування ударних хвиль низь- вання частоти імпульсів кої частоти з високою енергією, а регулятор 21 В режимі генерування ударних хвиль високої настроєний на витрачання рідини, що задає режим частоти кінцевий перемикач 18 знаходиться в по- генерування ударних хвиль високої частоти з по- ложенні «г», регулятор 20 відсікається, а регуля- ниженою енергією тор 21 сполучається з гідромотором 22 В режимі генерування ударних хвиль низької По мірі витіснення рідини знову відбувається частоти випромінювач 11 знаходиться в крайньому переключення кінцевих перемикачів 14, 18 і далі верхньому положенні, контакт «д» кінцевого пере- процес повторюється микача 18 нормально відкритий Робоча рідина на Для зміни часу обробки в режимі генерування гідромотор 22 надходить від регулятора 20 Від ударних хвиль низької або високої частоти труба- напірної магістралі 8 робоча рідина надходить в хвилевід 12 сполучена з механізмом 25 через ре- розподільний золотник 23 і по каналу в корпусі 5 в гулятор витрачання рідини 24, налаштований на камеру зворотного ходу 9 генератора ударних певне постійне витрачання рідини, що подається в хвиль 4 Камера прямого ходу 7 генератора удар- свердловину, і дорівнює або більший початкової них хвиль 4 через золотник 23 поперемінно сполу- приймальності свердловини По мірі обробки све- чається то з напірною магістраллю 8, то зі зливною рдловини приимальнють свердловини зростає і під магістраллю 10 При цьому поршень 6 генератора дією статичного зусилля гідроциліндра 4 в сверд- ударних хвиль 4 починає здійснювати зворотно- ловину ЗО починає витіснятися додаткова порція поступове переміщення, завдаючи удари по ви- рідини з труби-хвилеводу 12 При цьому відбува- промінювачу 11, який по рідинному хвилеводу 28 ється переміщення генератора ударних хвиль 4 з передає силові імпульси низької частоти на відби- випромінювачем 11 Регулюючи витрачання ріди- вач 13 і далі в продуктивний пласт через обсадну ни, що подається в свердловину регулятором 30, трубу 31 в свердловині ЗО Під дією статичного змінюється час обробки свердловини в певному тиску гідроциліндра 4 і динамічного впливу удар- режимі ними хвилями на рідинний хвилевід 28 відбуваєть- Зменшенню втрат ударної потужності сприяє ся витіснення рідини з труби-хвилеводу 12 в свер- дроселірування рідини крізь отвір в перегородці і дловину ЗО, що призводить до переміщення гене- повздовжні пази, обмежені параметри яких вста- ратора ударних хвиль 4 і випромінювача 11 до новлені експериментально контакту його обмежувачів прямого ходу 16, 17 з Результати наведених експериментів наведені кінцевими перемикачами 14, 18 та переведення їх втабл 1 Таблиця 1 Мо Діаметр отвору Ударна по- Ударна по- п/п Довжина хвилі, м | або ширина пазу, | тужність до отво- | тужність ПІСЛЯ М ру, кВт отвору, кКВт 77951 05 | 2 1 39 877795 1 058 1 2 1 25
Продовження табл 1 Мо Довжина хвилі, м | Діаметр отвору Ударна по- Ударна по- п/п або ширина пазу, | тужність до отво- | тужність ПІСЛЯ М ру, кВт отвору, кВт З таблиці витікає, що найменші втрати удар- У випадку зменшення або збільшення отвору, ної" потужності при проходженні отвору ударною потужність ударної хвилі різко падає, а енергія хвилею в тих випадках, коли діаметр отвору або витрачається на подолання перешкод, тобто на ширина пазу дорівнюють/або кратні довжині зруйнування труби-хвилеводу або відбивача. хвилі.