УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 1995 года по МПК E21C37/10 

Изобретение относится преимущественно к горному делу, а именно к устройствам для разрушения негабаритов и для отделения блоков полезного ископаемого от массива.

Известно устройство для разрушения монолитных объектов, включающее эластичную трубчатую камеру, охватывающий ее упруго-расширяющийся металлический каркас, покрывающий его резиновый слой и две концевые заделки, связанные штоком, одна заделка содержит муфту и ниппель, вторая муфту, ниппель, выполненный за одно целое с цилиндром, поршень, штуцер, кольцевые уплотнения, пружину возврата и опорную крышку, концы каркаса заделаны совместно с эластичной трубчатой камерой, а шток шарнирно связан с поршнем [1] Недостатком известного устройства является сложность его конструкции и изготовления.

Известно также гидравлическое силовое устройство, включающее раздвижные щеки, вставки трапецеидальной формы, связанные со щеками торцевые запорные фланцы с цилиндрическими и коническими расточками, штуцеры, рабочую трубчатую эластичную камеру, заделанную концами в запорных фланцах посредством иглы штуцеров, имеющий конус и уширитель, уплотнительного разрезного кольца и поджимной гайки, и прокладку из эластичного материала в виде трубки, охватывающей рабочую камеру и входящую концами в конические расточки торцевых запорных фланцев [2] Недостатками известного устройства являются сложность его конструкции и изготовления, а также жесткие металлические щеки с цилиндрической внешней поверхностью, которая не совпадает с реальной формой шпуров, существенно отличающейся от цилиндрической, что приводит к деформации или поломки щек, при этом вероятность нарушения щек возрастает пропорционально увеличению габаритов и прочности монолитных объектов и длины устройства. (Реальные шпуры в поперечном сечении имеют форму многоугольника с выпуклыми сторонами, при этом вершины многоугольника по мере углубления шпура смещаются по винтовой линии большого шага. Число сторон многоугольника в зависимости от формы буровой коронки изменяется от трех до семи (Остроушко И.А. Забойные процессы и инструменты при бурении горных пород. Госгортехиздат, М. 1962, с.74-76 и Царицын В.В. Разрушение горных пород, Киев, "Техника", 1964, с.74-75).

Изобретение направлено на решение следующих задач упрощение конструкции устройства, его изготовления и сборки, а также повышения надежности устройства, в особенности при разрушении прочных крупногабаритных монолитных объектов и при отрыве от массива большеразмерных блоков полезных ископаемых, т. е. при работе в глубоких (длинных) шпурах и при высоких давлениях жидкости.

Решение поставленных задач достигается тем, что устройство для разрушения монолитных объектов, включающее сообщенную с магистралью подачи жидкости рабочую эластичную трубчатую камеру, размещенную внутри предохранительной эластичной трубки и закрепленную в кольцевых заделках, имеющих полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, уплотнительное кольцо и поджимную гайку, наружной резьбой связанную с корпусом, снабжено несущим стержнем с осевыми и радиальными каналами для подачи жидкости и резьбой на концах, эластичным телом, размещенным между рабочей эластичной трубчатой камерой и предохранительной эластичной трубкой, упругими зажимами, установленными с перекрытиями стыков предохранительной эластичной трубки и эластичного тела с полым цилиндрическим корпусом концевых заделок и с возможностью увеличения диаметра участков схвата предохранительной эластичной трубки и эластичного тела, при этом рабочая эластичная камера установлена с возможностью охвата несущего стержня, каждая концевая заделка снабжена дополнительным уплотнительным кольцом и втулкой с наружным кольцевым выступом поверхности, один конец втулки выполнен закругленным, а другой с внутренним закруглением и наружной конической проточкой, поджимная гайка выполнена с внутренней резьбой, несущий стержень своими концами соединен с поджимной гайкой резьбовым соединением, каждая концевая часть рабочей эластичной трубки закреплена между концевой частью несущего стержня и внутренней поверхностью втулки с охватом ее закругленного торца до наружного кольцевого выступа, а уплотнительные кольца выполнены из эластичного материала, причем одно из них расположено в полости, образованной поверхностями поджимной гайки, несущего стержня и выпуклого участка охвата рабочей эластичной камерой закругленного торца втулки, а другое распложено в полости, образованной поверхностями поджимной гайки, полого цилиндрического корпуса, наружного кольцевого выступа втулки и участка охвата конца рабочей эластичной трубчатой камеры наружной поверхности втулки до ее наружного кольцевого выступа.

При этом эластичное тело устройства выполнено в виде полого цилиндра, устройство снабжено стопорными кольцами, на наружной поверхности полого цилиндрического корпуса каждой заделки выполнена канавка под стопорное кольцо, а каждый упругий зажим выполнен из двух коаксиальных колец, одно из которых выполнено с кольцевым выступом, размещенным между стопорным кольцом и торцом другого кольца, причем оба кольца упругого зажима выполнены со щелевыми прорезями и лепестками, ширина которых больше ширины прорезей, и установлены со смещением лепестков и прорезей одного кольца относительно лепестков и прорезей другого кольца на половину их ширины с помощью фиксатора перемещения, при этом внутренний диаметр внутреннего кольца выполнен не меньше наружного диаметра полого цилиндрического корпуса концевых заделок. Одно из уплотнительных колец каждой концевой заделки выполнено с седлом, ответным выпуклому участку охвата рабочей эластичной трубкой камеры закругленного торца втулки, а поджимная гайка выполнена с внутренней расточкой и торцевым кольцевым выступом.

Снабжение устройства несущим стержнем с осевыми и радиальными каналами для подачи жидкости и резьбой на концах и эластичным телом в виде полого цилиндра, размещенным между рабочей эластичной трубчатой камерой и предохранительной эластичной трубкой, позволяет исключить металлические щеки и их поломки, которые происходят при взаимодействии щек со стенками реальных шпуров, имеющих нецилиндрическую форму, снабжение упругими зажимами, установленными с перекрытиями стыков предохранительной эластичной трубки и эластичного тела с полым цилиндрическим корпусом концевых заделок и с возможностью увеличения диаметра участков охвата предохранительной эластичной трубки и эластичного тела, а также выполнение каждого упругого зажима из двух коаксиальных колец, одно из которых выполнено с кольцевым выступом, размещенным между стопорным кольцом и торцом другого кольца, а также выполнение обоих колец со щелевыми прорезями и лепестками, ширина которых больше ширины прорезей, и установка со смещением лепестков и прорезей одного кольца относительно лепестков и прорезей другого кольца на половину их ширины с помощью фиксатора перемещения позволяют перекрывать кольцевой зазор между кольцевыми заделками и стенками шпура и, таким образом, предотвращать выдавливание в зазор эластичной предохранительной трубки и эластичного тела, материалу которых свойственна текучесть при высоких давлениях. Выполнение внутреннего диаметра внутреннего кольца не меньшим наружного диаметра полого цилиндрического корпуса концевых заделок позволяет в случае надобности менять упругий зажим, не разбирая заделку. Установка рабочей эластичной трубчатой камеры с возможностью охвата стержня, снабжение концевой заделки дополнительным уплотнительным кольцом и втулкой с наружным кольцевым выступом поверхности, один конец которой выполнен закругленным, а другой с внутренним закруглением и наружной конической проточкой, выполнение поджимной гайки с внутренней резьбой, ее резьбовое соединение с несущим стержнем, закрепление каждой концевой части рабочей эластичной трубки между концевой частью несущего стержня и внутренней поверхностью втулки с охватом ее закругленного торца до наружного кольцевого выступа, а также выполнение уплотнительных колец из эластичного материала и расположение одного из них в полости, образованной поверхностями поджимной гайки, несущего стержня и выпуклого участка охвата рабочей эластичной камерой закругленного торца втулки, и другого в полости, образованной поверхностями поджимной гайки, полого цилиндрического корпуса, наружного кольцевого выступа втулки и участка охвата конца рабочей эластичной трубчатой камеры наружной поверхности втулки до ее наружного кольцевого выступа, а также выполнение поджимной гайки с внутренней расточкой и торцевым кольцевым выступом для размещения уплотнительных колец и контакта с ними исключают появление подрезов рабочей эластичной трубчатой камеры в местах ее контакта с перечисленными деталями и обеспечивают надежную герметизацию камеры при высоком давлении жидкости. Совокупность приведенных выше признаков обеспечивает положительное решение поставленных задач.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, общий вид, совмещенный с продольным разрезом; на фиг.2 узел I на фиг.1; на фиг.3 и 4 узел II на фиг.1 соответственно в исходном и рабочем положении.

Устройство состоит из расположенных соосно с несущим стержнем 1 рабочей эластичной трубки 2, эластичного тела 3, предохранительной эластичной трубки 4, двух концевых заделок 5, упругих зажимов 6, стопорных колец 7, штуцера для соединения с магистралью подачи рабочей жидкости, ввернутого в одну заделку, и пробки-заглушки (не показаны), ввернутой в другую заделку. Несущий стержень 1, на каждом конце имеющий резьбу, осевой 8 и радиальный 9 каналы для подачи рабочей жидкости, охвачен рабочей эластичной трубкой 2. Эластичное тело 3, выполненное в виде полого цилиндра, размещено между рабочей эластичной трубкой 2 и предохранительной эластичной трубкой 4. Каждая концевая заделка 5 содержит полый цилиндрический корпус 10 с внутренним кольцевым выступом 11 на одном конце и с внутренней резьбой на другом конце, втулку 12, уплотнительные эластичные кольца 13 и 14 и поджимную гайку 15, последняя выполнена с внутренней и наружной резьбами, внутренней расточкой 16 и торцевым кольцевым выступом 17. Втулка 12 выполнена с наружным кольцевым выступом 18, который опирается на внутренний кольцевой выступ 11 корпуса 10, один конец втулки имеет закругленный торец 19, противоположный конец внутреннее закругление 20 и наружную коническую проточку 21. Каждая концевая часть рабочей эластичной трубки 2, охватывающей несущий стержень 1, закреплена между концевой частью несущего стержня 1 и внутренней поверхностью втулки 12 с охватом ее закругленного торца 19 до наружного кольцевого выступа 18. Уплотнительное эластичное 14 расположено в полости, образованной поверхностями торцевого выступа 17 поджимной гайки 15, полого цилиндрического корпуса 10, наружного кольцевого выступа 18 втулки 12 и участка 22 охвата конца рабочей эластичной трубки 2 наружной поверхности втулки 12 до ее наружного кольцевого выступа 18. Уплотнительное эластичное кольцо 13 расположено в полости, образованной поверхностями внутренней расточки 16 поджимной гайки 15, несущего стержня 1 и выпуклого участка 23 охвата рабочей эластичной трубки 2 закругленного торца 19 втулки 12. Расположение участков 22 и 23 охвата рабочей эластичной трубки 2 и уплотнительных эластичных колец 13 и 14 между несущим стержнем 1, втулкой 12, полым цилиндрическим корпусом 10 и поджимной гайкой 15, связанной с корпусом 10 и стержнем 1 резьбовым соединением, обеспечивает герметичность камеры для жидкости, подаваемой из магистрали по каналам 8 и 9, которая образована охватывающей несущий стержень 1 рабочей эластичной трубкой 2, концевые участки которой закреплены в заделках 5. Упругие зажимы 6 установлены с перекрытием стыков предохранительной эластичной трубки 4 и эластичного тела 3 с полым цилиндрическим корпусом 10 концевых заделок и с возможностью увеличения диаметра участков охвата предохранительной эластичной трубки 4 и эластичного тела 3. Каждый упругий зажим 6 выполнен из двух коаксиальных колец 24 и 25, при этом наружное кольцо 24 выполнено с кольцевым выступом 26, размещенным между торцом внутреннего кольца 25 и стопорным кольцом 7, размещенным в канавке, выполненной на наружной поверхности полого цилиндрического корпуса 10. Коаксиальные кольца 24 и 25 выполнены со щелевыми прорезями 27 и лепестками 28, ширина а которых больше ширины b прорезей, и установлены со смещением лепестков и прорезей одного кольца относительно лепестков и прорезей другого кольца на половину их ширины с помощью фиксатора перемещения 29, который удерживает кольца 24 и 25 от относительного углового смещения. Внутренний диаметр внутреннего кольца 25 упругих зажимов не меньше наружного диаметра цилиндрического корпуса 10 концевых заделок 5.

В исходном положении эластичная рабочая трубка 2, тело 3 и предохранительная трубка 4 имеют цилиндрическую форму, лепестки 28 упругих зажимов 6 прилегают к цилиндрической поверхности эластичной предохранительной трубки 4. Объем камеры, образованной эластичной рабочей трубкой 2, плотно охватывающей несущий стержень 1 и в свою очередь охваченной эластичным телом 3, близок к нулевому значению. Устройство (одно или несколько), свободно введенное в шпур, пробуренный в негабарите или другом монолитном объекте, располагается в нем с зазором между своей поверхностью и стенками шпура.

Устройство работает следующим образом. Жидкость, подаваемая насосом, поступает по трубопроводу, штуцеру (не показаны) и каналам 8 и 9 в камеру, образованную эластичной рабочей трубкой 2, герметизированной с помощью концевых заделок 5 на несущем стержне 1. По мере подачи жидкости эластичная рабочая трубка 2, тело 3 и предохранительная трубка 4 деформируются, в частности увеличиваются в диаметре, и достигают стенок шпура, при этом охватывающие эластичную предохранительную трубку 4 лепестки 28 упругих зажимов 6 упруго изгибаются до упора в стенки шпура и перекрывают кольцевой зазор между ними и устройством. Эластичное тело 3 и трубки 2 и 4, находясь в замкнутом объеме, ограниченном упругими зажимами 6 и стенками шпура, передают давление, возрастающее по мере подачи жидкости в камеру, что приводит к росту внутренних напряжений в объекте и к его разрушению (раскалыванию на части или отрыву блока от массива). В момент разрушения монолитного объекта подачу жидкости прекращают, с переключением напорной магистрали насоса на слив деформированные эластичное тело 3, трубки 2 и 4 и упругие зажимы 6 возвращаются в начальное положение, вытесняя из камеры жидкость. Устройство готово к осуществлению следующего цикла работы.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для разрушения негабаритов и для отделения блоков породы от массива. Цель изобретения упрощение конструкции и повышение надежности. Устройство включает несущий стержень (НС), рабочую и предохранительные эластичные трубки (РЭТ и ПЭТ) и концевые заделки, содержащие цилиндрический корпус (ЦК), втулку (В), уплотнительные кольца (УК) и поджимную гайку (ПГ). Устройство снабжено эластичным телом (ЭТ), установленным между РЭТ и ПЭТ, и упругими запирающими кольцами (УЗК), перекрывающими стыки ПЭТ и ЭТ с ЦК и выполненными с возможностью увеличения диаметра. Втулка выполнена с концевым выступом на наружной поверхности, торец одного конца В закруглен, противоположный конец имеет закругление изнутри и коническую проточку снаружи, каждая концевая часть РЭТ, находящаяся вне В, деформирована относительно закругленного торца и охватывает В снаружи до кольцевого выступа. УК расположены в полостях, образованных поверхностями ПГ, НС, выпуклого участка деформированной РЭТ И ЦК. ЭТ выполнено в форме толстостенного полого цилиндра. Каждое УЗК выполнено составным и содержит две расположенных концентрически тонкостенных части, одна выполнена с выступом на торце, который соприкасается с торцом второй части и со стопорным кольцом, расположенным в канавке ЦК, обе части УЗК выполнены с продольными щелевыми прорезями и лепестками, ширина которых больше ширины прорезей, при этом части смещены в угловом направлении на половину шага прорезей и снабжены фиксатором положения. Внутренний диаметр УЗК не менее наружного диаметра ЦК заделок. Одно из УК выполнено с вогнутым основанием, соответствующим выпуклому участку РЭТ. ПГ выполнена с внутренней расточкой и безрезьбовым выступом. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ, включающее сообщенную с магистралью подачи жидкости рабочую эластичную трубчатую камеру, размещенную внутри предохранительной эластичной трубки и закрепленную на концевых заделках, имеющих полый цилиндрический корпус с внутренним кольцевым выступом, уплотнительное кольцо, поджимную гайку, наружной резьбой связанную с полым цилиндрическим корпусом, отличающееся тем, что устройство снабжено несущим стержнем с осевыми и радиальными каналами для подачи жидкости и резьбой на концах, эластичным телом, размещенным между рабочей эластичной трубчатой камерой и предохранительной эластичной трубкой, упругими зажимами, установленными с перекрытием стыков предохранительной эластичной трубки и эластичного тела с полым цилиндрическим корпусом концевых заделок и с возможностью увеличения диаметра участков охвата предохранительной эластичной трубки и эластичного тела, при этом рабочая эластичная камера установлена с возможностью охвата несущего стержня, каждая концевая заделка снабжена дополнительным уплотнительным кольцом и втулкой с наружным кольцевым выступом, один конец которой выполнен закругленным, а другой с внутренним закруглением и наружной конической проточкой, поджимная гайка выполнена с внутренней резьбой, несущий стержень своим концом соединен с поджимной гайкой резьбовым соединением, каждая концевая часть рабочей эластичной трубки закреплена между концевой частью несущего стержня и внутренней поверхностью втулки с охватом ее закругленного торца до наружного кольцевого выступа, а уплотнительные кольца выполнены из эластичного материала, причем одно из них расположено в полости, образованной поверхностями поджимной гайки, несущего стержня и выпуклого участка охвата рабочей эластичной камерой закругленного торца втулки, а другое расположено в полости, образованной поверхностями поджимной гайки, полого цилиндрического корпуса, наружного кольцевого выступа втулки и участка охвата конца рабочей эластичной трубчатой камеры наружной поверхности втулки до ее наружного кольцевого выступа. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что эластичное тело выполнено в виде цилиндра. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено стопорными кольцами, а на наружной поверхности полого цилиндрического корпуса каждой заделки выполнена канавка под стопорное кольцо, а каждый упругий зажим выполнен из двух коаксиальных колец, одно из которых выполнено с кольцевым выступом, размещенным между стопорным кольцом и торцом другого кольца, причем оба кольца упругого зажима выполнены с щелевыми прорезями и лепестками, ширина которых больше ширины прорезей, и установлены со смещением лепестков и прорезей одного кольца относительно лепестков и прорезей другого кольца на половину их ширины с помощью фиксатора перемещения, при этом внутренний диаметр внутреннего кольца выполнен не меньшим наружного диаметра полого цилиндрического корпуса концевых заделок. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что одно из уплотнительных колец каждой концевой заделки выполнено с седлом, ответным выпуклому участку охвата рабочей эластичной трубчатой камеры закругленного торца втулки. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поджимная гайка выполнена с внутренней расточкой и торцевым кольцевым выступом.