Устройство для проходки выработок в геологических структурах Российский патент 2004 года по МПК E21B7/14 E21B7/08 

Изобретение относится к техническим средствам для проходки выработок в осадочных горных породах путем воздействия на разрушаемую среду энергией струй и энергией потока рабочего агента, истекающих под давлением из рабочих органов устройства.

В настоящее время известны устройства для проходки выработок в горных породах, из которых наиболее представительным и наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для проходки выработок в геологических структурах путем воздействия на разрушаемую среду энергией струй и потока рабочего агента под давлением, содержащее корпус, в полости которого размещена, имеющая емкости для топливных компонентов и емкость для хладагента, силовая установка в виде энергетического узла, рабочее пространство которого соединено с породоразрушающим рабочим органом, закрепленным на торце корпуса устройства, программированный блок управления работой узлов устройства, сменный блок, имеющий емкости для заполнения топливными компонентами и емкость для заполнения ее хладагентом (РФ 2168599, 09.11.1999, Е 21 В 7/14).

Обладая определенными преимуществами перед аналогами, в частности имея возможность учета закономерностей разрушения минеральной среды, выбора режимов этого процесса, данное устройство обладает очевидными и существенными недостатками, заключающимися в его принципиальной и конструктивной схеме, не имеющей узлов и агрегатов для выполнения совмещаемых технических операций при проходке выработки, когда требуется, совместно с проходкой, вести закрепление стенки выработки, регулировать процесс расхода топливных компонентов и хладагента, процесс их получения и удаления из емкостей, что непосредственно влияет на производительность устройства и эффективность процесса образования выработок в геологических структурах.

Технической задачей и результатом данного изобретения является расширение технологических возможностей использования за счет выполнения его агрегатами и узлами совмещаемых операций, как основных, так и вспомогательных, включая процесс разрушения минеральной среды на забое, закрепление стенки выработки и регулирование расстояния от торцов устройства до забоя и устья выработки, а также процесса приема и использования топливных компонентов и хладагента.

Указанная техническая задача в изобретении решена за счет того, что устройство для проходки выработок в геологических структурах путем воздействия на разрушаемую среду энергией струй и потока рабочего агента под давлением, содержащее корпус, в полости которого размещена, имеющая емкости для топливных компонентов и емкость для хладагента, силовая установка в виде энергетического узла, рабочее пространство которого соединено с породоразрушающим рабочим органом, закрепленным на торце устройства, программированный блок управления работой узлов устройства, сменный блок, имеющий емкости для заполнения топливными компонентами и емкость для заполнения хладагентом, дополнительно на своем торце корпуса, противоположном расположению породоразрушающего рабочего органа, снабжено приспособлением в виде диффузора сопла и охватывающей его камеры, в полости которой закреплены патрубки с клапанами, соединенные магистралями с емкостями топливных компонентов и емкостью для хладагента, при этом сменный блок, выполненный в виде удлиненного полого цилиндра, примыкает к камере и на его торце, обращенном к корпусу, выполнено оснащение, аналогичное приспособлению, размещенному на торце корпуса, но зеркально ориентированное, а на корпусе устройства выполнено несколько кольцевых фасонной конструкции сопел, имеющих возможность изменения их поперечного сечения и изменения угла ориентирования оси сопла относительно стенки корпуса устройства и относительно стенки выработки для возможности изменения направления перемещения устройства в полости выработки.

При этом входные сечения диффузоров обоих сопел на устройстве и сменном блоке перекрыты временными защитными сферическими кожухами.

А сменный блок устройства имеет дополнительную силовую установку, размещенную в его корпусе, и имеет дополнительный вспомогательный рабочий орган.

Описываемое устройство для проходки выработок в геологических структурах раскрывается далее более полно со ссылкой на чертежи, где:

на фиг. 1 показан его общий вид;

на фиг. 2 показан сменный блок в общем виде;

на фиг.3 изображено устройство в сборе со сменным блоком и с сечением по его продольной оси;

на фиг. 4 раскрыто приспособление с патрубками для топливных компонентов и патрубком для хладагента;

на фиг. 5 - узел взаимодействия патрубков устройства и сменного блока устройства;

на фиг. 6 показана конструкция кольцевого фасонного сопла.

Устройство для проходки выработок в геоструктурах, используя закономерности воздействия на разрушаемую среду энергией струй и энергией потока рабочего агента, истекающего под давлением на эту среду, содержит корпус 1 в виде удлиненного полого тела (цилиндра, или прямоугольника в поперечном сечении, или гибридного овало-прямоугольного в сечении корпуса), в полости которого, в его рабочем объеме, размещена силовая установка 2 в виде энергетического узла, рабочее пространство которого соединено с бурильным оборудованием в виде породоразрушающего рабочего органа 3, закрепленного на торце корпуса 1 устройства; устройство содержит также программированный блок управления - "ПБУ" работой узлов и всего устройства.

Устройство также снабжено дополнительным вспомогательным рабочим органом 4, имеющим приспособление 5 для приема устройством компонентов топлива и компонентов хладагента, обеспечивающих все процессы работоспособности устройства при проходке выработки. Торец корпуса устройства, противоположный расположению рабочего органа 3, снабжен приспособлением, выполненным в виде диффузора 6 сопла и охватывающей его камеры 7, в полости этой камеры закреплены патрубки с клапанами, это патрубки 8, 9, 10, предназначенные для приема топливных компонентов (горючего и окислителя) и приема хладагента; патрубки соединены с соответствующими емкостями топливных компонентов и емкостью хладагента с помощью магистралей. Ёмкость 11 и емкость 12 с топливными компонентами обеспечивают работоспособность энергетического узла 13 в виде камеры расхода этих топливных компонентов, имеющей рубашку 14 для омывания камеры хладагентом и подачи его далее на основные технические операции.

К камере 7 примыкает сменный блок 15, выполненный в виде удлиненного полого цилиндра с размещенными в его полости емкостями: емкость 16 - для заполнения ее компонентом топлива (горючим), емкость 17 - для окислителя и емкость 18 - для хладагента. На одном торце этого блока 15 выполнено конструктивное оснащение, аналогичное указанному оснащению, размещенному в диффузоре 6 сопла камеры 7, однако это оснащение по расположению ориентировано зеркально, т.е. выполнено в виде усеченного конуса 19, входящего в диффузор 6, а в полости конуса 19 размещены конические втулки с клапанами и магистралями, соединенными с емкостями топливных компонентов и емкостью с хладагентом, при этом конические втулки 20 и 21 соединены с емкостями 22 и 23 топливных компонентов, а втулка 24 соединена с емкостью 25 хладагента; компоненты, предназначенные для этих емкостей, поступают из соответствующих емкостей 16, 17 и емкости 18.

На корпусе 1 устройства выполнено несколько сопел: 26, 27 и 28, имеющих кольцевую форму фасонной конструкции, где части сопла выполнены отдельно друг от друга и каждая половина, формирующая это фасонное сопло, может изменять угол наклона с помощью шарнирного гнезда его закрепления в стенке корпуса; гнездо 29 с шарообразным шарниром 30 дает возможность ориентировать каждое из сопел относительно угла его наклона к стенке корпуса и к стенке выработки, что, совместно с возможностью изменения поперечного сечения сопла, за счет изменения положения его частей в шаровом гнезде, дает возможность оперативно менять направление перемещения устройства 1 в полости выработки, изменения характера выполняемых устройством операций и операций, выполняемых сменным блоком устройства, который имеет свою дополнительную силовую энергетическую установку 31, размещенную в корпусе этого блока 15, а для возможности более эффективного использования возможностей установки 31 блок 15 оснащен дополнительным вспомогательным рабочим органом 32, который, как и основной рабочий орган 3, оснащен рабочими соплами 33, 34 и 35.

Работа устройства для проходки выработок в геологических структурах осуществляется следующим образом.

Устройство размещают на устье выработки и с помощью программированного блока "ПБУ" запускают в работу силовую энергетическую установку 2, которая, используя подаваемые в нее по магистралям топливные компоненты из емкостей 11, 12, вырабатывает в энергетическом узле 13 рабочий агент (перегретый газ или парогазовую смесь, последнюю - за счет смешивания перегретого газа с частью испаряемого хладагента, подаваемого из рубашки охлаждения 14 на смешивание с газом); этот рабочий агент подается в рабочий орган 3 и, истекая под давлением из сопел 33 и 34, производит работу на забое выработки - разрушает минеральную среду, отходящий от забоя буровой шлам подхватывается газовым потоком, истекающим из вспомогательного рабочего органа 32 и его сопел 35, который работает в пассивном, по сравнению с рабочим органом 3, режиме, выполняя только операции удаления шлама и стабилизации всего устройства в полости проходимой выработки; эту же функцию выполняют сопла 26, 27 и 28, которыми оснащен корпус устройства, за счет возможности выбора ими направления истечения струи, формы этой струи, угла ориентирования.

При одновременной работе, с основным рабочим органом, вспомогательного рабочего органа 32 блока 15 устройства, истекающий из сопел 33, 34 и 35 рабочий агент производит работы: по закреплению стенок выработки, стабилизации устройства в полости выработки и усиливает восходящий от забоя к устью выработки поток бурового шлама.

При разделении корпуса 1 и блока 15 входные сечения диффузоров обоих сопел - 6 и 19 (в виде конуса) перекрывают временными защитными кожухами сферической (обтекаемой) формы, которые при соединении блока с корпусом разрушаются, а стыкуемые между собой патрубки 8, 9 и 10 с втулками 20, 21 и 24 позволяют произвести передачу топливных компонентов или из емкостей 22 и 23 в емкости 11 и 12, или - в обратном направлении; то же осуществляют и с подачей, или отбором, хладагента из емкости 18 в емкость 25 или - наоборот, поддерживая энергетические установки 2 и 31 на эффективной отдаче, включая разрушение породы на забое, направление перемещения, скорость перемещения и выбор режимов операций работы устройства в выработке.

Таким образом, устройство по своей конструкции является мобильным бурильным аппаратом многоцелевого назначения, предназначенным для выполнения основных операций в выработке и выходу из выработки, как для осуществления очистки ее полости, так и доставки рабочих компонентов. Это повышает технологичность и производительность разработанного устройства для проходки выработок в геоструктурах.

Изобретение относится к технологии проходки выработок в осадочных горных породах путем воздействия на разрушаемую среду энергией струй рабочего агента под давлением. Для выполнения технологических операций устройство для проходки выработок имеет удлиненный корпус, в рабочем объеме которого размещена энергетическая установка для обеспечения рабочим агентом бурильного оборудования устройства, выполненного в виде рабочего органа, закрепленного на одном торце корпуса, противоположный торец корпуса устройства также оснащен рабочим, но - вспомогательным органом, имеющим приспособление для приема устройством компонентов топлива: окислителя и горючего и приема хладагента, т.е. компонентов, обеспечивающих всю работоспособность устройства при выполнении им вспомогательных и основных операций. Со стороны приспособления устройство также оснащено модульным блоком в виде энергетически автономного аппарата, перемещаемого в полости скважины, выработки, образованных первым указанным устройством; этот вспомогательный модульный и мобильный аппарат содержит узлы, оснащенные клапанами для перекачивания топлива из него в основной энергетический узел установки, что существенно повышает эффективность проходки и расширяет возможности устройства при выборе режимов и параметров всех операций по проходке выработки, очистке полости выработки от бурового шлама, формирования стенок выработки за счет выполнения нескольких прямых и обратных “челночных” перемещений устройством по полости проходимой и пройденной им же выработки и нанесением на стенки выработки полимеризующегося вещества, и воздействием на эти стенки разнотемпературными потоками рабочих тел. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство для проходки выработок в геологических структурах путем воздействия на разрушаемую среду энергией струй и потока рабочего агента под давлением, содержащее корпус, в полости которого размещена имеющая емкости для топливных компонентов и емкость для хладагента силовая установка в виде энергетического узла, рабочее пространство которого соединено с породоразрушающим рабочим органом, закрепленным на торце корпуса устройства, программированный блок управления работой узлов устройства, сменный блок, имеющий емкости для заполнения топливными компонентами и емкость для заполнения хладагентом, отличающееся тем, что торец корпуса устройства, противоположный расположению породоразрушающего рабочего органа, снабжен приспособлением в виде диффузора сопла и охватывающей его камеры, в полости которой закреплены патрубки с клапанами, соединенные магистралями с емкостями для топливных компонентов и емкостью для хладагента, при этом сменный блок, выполненный в виде удлиненного полого цилиндра, примыкает к камере и на его торце, обращенном к корпусу, выполнено оснащение, аналогичное приспособлению, размещенному на торце корпуса, но зеркально ориентированное, а на корпусе устройства выполнено несколько кольцевых фасонной конструкции сопел, имеющих возможность изменения их поперечного сечения и изменения угла ориентирования оси сопла относительно стенки корпуса устройства и относительно стенки выработки для возможности изменения направления перемещения устройства в полости выработки.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что входные сечения диффузоров обоих сопел на устройстве и сменном блоке перекрыты временными защитными сферическими кожухами.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сменный блок имеет дополнительную силовую установку, размещенную в его корпусе и имеет дополнительный вспомогательный рабочий орган.