ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ САМОХОДНОЕ УДАРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДРОБЛЕНИЯ ПОРОДЫ С ПОМОЩЬЮ ИМПУЛЬСНОЙ СТРУИ СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК E21B7/18 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Область, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к пневматическому самоходному ударному устройству для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления, которое в особенности предназначено для бурения или дробления пород с высоким коэффициентом твердости по Платту.

Существующий уровень техники

Согласно данным «Статистического отчета по мировой энергетике» «Бритиш Петролеум» за 2015 г, Китай по-прежнему занимает первое место в мире по потреблению энергии: на Китай приходится 23% от общемирового объема потребления энергии и 61% от чистого роста объема потребления по миру. Из них 66,03% приходится на потребление угля. Предполагается, что уголь еще долго будет для Китая незаменимым основным энергоносителем. В «Кратком плане национального научно-технологического развития в средне- и долгосрочной перспективе (2006-2020)» отмечается важность внедрения технологии безопасной и эффективной разработки и использования запасов угля. Согласно этому плану, необходимо вести целенаправленную разработку технологий добычи угля из рудных тел в глубокозалегающих пластах.

В настоящее время добыча угля постепенно все чаще ведется в глубокозалегающих пластах, при этом безопасная и эффективная разработка угля в таких пластах предъявляет более жесткие требования к способам добычи и используемому оборудованию. При увеличении напряжения в пласте возрастают и модуль эластиности, твердость и прочностные характеристики породы в глубокозалегающих пластах, при этом предел прочности при одноосном сжатии может превышать 150 МПа. Чтобы такие способы добычи, как взрывные работы на рудном теле, разрядка напряжений и крепление выработок, были эффективны, необходимо перед началом таких работ провести бурение породы. Однако эффективную разработку рудных тел в глубокозалегающих пластах затрудняют такие проблемы, как низкая эффективность бурения и сильное запыление от твердой породы. В настоящее время широко применяются два подхода к бурению породы в подземных угольных шахтах: механическая резка и ударная нагрузка. Механическая резка требует частой замены ножей в связи с быстрым износом, поэтому этот способ применяется, главным образом, для дробления породы с коэффициентом твердости по Платту f≤8. Метод ударной нагрузки позволяет обеспечить дробление большинства типов пород, однако при разработке сверхтвердых пород (f>15) наблюдаются такие проблемы, как сильный износ и отпадывание сферических фрез, низкая эффективность дробления, сильное запыление. Все эти проблемы непосредственно влияют на эффективность, качество дробления породы и сокращают срок службы и коэффициент надежности оборудования. Этим обусловливается актуальность проблемы эффективной разработки рудного тела в глубокозалегающих пластах методом безопасного дробления крепкой породы.

Имеются подтверждения того, что применение высоконапорной водяной струи позволяет увеличить качество дробления и продлить срок службы ножей. Недостатком этого способа является то, что при непрерывной подаче высоконапорной водяной струи большое количество воды скапливается в зоне оборудования для дробления породы и отрицательно влияет на его функциональное состояние. Стандартный метод дробления с помощью непрерывной струи воды предусматривает гидравлический удар в одной точке, что ограничивает область применения и снижает качество дробления. К тому же, величина т.н. «застойного давления» недостаточна для развития внутренних напряжений и распространения трещин внутри крепкой породы, вследствие чего такая технология не находит применения для дробления породы. Мощность и качество дробления импульного гидроудара значительно выше, чем у непрерывного гидроудара. Низкотемпературное воздействие и меньший объем расхода воды позволяет снизить коэффициент износа сферических фрез, а следовательно – продлить срок службы оборудования и создать более благоприятные условия для дробления породы механической ударной нагрузкой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения: Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы сгладить недостатки существующего уровня техники и предложить пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления. В устройстве на конструктивном уровне сочетаются преимущества импульсной струи сверхвысокого давления и ударного механического дробления, что позволяет применять его для бурения и дробления пород с высоким коэффициентом твердости по Платту.

Для достижения заявленной задачи в настоящем изобретении применяются следующие технические решения: Пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления состоит из компрессора сжатого воздуха, воздушного ресивера, низконапорного питательного водяного насоса, перепускного клапана, импульсного электромагнитного клапана, шарового крана, комбинированной водно-воздушной трубы, водно-воздушного впускного штуцера, ударной поршневой ускорительной камеры, средней поршневой камеры, передней напорной водяной камеры, одноходового клапана, ударной буровой головки, пружины, стопорной муфты, среднего поршня, ударного поршня и подушки ударного поршня, причем

передний конец передней напорной водяной камеры оснащен торцевой крышкой, задний конец передней напорной водяной камеры соединен с передним концом средней поршневой камеры, задний конец средней поршневой камеры соединен с передним концом ударной поршневой ускорительной камеры, а задний конец ударной поршневой ускорительной камеры имеет водно-воздушный впускной штуцер; в центре торцевой крышки имеется направляющая выемка для буровой головки, по краю торцевой головки на одинаковом расстоянии друг от друга расположено несколько отверстий для удаления отходов породы, на внешней торцевой поверхности торцевой крышки попеременно расположены штуцеры для крепления твердосплавных сферических фрез и твердосплавные сферические фрезы, на внутренней торцевой поверхности торцевой крышки имеется напорное водоструйное сопло, в нижней части которого имеются водоводы сверхвысокого давления; водовод сверхвысокого давления связан с штуцерами для крепления твердосплавных сферических фрез, соединительный водовод связан с боковой стенкой напорного водоструйного сопла, а во внутренней полости передней напорной водяной камеры имеются ударная буровая головка и пружина; кончик ударной буровой головки заведен в направляющую выемку, средняя часть ударной буровой головки располагается во внутренней полости передней напорной водяной камеры, а к задней части ударной буровой головки крепится пружина; к передней напорной водяной камере подключен водовод IV, связанный с соединительным водоводом с помощью одноходового клапана; на переднем торце внутренней полости средней поршневой камеры имеется канавка I, в которую установлена стопорная муфта; в центральной части внутренней полости средней поршневой камеры имеется средний поршень, передний конец которого проходит через стопорную муфту и соприкасается с пружиной; стопорная муфта предназначена для того, чтобы средний поршень не выходил из средней поршневой камеры; к средней поршневой камере подключен водовод III, связанный с водоводом IV; во внутренней полости ударной поршневой ускорительной камеры имеется ударный поршень, а к ударной поршневой ускорительной камере подключен водовод II, связанный с водоводом III; на внешней торцевой поверхности водно-воздушного впускного штуцера имеются водозаборник и воздухозаборник, на внутренней торцевой поверхности водно-воздушного впускного штуцера имеется канавка II, в которую установлена подушка ударного поршня; к водно-воздушному впускному штуцеру подключены водовод I и воздуховод, при этом водовод I связан с водоводом II, а воздуховод связан с внутренней полостью ударной поршневой ускорительной камеры и воздухозаборником;

комбинированная водно-воздушная труба состоит из высоконапорной водяной трубы и воздушной трубы; высоконапорная водяная труба связана с водозаборником и шаровым краном, а шаровой кран соединен с низконапорным питательным водяным насосом с помощью перепускного клапана; воздушная труба связана с воздухозаборником и импульсным электромагнитным клапаном, который соединен с компрессором сжатого воздуха через воздушный ресивер. Кроме того, на переднем конце ударной буровой головки имеется твердосплавный наконечник.

Кроме того, по краю кончика ударной буровой головки предусмотрена канавка для уплотнительного кольца IV, а по краю средней части ударной буровой головки предусмотрена канавка для уплотнительного кольца V.

Кроме того, торцевая крышка соединена с передней напорной водяной камерой на сварной шов; а передняя напорная водяная камера, средняя поршневая камера, ударная поршневая ускорительная камера и водно-воздушный впускной штуцер крепятся друг к другу на магнитные болты. Кроме того, на торцевой поверхности заднего торца ударной поршневой ускорительной камеры имеется канавка I, на торцевой поверхности заднего торца средней поршневой камеры имеется канавка II, а на торцевой поверхности заднего торца передней напорной водяной камеры имеется канавка III.

Кроме того, на ударном поршне предусмотрено глубокое отверстие для снижения его веса, при этом ударный поршень изготовлен из алюминиевого или медного сплава.

Кроме того, в качестве воздуховода используется труба из стальной проволоки, состоящая не менее чем из 2 слоев проволоки, а на высоконапорную водяную трубу и воздушную трубу надеты эластичные резиновые шланги.

Положительный эффект: Настоящее изобретение использует пневматический привод, отличается простой и компактной конструкцией, удобством в сборке и демонтаже, большой мощностью и хорошей герметизацией, обеспечивая эффективное дробление породы с высоким коэффициентом твердости по Платту с помощью импульсной струи сверхвысокого давления. Использование импульсной струи сверхвысокого давления позволяет уменьшить прочность породы и упростить работу для механической оснастки буровой головки, и, следовательно, увеличить эффективность и мощность дробления. Также применение импульсной струи позволяет сократить уровень запыления от обломков породы, продлить срок службы механической оснастки, повысить безопасность и эффективность разработки месторождений энергоносителей, вследствие чего можно заключить, что изобретение является актуальным для устойчивого развития горнодобывающей отрасли Китая с социальной точки зрения

.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1 – вид в разрезе пневматического самоходного ударного устройства для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления согласно настоящему изобретению;

Фигура 2 – вид спереди передней напорной водяной камеры согласно настоящему изобретению;

Фигура 3 – вид слева передней напорной водяной камеры согласно настоящему изобретению;

Фигура 4 – вид в разрезе ударной буровой головки согласно настоящему изобретению;

Фигура 5 – вид в разрезе средней поршневой камеры согласно настоящему изобретению;

Фигура 6 – вид в разрезе ударной поршневой ускорительной камеры согласно настоящему изобретению;

Фигура 7 – вид в разрезе водно-воздушного впускного штуцера согласно настоящему изобретению;

Фигура 8 – вид спереди водно-воздушной комбинированной трубы согласно настоящему изобретению.

Цифрами на чертежах обозначены:

1. Воздушный компрессор,

2. Воздушный ресивер,

3. Низконапорный питательный водяной насос,

4. Перепускной клапан,

5. Импульсный электромагнитный клапан,

6. Шаровой кран,

7. Комбинированная водно-воздушная труба,

8. Водно-воздушный впускной штуцер,

9. Ударная поршневая ускорительная камера,

10. Средняя поршневая камера,

11. Передняя напорная водяная камера,

12. Одноходовой клапан,

13. Ударная буровая головка,

14. Пружина,

15. Стопорная муфта,

16. Средний поршень,

17. Магнитный болт,

18. Ударный поршень,

19. Подушка ударного поршня,

7-1. Высоконапорная водяная труба,

7-2. Эластичный резиновый шланг,

7-3. Воздушная труба,

8-1. Водозаборник,

8-2. Воздухозаборник,

8-3. Водовод I,

8-4. Канавка II,

8-5. Воздуховод,

8-6. Резьбовое отверстие I,

9-1. Канавка для уплотнительного кольца I,

9-2. Водовод II,

9-3. Резьбовое отверстие II,

10-1. Канавка для уплотнительного кольца II,

10-2. Водовод III,

10-3. Канавка I,

10-4. Резьбовое отверстие III,

11-1. Канавка для уплотнительного кольца III,

11-2. Водовод IV,

11-3. Прорезь,

11-4. Соединительный водовод,

11-5. Резьбовое отверстие IV,

11-6. Водовод сверхвысокого давления,

11-7. Штуцеры для твердосплавных сферических фрез,

11-8. Твердосплавные сферические фрезы,

11-9. Отверстие для удаления отходов породы,

11-10. Торцевая крышка,

11-11. Напорное водоструйное сопло,

11-12. Направляющая выемка для буровой головки,

13-1. Твердосплавный наконечник для буровой головки,

13-2. Буровая штанга,

13-3. Канавка для уплотнительного кольца IV,

13-4. Канавка для уплотнительного кольца V,

18-1. Глубокое отверстие

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже приводится описание осуществления изобретения со ссылкой на чертежи.

Как показано на Фигуре 1, пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления состоит из компрессора сжатого воздуха 1, воздушного ресивера 2, низконапорного питательного водяного насоса 3, перепускного клапана 4, импульсного электромагнитного клапана 5, шарового крана 6, комбинированной водно-воздушной трубы 7, водно-воздушного впускного штуцера 8, ударной поршневой ускорительной камеры 9, средней поршневой камеры 10, передней напорной водяной камеры 11, одноходового клапана 12, ударной буровой головки 13, пружины 14, стопорной муфты 15, среднего поршня 16, ударного поршня 18 и подушки ударного поршня 19.

Передний конец передней напорной водяной камеры 11 оснащен торцевой крышкой 11-10, задний конец передней напорной водяной камеры 11 соединен с передним концом средней поршневой камеры 10, задний конец средней поршневой камеры 10 соединен с передним концом ударной поршневой ускорительной камеры 9, а задний конец ударной поршневой ускорительной камеры 9 имеет водно-воздушный впускной штуцер 8.

Как показано на Фигурах 1, 2, 5, 6 и 7, торцевая крышка 11-10 приварена к передней напорной водяной камере 11. На торцевой поверхности заднего торца передней напорной водяной камеры 11 имеется резьбовое отверстие IV 11-5, на торцевых поверхностях переднего и заднего торцов средней поршневой камеры 10 имеются резьбовые отверстия III 10-4, на торцевых поверхностях переднего и заднего торцов ударной поршневой ускорительной камеры 9 имеются резьбовые отверстия II 9-3, а на торцевой поверхности переднего торца водно-воздушного впускного штуцера 8 имеется резьбовое отверстие I 8-6, к которым неподвижно на магнитные болты 17 крепятся передняя напорная водяная камера 11, средняя поршневая камера 10, ударная поршневая ускорительная камера 9 и водно-воздушный впускной штуцер 8. Для герметизации стыков между передней напорной водяной камерой 11, средней поршневой камерой 10, ударной поршневой ускорительной камерой 9 и водно-воздушным впускным штуцером 8 на торцевой поверхности заднего торца ударной поршневой ускорительной камеры 9 предусмотрена канавка для уплотнительного кольца I 9-1, на торцевой поверхности заднего торца средней поршневой камеры 10 предусмотрена канавка для уплотнительного кольца II 10-1, а на торцевой поверхности передней напорной водяной камеры 11 предусмотрена канавка для уплотнительного кольца III 11-1. Уплотнительные кольца устанавливаются в соответствующие канавки.

Как показано на Фигурах с 1 по 4, в центре торцевой крышки 11-10 имеется направляющая выемка для буровой головки 11-12, по краю торцевой крышки 11-10 на одинаковом расстоянии друг от друга расположено несколько отверстий для удаления отходов породы 11-9, на внешней торцевой поверхности торцевой крышки 11-10 попеременно расположены штуцеры для крепления твердосплавных сферических фрез 11-7 и твердосплавные сферические фрезы 11-8, на внутренней торцевой поверхности торцевой крышки 11-10 имеется напорное водоструйное сопло 11-11, в нижней части которого имеются водоводы сверхвысокого давления 11-6. Водовод сверхвысокого давления 11-6 связан с штуцерами для крепления твердосплавных сферических фрез 11-7, соединительный водовод 11-4 связан с боковой стенкой напорного водоструйного сопла 11-11, а во внутренней полости передней напорной водяной камеры 11 имеются ударная буровая головка 13 и пружина 14.

Кончик ударной буровой головки 13 заведен в направляющую выемку 11-12. В передней части ударной буровой головки 13 установлен твердосплавный наконечник 13-1, средняя часть ударной буровой головки 13 располагается во внутренней полости передней напорной водяной камеры 11, а к задней части ударной буровой головки 13 крепится пружина 14. Для герметизации стыков между ударной буровой головкой 13, торцевой крышкой 11-10 и передней напорной водяной камерой 11, по краю кончика ударной буровой головки 13 предусмотрена канавка для уплотнительного кольца IV 13-3, по краю средней части ударной буровой головки 13 предусмотрена канавка для уплотнительного кольца V 13-4, при этом уплотнительные кольца установлены в соответствующих канавках.

К передней напорной водяной камере 11 подключен водовод IV 11-2, связанный с соединительным водоводом 11-4 с помощью одноходового клапана 12. Одноходовой клапан 12 установлен в прорези 11-3 в концевой части водовода IV 11-2 и предназначен для предотвращения обратного хода воды в переднюю напорную водяную камеру 11.

Как показано на Фигуре 1 и Фигуре 5, на переднем торце внутренней полости средней поршневой камеры 10 имеется канавка I 10-3, в которую установлена стопорная муфта 15. В центральной части внутренней полости средней поршневой камеры 10 имеется средний поршень 16, передний конец которого проходит через стопорную муфту 15 и соприкасается с пружиной 14. Стопорная муфта 15 предназначена для того, чтобы средний поршень 16 не выходил из средней поршневой камеры 10. К средней поршневой камере 10 подключен водовод III 10-2, связанный с водоводом IV 11-2. В настоящем варианте осуществления изобретения канавка I 10-3 имеет некруглое сечение. Благодаря этому устраняется проблема со взаимной блокировкой между стопорной муфтой 15 и водоводом III 10-2, облегчается процесс установки стопорной муфты 15 и сокращается количество элементов герметизации.

Как показано на Фигуре 1 и Фигуре 6, во внутренней полости ударной поршневой ускорительной камеры 9 имеется ударный поршень 18. На ударном поршне 18 предусмотрено глубокое отверстие 18-1 для снижения его веса. Ударный поршень 18 изготовлен из алюминиевого или медного сплава. К ударной поршневой ускорительной камере 9 подключен водовод II 9-2, связанный с водоводом III 10-2 и водоводом I 8-3.

Как показано на Фигуре 1 и Фигуре 7, на внешней торцевой поверхности водно-воздушного впускного штуцера 8 имеются водозаборник 8-1 и воздухозаборник 8-2, на внутренней торцевой поверхности водно-воздушного впускного штуцера 8 имеется канавка II 8-4, в которую установлена подушка ударного поршня 19. К водно-воздушному впускному штуцеру 8 подключены водовод I 8-3 и воздуховод 8-5, при этом водовод I 8-3 связан с водоводом II 9-2 и водозаборником 8-1, а воздуховод 8-5 связан с внутренней полостью ударной поршневой ускорительной камеры 9 и воздухозаборником 8-2.

Как показано на Фигуре 1 и Фигуре 8, комбинированная водно-воздушная труба 7 состоит из высоконапорной водяной трубы 7-1 и воздушной трубы 7-3. Высоконапорная водяная труба 7-1 связана с водозаборником 8-1 и шаровым краном 6. Шаровой кран 6 соединен с низконапорным питательным водяным насосом 3 с помощью перепускного клапана 4. Воздушная труба 7-3 связана с воздухозаборником 8-2 и импульсным электромагнитным клапаном 5, который соединен с компрессором сжатого воздуха 1 через воздушный ресивер 2. В этом варианте осуществления изобретения в качестве воздушной трубы 7-3 используется труба из стальной проволоки, состоящая не менее чем из 2 слоев проволоки, а на высоконапорную водяную трубу 7-1 и воздушную трубу 7-3 надеты эластичные резиновые шланги 7-2.

Во время работы компрессор 1 вырабатывает сжатый воздух и подает его в воздушный ресивер 2, в результате чего образуется сжатый воздух устойчивого давления, который проходит через импульсный электромагнитный клапан и преобразуется в прерывистую воздушную струю. Эта струя, в свою очередь, подается в воздушную трубу 7-3 комбинированной водно-воздушной трубы 7 и воздуховод 8-5 водно-воздушного впускного штуцера 8, а затем в ударную поршневую ускорительную камеру 9, где оказывает воздействие на ударный поршень 18. Под воздействием струи сжатого воздуха ударный поршень 18 двигается и соприкасается со средним поршнем 16. Средний поршень 16 давит на пружину 14 и ударную буровую головку 13, в результате чего происходит дробление породы ударной буровой головкой 13. Во время работы низконапорного питательного водяного насоса 3 вода под определенным давлением последовательно поступает в перепускной клапан 4, шаровой кран 6, высоконапорную водяную трубу 7-1 комбинированной водно-воздушной трубы 7, водовод I 8-3 водно-воздушного впускного штуцера 8, водовод II 9-2 ударной поршневой ускорительной камеры 9, водовод III 10-2 средней поршневой камеры 10, водовод IV 11-2 передней напорной водяной камеры 11, одноходовой клапан 12 и соединительный водовод 11-4, а затем в напорное водоструйное сопло 11-11 на торцевой крышке 11-10. При одновременной работе компрессора сжатого воздуха 1 и низконапорного питательного водяного насоса 3 под действием ударной нагрузки ударная буровая головка 13 увеличивает давление воды в напорном водоструйном сопле 11-11, в результате чего образуется импульсная струя гидроудара сверхвысокого давления, которая поступает через твердосплавные сферические фрезы и воздействует на породу. При мгновенном увеличении давления воды в напорном водоструйном сопле 11-11 на взаимосвязанные торцевую крышку 11-10, переднюю напорную водяную камеру 11, среднюю поршневую камеру 10 и ударную поршневую ускорительную комеру 9 оказывается направленное вперед силовое воздействие, которое преобразуется в усилие подачи, в результате чего штуцеры для крепления сферических фрез 11-7 и сферические фрезы 11-8, установленные на торцевой крышке 11-10, продвигаются вперед и оказывают ударное разрушающее воздействие на породу.

При бурении породы с использованием пневматического самоходного ударного устройства для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления ударный поршень 18 мгновенно ускоряется под действием сжатого возраста и развивает линейную скорость, а затем воздействует на средний поршень 16, передавая тому определенные ударное усилие и скорость. Средний поршень 16 оказывает ударную нагрузку на пружину 14 и ударную буровую головку 13, в результате чего ударная буровая головка 13 продвигается вперед и оказывает разрушающее ударное воздействие на породу. Низконапорный питательный водяной насос подает воду под определенным давлением. Эта вода поступает в напорное водяное сопло 11-11 на торцевой крышке 11-10, по высоконапорной водяной трубе 7-1 комбинированной водно-воздушной трубы 7, водовод I 8-3 водно-воздушного впускного штуцера 8, водовод II 9-2 ударной поршневой ускорительной камеры 9, водовод III 10-2 средней поршневой камеры 10, водовод IV 11-2 передней напорной водяной камеры 11 и одноходовой клапан 12. При дроблении породы механическим ударом средний поршень 16 оказывает ударную нагрузку на пружину 14 и ударную буровую головку 13, ударная буровая головка 13 увеличивает давление воды в напорном водоструйном сопле 11-11, которая поступает через водовод сверхвысокого давления 11-6, в результате чего образуется импульсная струя гидроудара сверхвысокого давления, которая поступает в штуцеры 11-7 для крепления твердосплавных фрез. Импульсная струя гидроудара сверхвысокого давления способна оказывать на породу ударную нагрузку высокой мощности за пределами радиуса действия ударной буровой головки 13. При мгновенном увеличении давления воды в напорном водоструйном сопле 11-11 на взаимосвязанные торцевую крышку 11-10, переднюю напорную водяную камеру 11, среднюю поршневую камеру 10 и ударную поршневую ускорительную камеру 9 оказывается направленное вперед силовое воздействие, которое преобразуется в усилие подачи, в результате чего штуцеры для крепления сферических фрез 11-7 и сферические фрезы 11-8 продвигаются вперед и оказывают ударное разрушающее воздействие на породу

При отпускании пружины 14 высвобождается упругий потенциал и оказывается обратное воздействие на средний поршень 16 и ударный поршень 18. Импульсный электромагнитный клапан 5 перекрывает подачу сжатого воздуха, и ударный поршень 18 движется в обратном направлении. При возобновлении подачи сжатого воздуха импульсным электромагнитным клапаном 5 ударный поршень 18 снова движется вперед и запускает новый цикл дробления породы с использованием ударной буровой головки 13, штуцеров для крепления твердосплавных сферических фрез 11-7 и твердосплавных сферических фрез с помощью непрерывной импульсной струи гидроудара сверхвысокого давления.

Вышеприведенное описание представляет собой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что специалист в состоянии вносить усовершенствования и модификации, не отходя от принципа настоящего изобретения. Любые подобные изменения и модификации подпадают в область патентной защиты настоящего изобретения.

Изобретение раскрывает пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления. Устройство состоит из компрессора сжатого воздуха, воздушного ресивера, низконапорного питательного водяного насоса, перепускного клапана, импульсного электромагнитного клапана, шарового крана, комбинированной водно-воздушной трубы, водно-воздушного впускного штуцера, ударной поршневой ускорительной камеры, средней поршневой камеры, передней напорной водяной камеры, одноходового клапана, ударной буровой головки, пружины, стопорной муфты, среднего поршня, ударного поршня и подушки ударного поршня. Передний конец передней напорной водяной камеры оснащен торцевой крышкой, задний конец передней напорной водяной камеры соединен с передним концом средней поршневой камеры, задний конец средней поршневой камеры соединен с передним концом ударной поршневой ускорительной камеры, а задний конец ударной поршневой ускорительной камеры имеет водно-воздушный впускной штуцер. Торцевая крышка оснащена отверстиями для удаления отходов породы, штуцерами для крепления твердосплавных сферических фрез и твердосплавными сферическими фрезами. Передняя напорная водяная камера оснащена ударной буровой головкой с пружиной. Средняя поршневая камера оснащена средним поршнем. Ударная поршневая ускорительная камера оснащена ударным поршнем. Торцевая крышка, передняя напорная водяная камера, средняя поршневая камера, ударная поршневая ускорительная камера последовательно соединены за счет водоводов, проложенных через водно-воздушный впускной штуцер. Водно-воздушный впускной штуцер соединен с компрессором сжатого воздуха и низконапорным питающим водяным насосом с помощью комбинированной водно-воздушной трубы. Обеспечивается простота и компактность конструкции, удобство в сборке и демонтаже, большая мощность и хорошая герметизация, эффективное дробление породы с высоким коэффициентом твердости по Платту с помощью импульсной струи сверхвысокого давления. Уменьшается прочность породы и упрощается работа для механической оснастки буровой головки и, следовательно, увеличивается эффективность и мощность дробления, сокращается уровень запыления от обломков породы, продлевается срок службы механической оснастки, повышается безопасность и эффективность разработки месторождений. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления, состоящее из компрессора сжатого воздуха (1), воздушного ресивера (2), низконапорного питательного водяного насоса (3), перепускного клапана (4), импульсного электромагнитного клапана (5), шарового крана (6), комбинированной водно-воздушной трубы (7), водно-воздушного впускного штуцера (8), ударной поршневой ускорительной камеры (9), средней поршневой камеры (10), передней напорной водяной камеры (11), одноходового клапана (12), ударной буровой головки (13), пружины (14), стопорной муфты (15), среднего поршня (16), ударного поршня (18) и подушки ударного поршня (19), характеризующееся тем, что

передний конец передней напорной водяной камеры (11) оснащен торцевой крышкой (11-10), задний конец передней напорной водяной камеры (11) соединен с передним концом средней поршневой камеры (10), задний конец средней поршневой камеры (10) соединен с передним концом ударной поршневой ускорительной камеры (9), а задний конец ударной поршневой ускорительной камеры (9) имеет водно-воздушный впускной штуцер (8); в центре торцевой крышки (11-10) имеется направляющая выемка (11-12) для буровой головки, по краю торцевой крышки (11-10) на одинаковом расстоянии друг от друга расположено несколько отверстий для удаления отходов породы (11-9), на внешней торцевой поверхности торцевой крышки (11-10) попеременно расположены штуцеры для крепления твердосплавных сферических фрез (11-7) и твердосплавные сферические фрезы (11-8), на внутренней торцевой поверхности торцевой крышки (11-12) имеется напорное водоструйное сопло (11-11), в нижней части которого имеются водоводы сверхвысокого давления (11-6); водовод сверхвысокого давления (11-6) связан с штуцерами для крепления твердосплавных сферических фрез (11-7), соединительный водовод (11-4) связан с боковой стенкой напорного водоструйного сопла (11-11), а во внутренней полости передней напорной водяной камеры (11) имеются ударная буровая головка (13) и пружина (14); кончик ударной буровой головки (13) заведен в направляющую выемку (11-12), средняя часть ударной буровой головки (13) располагается во внутренней полости передней напорной водяной камеры (11), а к задней части ударной буровой головки (13) крепится пружина (14); к передней напорной водяной камере (11) подключен водовод IV (11-2), связанный с соединительным водоводом (11-4) с помощью одноходового клапана (12); на переднем торце внутренней полости средней поршневой камеры (10) имеется канавка I (10-3), в которую установлена стопорная муфта (15); в центральной части внутренней полости средней поршневой камеры (10) имеется средний поршень (16), передний конец которого проходит через стопорную муфту (15) и соприкасается с пружиной (14); стопорная муфта (15) предназначена для того, чтобы средний поршень (16) не выходил из средней поршневой камеры (10); к средней поршневой камере (10) подключен водовод III (10-2), связанный с водоводом IV (11-2); во внутренней полости ударной поршневой ускорительной камеры (9) имеется ударный поршень (18), а к ударной поршневой ускорительной камере (9) подключен водовод II (9-2), связанный с водоводом III (10-2); на внешней торцевой поверхности водно-воздушного впускного штуцера (8) имеются водозаборник (8-1) и воздухозаборник (8-2), на внутренней торцевой поверхности водно-воздушного впускного штуцера (8) имеется канавка II (8-4), в которую установлена подушка ударного поршня (19); к водно-воздушному впускному штуцеру (8) подключены водовод I (8-3) и воздуховод (8-5), при этом водовод I (8-3) связан с водоводом II (9-2), а воздуховод (8-5) связан с внутренней полостью ударной поршневой ускорительной камеры (9) и воздухозаборником (8-2);

комбинированная водно-воздушная труба (7) состоит из высоконапорной водяной трубы (7-1) и воздушной трубы (7-3); высоконапорная водяная труба (7-1) связана с водозаборником (8-1) и шаровым краном (6), а шаровой кран (6) соединен с низконапорным питательным водяным насосом (3) с помощью перепускного клапана (4); воздушная труба (7-3) связана с воздухозаборником (8-2) и импульсным электромагнитным клапаном (5), который соединен с компрессором сжатого воздуха (1) через воздушный ресивер (2).

2. Пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления согласно п.1, характеризующееся тем, что на переднем конце ударной буровой головки (13) имеется твердосплавный наконечник (13-1).

3. Пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления согласно п.2, характеризующееся тем, что по краю кончика ударной буровой головки (13) предусмотрена канавка для уплотнительного кольца IV (13-3), а по краю средней части ударной буровой головки (13) предусмотрена канавка для уплотнительного кольца V (13-4).

4. Пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления согласно п.2, характеризующееся тем, что торцевая крышка (11-10) соединена с передней напорной водяной камерой (11) на сварной шов; а передняя напорная водяная камера (11), средняя поршневая камера (10), ударная поршневая ускорительная камера (9) и водно-воздушный впускной штуцер (8) крепятся друг к другу на магнитные болты (17).

5. Пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления согласно п.4, характеризующееся тем, что на торцевой поверхности заднего торца ударной поршневой ускорительной камеры (9) имеется канавка I (9-1), на торцевой поверхности заднего торца средней поршневой камеры (10) имеется канавка II (10-1), а на торцевой поверхности заднего торца передней напорной водяной камеры (11) имеется канавка III (11-1).

6. Пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления согласно п.1, характеризующееся тем, что на ударном поршне (18) предусмотрено глубокое отверстие (18-1) для снижения его веса, при этом ударный поршень (18) изготовлен из алюминиевого или медного сплава.

7. Пневматическое самоходное ударное устройство для дробления породы с помощью импульсной струи сверхвысокого давления согласно п.1, характеризующееся тем, что в качестве воздушной трубы (7-3) используется труба из стальной проволоки, состоящая не менее чем из 2 слоев проволоки, а на высоконапорную водяную трубу (7-1) и воздушную трубу (7-3) надеты эластичные резиновые шланги (7-2).