Устройство для разрушения монолитных объектов Советский патент 1984 года по МПК E21C37/06 

11 Tiaoep TertHe предназначено для раэруршния мерзлых грунтов, горных пород и монолитньк объектов и может быть использовано в горном деле и строительстве. Известно устройство для разрушения горных пород, включающее корпус с ударником, нагнетательное приспособление с пневмогидравлическим акк мулятором и стопором ij . Однако устройство характеризуетс недостаточной эффективностью разрушения пород вследствие ограниченной энергии удара, обеспечиваемой пневмогидроаккумулятором. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для разрзтпения монолитных объектов, включающее корпус с камерами сгорания и расширения, разделенными перегородкой с запорным клапаном, поршень-боек и ударник, последовательно размещенные за перегородкой в камере расширения, патрубок подвода сжатого воздуха в камеру расширения В устройстве процесс разрушения горных породимеет динамический характер. При внедрении в поверхностный слой горной породы рабочего инструмента в разоушаемом породном массиве формируется импульс давления большой амплитуды и большой скорости нарастания давления. В горной породе при этом возникает большое количество микро- и макротрещин, по которьм и происходит разрушение 21 Однако вследствие того, что распределение давления в толще разрушаемой среды крайне неравномерно, объем отбиваемой за цикл горной поро ды невелик, так как большая часть энергии тратится непроизводительно, в частности уносится волной сжатия Целью изобретения является повьште ние эффективности разрушения за счет равномерного распределения энергии удара в объеме разрушаемого объекта. Для достижения указанной цели устройство для разрушения монолитных объектов включающее корпус с камерами сгорания и расширения, разделенными перегородкой с запорным клапаном, поршень-боек и ударник, последовательно размещенные за перегородкой в камере расширения, патрубок подвода сжатого воздуха в камеру расширения, снабжено подъемным 02 поршнем с отверстием для ударника, установленным в камере расширения, и герметизатором, установленным на торце корпуса со стороны ударника, выполненным с отверстием для ввода ударника и каналами для перепуска через герметизатор жидкости и воздуха, герметизирующим пакером, расположенным на наружной поверхности герметизатора, и фиксирующим пакером, расположенньм в герметизаторе на стенке отверстия для ввода ударника, при этом торец ударника между поршнем-бойком и подъем}п 1м поршнем выполнен с упором, отверстие для ударника в подъемном поршне - с клапанным седлэм для упора ударника, а полость корпуса между подъемным поршнем и . герметизатором сообщена с патрубком подвода сжатого воздуха. На фиг, I представлен ударный механизм, поперечный разрез; на фиг. 2 система питания. Ударный механизм содержит цилиндрический корпус 1, разделенный перегородкой 2 с центральным отверстием 3 и седлом 4 на камеры сгорания 5 и расширения 6. В корпусе 1 размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения поршень-боек 7, отделяющий подбойковую полость 8 корпуса 1 с патрубком 9 в ее боковой стенке от камеры 6 расширения. При этом камера 5 сгорания оборудована впускным IО и выхлопным 1 клапанами, свечой 12 зажигания и трубой 13, в нижней, более широкой ступени которой размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения запорный клапан 14. К нижней части корпуса 1 присоединен герметизатор 15 устья скважины. В его тело встроены герметизирующий пакер 16, соединенный каналом 17 с верхним торцом герметизатора 15 устья, фиксирующий пакер 18, соединенный каналом 19 с верхним торцом герметизатора устья, подпружиненные якори 20, соединенные каналом 21 с нижним торцом герметизатора. Перепускной канал 22 соединяет нижний и верхний торцы герметизатора 15, а- канал 23. подпитки, соединяющий также верхний торец герметизатора 15 с нижним, снабжен обратным клапаном 24. В осевом отверстии герметизатора размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения ударник 25 в виде штока, верхняя часть которого оборудована клапаном 26. В корпусе 1 коаксиально штоку 25 размещен с возможностью возвратнойоступательного перемещения относительно корпуса 1 и штока 25 подъемный поршень 27, подпружиненный пружиной 28.. Подъемный поршень 27 имеет осевое отверстие 29 с седлом 30 и отдадяет от подбойковой полости 8 подпоршневую полость 31 взвода, в нижней части которой вьтолнен радиальный канал 32, связьшаюощй эту полость с системой питания сжатым , воздухом. Нижняя часть ударника 25 снабжена упорной шайбой 33. Система питания включает воздушную линию, содержащую ресивер 34 (фиг, 2) с вентилем 35, соединитель ный трубопровод 36, буферный ресиве 37, оборудопанный регулятором 38 да ления и электропневматическим клапа ном 39, топливную линию, содержащую топливный бак 40, оборудованный обратным клапаном 41. и вентилем 42, и топливный клапан 43, смесевзпо линию, содержащую воздухораспределитель 44 и смеситель 45, соединенный с впускным клапаном 10; линию герме тизации, содержащую ресивер 46 высо кого давления, вентиль 47, регулятор 48 давления и электропневматиче кий клапан 49; линию подпитки, соде жащую емкость 50 для жидкости, оборудованную обратным клапаном 51 и электропневматическим клапаном 52; I линию управления, содержащую стабил зируюгдий ресивер 53 с обратным клап ном 54, элёктропневматические клапа ны 55-57, регулятор 58 давления и трубопроводы 59 и 60. Устройство работает следующим об разом. Перед началом работы открьшают вентиль 35 (фиг. 2) и соединяют ресивер 34 компрессора с воздушной ли нией. С помощью регулятора 38 давле ния в ресивере 37 устанавливают давление, необходимое для осуществления подъема поршня-бойка 7 (фиг, и полученного поршня 27, а с помощью регулятора 58 давления (фиг. 2) устанавливают величину давления, необходимую для удержания ударника 25 фиксирующим пакером 18 в подвешенном состоянии. Включением эпектр пневматического клапана 56 в пакер 18 по каналу 19 подают сжатый возду 104 и ударник 25.фиксируют в крайнем верхнем положении. Включением электропневматического клапана 39 подают сжатый воздух по каналам 9 и 32, При этом в начале подъема поршень-боек 7 перекрывает патрубок 9 и, вследствие расширения воздуха, поступающего через канал 32, подъемный поршень 27 движется вверх, поднимая ударный поршень.-боек 7, При достижении крайнего верхнего положения поршень-боек 7 -открывает отверстие пат-рубка 9, давление в полостях 8 и 31 выравнивается, а подъемный поршень 27 опускается на пружину 28, Далее отпускают стопор (не показан), удерживающий поршень в крайнем верхнем положении в транспортном положении. Затем герметизатор 15 устья погружают в скважину (пустую или заполненную водой). Открьшают вентиль 47на ресивере 46 высокого давления, устанавливают с помощью регулятора 48давления давление для герметизирующего пакера 16. Включают элект$эо- пневматический клапан 49 и сжатый газ i под устаиовленным давлеийем поступает по каналу 17 в пакер 16,герметизирующий устье скйажины. Далее включают электропневматические клапаиы 52 и 57, При этом жидкость из емкосте 50 по каналу 23 через обратный клапаи 24 поступает в полость скважины, вытесняя по каналу 22 через эпектропневг матический клапан 57 воздух в атмосферу.; При появлении воды из электропневматического клапана 57,свидетельствующем о полиом заполнеии скважины водой, его выключают. Клапан 52 остается открытым, осуществляя подпитку полости скважины жидкостью при возможных утечках Давление жидкости в скважине достаточно для удержаний ударника 25 в верхнем положении, но не достаточно для подъема системы ударник 25 - боек 7 (при ограниченной площади нижнего торца ударника) , Превьш1ение давления жидкости в скважине над заданным уровнем недопустимо вследствие возможности нарушения сплошности стенок скважины и ее разгерметизации (например, при работе в мёрзлых породах), Затем включают электропневматический клапан 56, поскольку ударник 25 удерживается в верхнем положении давлением жидкости в скважине. Далее включают электропневматичесги. клапан 55. При этом сжатый воздух из стабилизи рующего ресивера 53 поступает на мембраны бензинового клапана 43 и воздухораспределителя 44, открывая их. Из воздухораспределителя 44 воздух по трубопроводу 59 подводится к выхлопному клапану 11 и он закрывается, а по трубопроводу 60 и трубе 13 к клапану 14, который садится на седло 4 и перекрьгаает отверстие 3 в перегородке 2. Одновременно в смеситель 43 поступают воздух из воздухоргяспределителя 44 и бензин из бензоклапапа 43, смешиваются в нем и по трубопроводу через впускной кла пан 10 в виде бензиновоздзлпной смеси поступает в камеру 5 сгорания. По окончании закачки одновременно отклю чгкп олсктропневиатические клапаны 52 и 55, При этом ресивер 50 отсеicae.TCH от канала 23, бензиновый клапан 43 закрьгоается, Одновременно с этим воздухораспре делягсль 44 закрьшается и соединяет с атмосферой полости трубопроводов 59 и 60. а также трубопровода, соеди .го смеситель 45 с клапаном 10. Одновременно автоматически отключает i;,4 злектропневматический клапан 39 соединяя подбойковую полость 8 с атмосферой, и подается импульс на свечу 12 зала1гания. При этом бензиновоздушная смесь в камере сгорания воспламеняется, давление там быстро возрастает, этим давлением клапан 14 перемещается в крайне верхнее положе ние, так как па него после соединения полости трубы 60 с атмосферой перь.стает действовать сила, прижимаю щая клаплн 14 к седлу 4. Продукты сгорания по отверстию 3 истекают в камеру 6 расширения и воздействуют на боек 7. Конструкция клапанов 14 и 11 расчитана таким образом, чтр инерция первого обеспечивает открыва ние отверстия 3 только при наборе за данного давления в камере сгорания, а второго - после разгона поринябойка 7. Боек 7 разгоняется, вытесняя воздух из подбойковой полости В в атмосферу по каналу 9, наносит удар по ударнику 25 и далее перемещается В11из вместе с ним. При внедрении ударника 25 в жидкость давление в : ней резко повьшается и происходит разрушение породы. Поскольку сжимаемость жидкости невелика, то импульс давления в ней имеет ударный характер. Параметры импульса, обеспечивающие разрзтпение горных пород, устанавливают путем подбора соотношений энергии бойка 7 к объему жидкости в скважине и диаметра ударника 25 к объему жидкости, в скважине. Герметизация устья скважины обеспечивается с помощью герметизирующего пакера 16, а выталкивание устройства из скважины предотвращают якори 20, на которые действуют давление жидкости, через каналы 21,. Причем,чем выше давление в жидкости, тем больше сила, вдавливающая якори 20 в стенки скважины. После разрушения породы жидкость из скважины вытекает, и ударник 25 опускается в крайнее нижнее положение. При этом клапан 26 садится на седло 30 и ударник 25 перемещается вниз вместе в поршнем 27. Для предотвращения удара поршня о корпус герметизатора 15 устья скважины под поршнем установлена пружина 28. После разрупшния пород исчезает давление, выталкивающее якори 20, и якори под действием пружит возвращаются в исходное положение.. Выключением электропневматического клапана 49 полость герметизирующего пакера 16 соединяют с атмосферой. Затем включают электропневматический клапан 39, и сжатый воздух из буферного ресивера 37 поступает по каналу 32 в подпорщневую полость 31. Канал 9 при этом перекрыт телом бойка 7, находящегося в крайнем нижнем положении. Цикл повторяется. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществлять высокопроизводительную проходку горных выработок путем создания высокого давления в жидкости, заполняющей скважину.

Фцг.}

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ ОБЪЕКТОВ, включающее корпус с камерами сгорания и расширения, разделенными перегородкой с запорным клапаном, поршень-боек и ударник, последовательно размещенные за перегородкой в камере расширения, патрубок подвода сжатого воздуха в камеру расширения, отличающеес я Тем, 4TOj с целью повышения эффективности разрушения за счет равномерного распределения энергии удара в объеме разрушаемого объекта, устройство снабжено подъемным поршнем с отверстием для ударника, установленным в камере расширения, и герметизатором, установленным на торце корпуса со стороны ударника, выполненным с отверстием для ввода ударника и каналами для перепуска через герметизатор жидкости и воздуха, герметизирующим пак ером, расположе.нным на поверхности герметизатора, и фиксирующим пакером, рас- . положенным в герметизаторе на стенке для ввода ударника, при этом торец (Л ударника между поршнем-бойком и подъемным поршнем выполнен с упором, отверстие для ударника в подъемном пормне - с клапанным седлом для упора ударника, а полость корпуса между подъемным .nopiimeM и герметизатором сообщена с патрубком подвода сжатого воздуха. QO СО 00