Теплоаккумуляторный ледовый бур Советский патент 1986 года по МПК E21B7/14 

Изобретение относится к горному делу, а именно к портативному оборудованию для термического разрушения и бурения снежно-ледовых покровов и мерзлоты. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности, уменьшение энергопотребления при одновременном уменьшении габаритов. На чертеже изображен теплоаккумуляторный ледовый бур, предназначенный для бурения скважин с отборо.м керна на горных ледниках. Бур состоит из трубчатого корпуса 1, нижняя часть которого служит керноприемником, а в верхней установлена емкость 2 с теплоизоляционным покрытием 3 снаружи и источником тепла, теплоносителем и поршневым насосом внутри. Источник тепла выполнен в виде предварительно нагретых теплоаккумулируюш,их элементов: жидкости 4 с высокой теплоемкостью, являюш,ейся также теплоносителем, например воды или минерального масла, и погруженных в нее твердых тел 5, выполненных из материала с высокой теплоемкостью, например меди, или в виде теплопроводяших контейнеров, содержащих теплоаккумулирующий материал 6 с высокой теплотой фазового перехода и температурой этого перехода, меньшей температуры кипения жидкости 4, например расплав соли декагидрата сернокислого натрия. Тела 5 для улучшения теплообмена с жидкостью - теплоносителем 4 имеют каналы 7 и радиаторные ребра 8. Поршневой насос системы подачи теплоносителя расположен в емкости 2 между двумя примерно равными объемами теплоаккумулируюших тел и образован средней частью емкости 2 и одним из тел 5, выполненных соответственно в виде цилиндра 9 и поршня 10 такого насоса. Шток 11 насоса проходит через канал 7 верхнего тела 5 и теплоизоляционную крышку 12 емкости 2 и тяговым элементом в виде каната 13 связан с ручным или механическим приводом насоса, размеш,енным на поверхности ледяного покрова (не показан). Такой гравитационно-канатный привод может быть выполнен аналогично используемому в ударноканатных буровых установках, обеспечиваюшему подъем ударного груза, гравитационной массы (поршня 10) на определенную высоту и свободное его падение при постепенном стравливании троса бура. На нижней части корпуса 1, образующей керноприемник, укреплена буровая коронка 14, выполненная в виде кольцеобразного теплообменника со сплошной стенкой, покрытой сверху слоем теплоизоляции 15. Коронка 14 соединена с емкостью 2 трубопроводом 16 и дополнительным трубопроводом 17, имеющими теплоизоляционное покрытие 18, причем трубопровод 16 связан с надпоршневым пространством емкости 2 выше теплоаккумулирующих тел 5, а трубопровод 17 - с подпоршневым пространством ниже этих тел, образуя таким образом замкнутую реверсивную систему подачи жидкости - теплоносителя 4 к телам 5 и коронке 14 при возвратно-поступательном движении поршня 10. Бурение и разрушение снега, фирна, льда и высокольдистых мерзлых пород с помощью предлагаемого бура производят следующим образом. Теплоаккумулирующие элементы, жидкость 4 и тела 5 нагревают на поверхности покрова с помощью какоголибо источника тепла (бензоплиты, примуса, костра, солнечного нагревателя и т.п.), помещают в емкость 2 и завинчивают крышку 12. Заряженный бур опускают на тяговом элементе 13 в скважину или устанавливают вертикально на поверхности покр.ова. При касании коронкой 14 забоя натяжение каната 13 ослабевает и поршень 10 нами нает двигаться вниз в цилиндре 9 под действием собственной тяжести, осуществляя прокачку горячего теплоносителя из подпоршневого пространства емкости 2 в надпоршневое через каналы 7 в телах 5, трубопроводы 16 и 17 и кОронку 14. После достижения поршнем нижних тел 5 его поднимают вверх за канат 3, обеспечивая прокачку теплоносителя в обратном направлении. При протекании горячего теплоносителя по буровой коронке-теплообменнику, прижимаемой к забою весом бура, лед плавится на контакте с ее нижней рабочей поверхностью и между ближайшими прогреваемыми частицами мерзлой породы, и бур погружается в покров под действием собственной тяжести, оттесняя в стороны и вверх талый рыхлый материал. Для повышения эффективности такого оттеснения буровую коронку целесообразно выполнить с поперечным сечением, близким к треугольнику, обращенному острой вершиной вниз, а вес бура должен быть достаточен для эффективного прижатия его к забою с учетом действия подъемной силы вытесненной им воды и уменьшения давления бура на забой при движении поршня вверх. Операции реверсивной прокачки теплоносителя подъемом и опусканием поршня повторяют до полного заполнения керном керноприемника или до использования рабочего теплозапаса теплоаккумулирующих масс. Масса поршня, скорость его опускания и подъема выбираются достаточными для протекания теплоносителя через кйронку со скоростью, при которой его температура изменяется вдоль коронки незначительно. Такая скорость в сочетании с реверсивным движением теплоносителя обеспечивает равно.мерность распределения теплового потока, выделяемого коронкой, по ее длине и его эффективное использование. После выплавления керна его

открывают с помощью кернорвателей (не показаны) и поднимают наверх вместе с буром посредством каната 13.

Бурение льда и мерзлых пород с помощью предлагаемого бура с целью разрущения или получения скважин, шурфов, майн, а не керна, целесообразно вести не сплощным забоем, а также с отбором керна, причем максимально возможного диаметра, так как с ростом диаметра бура сокращается необходимый объем теплоаккумулирующих элементов, расход энергии, затраты труда и времени на проходку единицы объема скважины, а также вертикальные габариты устройства и потери тепла через теплоизоляцию.

Формула изобретения

Теплоаккумуляторный ледовый бур, включающий корпус, теплоизолированную

емкость с теплоносителем и источником тепла, сообщенную с буровой коронкой посредством трубопровода, и тяговый элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, уменьшения энергопотребления при одновременном уменьшении габаритов, он снабжен дополнительным трубопроводом и поршнем, источник тепла выполнен в виде теплоаккумулирующих элементов, при этом дополнительный трубопровод установлен между цилиндрической емкостью и буровой коронкой, порщень связан с тяговым элементом и размещен в цилиндрической емкости между теплоаккумулирующими элементами, а последние размещены между входными каналами основного и дополнительного трубопроводов.

Изобретение относится к области термического бурения снежно-ледовых покровов и позволяет повысить эксплуатационную надежность за счет уменьшения энергопотребления при одновременном уменьшении габаритов. Для этого поршень (П) 10 связан с тяговым элементом в виде каната 13 и размещен в теплоизолированной цилиндрической емкости 2 между теплоаккумулирующими элементами (ТАЭ) источника тепла. Обладающие высокой теплоемкостью ТАЭ представляют собой погруженные в жидкость 4 твердые тела 5, которые размещают между входными каналами основного 16 и дополнительного 17 трубопроводов, соединяющих коронку (К) 14 с емкостью 2. В емкость 2 помещают нагретые ТАЭ. Термобур опускают на канате 13 в скважину. При касании коронки 14 забоя натяжение каната 13 ослабевает, и П 10 движется в цилиндре 9 под действием собственной массы. При этом осуществляется прокачка теплоносителя через каналы 7 в телах 5, трубопроводы 16 и 17 и коронку 14 в надпоршневое пространство емкости 2. При подъеме П Ю теплоноситель прокачивается в обратном направлении. За счет движения а теплоносителя по коронке 14 лед плавится. S Бур погружается в покров, оттесняя в сторо(Л ны и вверх талый рыхлый материал. Операции подъема и опускания П 10 повторяют до полного заполнения керноприемника, после чего бур поднимают. 1 ил. |С О5 1C о IC