Устройство для образования направленных трещин в скважинах Советский патент 1990 года по МПК E21C37/06 E21B43/26 

12 вращают шток И, который перемещает поршень 10 подавая под давлением флюид через отверстия 2 в пространство между ТП 14 и 15. За счет их радиальных прорезей флюид раздвигает КГ 4 и 5

повышая герметизацию в зоне щели 6, и воздействует на породу. Это приводит к ее разрыву по линии концентрации напряжения с образованием трещины, перпендикулярной оси шпура. 2 ил.

Изобретение относится к разрушению горных пород. Цель - повышение эффективности работы устройства за счет сужения зоны концентрации напряжений в направлении образуемой трещины. Корпус (К) 1 устройства выполнен в виде стакана с кольцевым упорным буртом на наружной поверхности у днища и радиальными выходными отверстиями и заполнен рабочим телом. На К 1 с возможностью продольного перемещения насажено нажимное кольцо 3. Соосно между упорным буртом и кольцом 3 на К 1 насажены кольцевые герметизаторы (КГ) 4 и 5 трапецеидального поперечного сечения с образованием между ними кольцевой щели 6 треугольного поперечного сечения с прилегающим к отверстиям 2 основанием. Соосно К 1 установлена и связана с ним резьбой 9 труба 7 с поворотной рукояткой 8. В трубе 7 установлен и связан с ней резьбой 13 поршень 10 со штоком 11 с дополнительной поворотной рукояткой 12. На образующих щель 6 поверхностях КГ 4 и 5 соосно установлены тарельчатые пружины (ТП) 14 и 15 с радиальными прорезями по периферии. Между торцом 7 и ТП 14 расположена трубчатая втулка 17 и охватывает К 1 на уровне расположения кольца 3 и КГ 5. На наружной поверхности К 1 выполнен выступ для упора в него внутреннего края ТП 15 со стороны упорного бурта. Вращением трубы 7 с помощью рукоятки 8 навинчивают ее на К 1. При этом КГ 4 и 5, расширяясь, герметизируют пространство между стенками шпура и устройством. Одновременно втулка 17 сдавливает ТП 14 и 15, внедряя их в породу и образуя начальную трещину. Затем рукояткой 12 вращают шток 11, который перемещает поршень 10, подавая под давлением флюид через отверстия 2 в пространство между ТП 14 и 15. За счет их радиальных прорезей флюид раздвигает КГ 4 и 5, повышая герметизацию в зоне щели 6, и воздействует на породу. Это приводит к ее разрыву по линии концентрации напряжения с образованием трещины, перпендикулярной оси шпура. 2 ил.

Изобретение относится к разрушению гор- ных пород и может быть использовано для отделения горной породы от массивов, раскалывания негабаритов, добычи и обработки строительного камня.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет суже- ния зоны концентрации напряжений в направлении образуемой трещины.

На фиг. 1 представлено устройство в шпуре, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Устройство включает заполненный рабочим телом корпус 1 в виде стакана с кольцевым упорном буртом на наружной поверхности у днища и радиальными выходными отверстиями 2. На корпусе 1 с возможностью продольного перемещения наса- жено нажимное кольцо 3. Кольцевые герметизаторы 4 и 5 трапецеидального поперечного сечения соосно насажены на корпус 1 между упорным буртом и нажимным кольцом 3 с образованием между собой кольцевой щели 6 треугольного поперечного сечения с основанием, прилегающим к радиальным отверстиям 2. Труба 7 с поворотной рукояткой 8 соосно корпусу связана с ним резьбой 9 и является узлом продольного перемещения нажимного кольца 3 Поршень 10 со штоком 11 с дополнительной поворот- ной рукояткой 12 установлен в трубе 7, связан с ней резьбой 13 и является узлом создания давления рабочего тела в корпусе 1. Тарельчатые пружины 14 и 15 с радиальными прорезями 16 по периферии соосно установлены на образующих кольцевую щель 6 поверхностях кольцевых герметизаторов 4 и 5. Трубчатая втулка 17 охватывает корпус на уровне расположения кольца 3 и герметизатора 5 и расположена между торцом трубы 7 и тарельчатой пружиной 14. На наружной поверхности корпуса 1 выполнен кольцевой выступ 18 для упора в него внутреннего края тарельчатой пружины 15 со стороны упорного бурта.(

Устройство работает следующим образом.

Устройство заполняют рабочим телом - пластическим флюидом (специальной смесью) и навинчивают трубу 7 на корпусе 1 таким образом, чтобы устройство могло относительно свободно перемещаться вдоль шпура, а герметизаторы 4 и 5 при этом соприкасались с горной породой. Затем устройство опускают в шпур на требуемую глубину. С помощью рукоятки 8 вращают

трубу 7, которая за счет трения герметизаторов 4 и 5 о стенки шпура навинчивается на корпус 1. При этом герметизаторы 4 и 5 расширяются, тем самым герметизируя пространство между стенками шпура и устройством и одновременно втулка 17 сдавливает тарельчатые пружины 14 и 15, пытаясь внедрить их в горную породу. В результате по линии контакта тарельчатых пружин и горной породы концентрируются напряжения, которые в ряде случаев могут даже образовывать начальную трещину в плоскости, перпендикулярной оси шпура, до подачи в зону разрыва флюида. После этого с помощью рукоятки 12 вращают шток 11, который перемещает поршень 10, подавая тем самым флюид под давлением через отверстия 2 в пространство между тарельчатыми пружинами. За счет прорезей 16 флюид раздвигает герметизаторы, повышая герметизацию в зоне кольцевой щели, и воздействует на горную породу, что приводит к ее разрыву по линии концентрации напряжения (по линии ее контакта с тарельчатыми пружинами) с образованием трещины, перпендикулярной оси шпура. Дальнейшее развитие этой трещины происходит под действием проникающего в нее флюида под давлением. Размер трещины определяется количеством поданного в нее флюида, что зависит от числа оборотов штока 11 или расстояния, на которое перемещается поршень 10. Если устройство используется для разрушения блоков горных пород, то флюид подается в трещину до тех пор, пока блок не расколется на две части. Подав в трещину требуемый объем флюида, вращением рукоятки 12 перемещают поршень 10 в сторону от отверстия 2, сбрасывая тем самым давление флюида. Затем вращением рукоятки 8 осуществляют разгерметизацию пространства между стенками шпура и устройством и последнее извлекают из шпура. Флюид для заполнения устройства должен обладать большим сопротивлением перемещению по щели, чтобы не выходить на боковую поверхность блока до разрушения последнего на отдельные части. В качестве флюида желательно использовать пластилин или смесь глины и дизельного топлива.

Устройство разработано для ориентированного разрушения горной породы, в которую могут внедряться тарельчатые пружины, образуя в ней выколы или трещины. Оно предназначено для раскалывания в основном сравнительно непрочных блоков, например, из полиметаллических руд, песчаника, известняка, каменной соли и т. д. Пример. Устройство заполнили пластилином и подали в шпур диаметром 42 мм, пробуренный в блоке известняка с размерами 50X60X80 см. Вращением трубы 7 с помощью рукоятки 8 внедрили тарельчатые пружины в известняк с одновременной герметизацией пространства между стенками шпура и устройством. Затем вращением рукоятки 12 перемещали поршень 10 в направлении к корпусу. На рукоятке 12 был установлен динамометр на расстоянии 30 см от оси устройства. При достижении усилия в месте установки динамометра 2,3 кг про- изошел начальный надрыв блока. Дальнейшее вращение рукоятки 12 происходило с постоянно убывающим усилием. Когда в трещину было подано примерно 45 мл пластилина, блок раскололся на две части. Плоскость разрыва оказалась перпендикулярной к шпуру и проходила через место внедрения тарельчатых пружин в известняк. След от тарельчатых пружин имел глубину примерно в 1 мм.

Формула изобретения

Устройство для образования направленных трещин в скважинах, включающее заполненный рабочим телом корпус в виде стакана с кольцевым упорным буртом на наружной поверхности у днища и радиаль50 0

5

0

ными выходными отверстиями, нажимное кольцо, насаженное на корпус с возможностью продольного перемещения, кольцевые герметизаторы трапецеидального поперечного сечения, соосно насаженные на корпусе между упорным буртом и нажимным кольцом с образованием между ними кольцевой щели треугольного поперечного сечения с основанием, прилегающим к радиальным отверстиям, узел продольного пер емеще- ння нажимного кольца в виде соосной с корпусом и связанной с ним резьбой трубы с поворотной рукояткой, узел создания давления рабочего тела в корпусе в виде соосного и оппозитного днищу корпуса поршня со штоком и дополнительной поворотной рукояткой, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет сужения зоны концентрации напряжений в направлении образуемой трещины, оно снабжено тарельчатыми пружинами с радиальными прорезями на периферии, соосно установленными на образующих кольцевую щель поверхностях кольцевых герметизаторов, и трубчатой втулкой, охватывающей корпус на уровне расположения нажимного кольца с прилегающим к нему кольцевым герметизатором и расположенной между торцом трубы и ближайшей к ней тарельчатой пружиной, при этом на наружной поверхности корпуса выполнен кольцевой выступ для упора в него внутреннего края тарельчатой пружины со стороны упорного бурта.

15