Щелеобразователь Советский патент 1992 года по МПК E21C37/00 E21C37/12 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при проходке во взрывоопасных зонах, а также при добыче ценных строительных материалов и полезных ископаемых путем разделения массива на отдельные блоки.

Известно устройство, включающее корпус с опорной пятой на торце, поворотные оси с резцами, установленные на корпусе параллельно и эксцентрично его продольной оси, элемент вращения корпуса, механизм поворота осей со взводом пружиной, где корпус выполнен в виде полого цилиндра со сквозным осевым отверстием на торце, противоположном торцу с опорной пятой.

Данное устройство имеет ряд технических недостатков, связанных с ограничением в применении его при образовании щелей непосредственно от забоя. Вывод резцов осуществляется при помощи подачи бурильных штанг от гидравлического действия бурильного станка и независимо от скорости вращения.

Наиболее близким является устройство для образования зародышевых трещин в скважинах, включающее корпус, на оси которого на подшипниках установлен цилиндр с приспособлением для распора стенки скважины в виде поршня с возвратной пружиной и кулачками, стянутыми пружинным кольцом. В торцовой части корпуса параллельно и эксцентрично его оси установлены ось-шестерня, на которой закреплен рабочий орган, и находящаяся в зацеплении с осью-шестерней двойная шестерня. Обе эти шестерни являются сателлитами планетарной зубчатой передачи, центральным зубчатым колесом которой является двухсекторное зубчатое колесо, поджатое торцом к тормозной втулке гайкой

через пружину, при этом образуется фрикционное зацепление.

Недостатками известного устройства являются принцип вывода рабочего органа, основанный на передаточном числе зубчатых колес и зависимый от степени износа фрикционного зацепления,и узкая технологическая направленность его работы.

Цель изобретения - расширение технологических возможностей щелеобразователя за счет обеспечения возможности создания щелей на различных уровнях по глубине скважины под углом к ее оси и последующего гидроразрыва пород в плоскостях щелей.

Указанная цель достигается тем, что щелеобразователь снабжен узлов предварительной фиксации корпуса в скважине, выполненным в виде упоров, шарнирно закрепленных на торце корпуса оппозитно забойному и установленных с возможностью вывода при вращении корпуса за его пределы в плоскости, перпендикулярной продольной оси, механизмом повышения давления жидкости в каналах ее распределение и механизмом изменения плоскости расположения резцов, при этом распорный элемент выполнен в виде эластичной трубчатой оболочки, охватывающей корпус и герметично вмонтированной концами на

его доковой поверхности, корпус с осевой

цилиндрической полостью, механизм повышения давления жидкости - в виде поршня

в форме стакана, установленного в осевой цилиндрической полости корпуса коэкси- ально на валу с возможностью продольного перемещения, обращенного открытым торцом в сторону забойного торца, шайбы, ус- тановленной на валу с возможностью продольного перемещения в полости поршня и подпружиненной со стороны забойного торца корпуса, толкателя поршня, расположенного в полости корпуса со стороны глу- хого торца поршня, прилегающего к этому торцу и жестко связанного с валом с возможностью совместного вращения, механизм изменения плоскости расположения резцов - в виде установочной шайбы, уста- ноеленной между забойным торцом корпуса и несущим приспособлением,, с возможностью попеременного сообщения каналов подвода и распределения жидкости с его полостью между дном и шайбой соответственно в положении, удаленном и приближенном к забойному торцу корпуса, причем узел поворота резцов выполнен в виде шарового насадка на конце вала, размещенного за забойным торцом корпуса и имеющего сферические углубления, несущее приспособление - в виде соосно уста- новленных друг над другом и жестко связанных между собой с образованием сферического гнезда под шаровой насадок диска и дополнительной шайбы, а резцы установлены между диском и дополнительной шайбой и выполнены с выпуклостями на внутренних поверхностях для установки в сферическом умублении в исходном поло- жении резцов.

Принцип предлагаемой конструкции позволяет расширить технологические возможное щелеобразователя, последовательно совместив в себе как механические, так и гидравлические узлы, осуществляющие процесс гидроразрыва.

Фиксированная установка устройства, его узла образования концентраторов напряжений осуществляет создание направ- ленной трещины под разными углами относительно продольной оси скважины при минимальных технических затратах.

На фиг. 1 показаны основные узлы устройства в положении начального вывода ре- жущих элементов, продольный разрез, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг 1; на фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - то же, резцы находятся в исходном состоянии.

Щелеобразователь Хрипкова состоит из корпуса 1, средняя часть которого находится в эластичной трубчатой оболочке 2, герметично вмонтированной концами в боковые поверхности корпуса 1. Хвостовая часть корпуса 1 жестко соединена с узлом

предварительной фиксации, состоящим из ступицы 3, упоров 4, скрепленных крышкой 5, В головной части корпуса 1 находится механизм изменения плоскости расположения резцов, состоящий из установочной шайбы 6, шаркирно закрепленной на оси 7 и зафиксированной штифтом 8 в положении шарового насадка, имеющего дополнительную шайбу 9 и диск 10 со сферическим гнездом, между которыми на осях 1Т свободно установлены резцы 12, взаимодействующие выпуклостями на внутренних поверхностях со сферическими углублениями толкателя 13. на валу которого имеется канал 14 с входным отверстием 15 и выходными отверстиями 16 и 17. В корпусе 1 размещен механизм повышения давления жидкости, состоящий из толкателя поршня 18, жестко связанного с валом, и поршня 19, внутри которого размещена шайба 20, поджатая пружиной 21, упирающейся в распределительную шайбу 22.

Устройство работает следующим образом.

В заранее готовый шпур 23 помещают щелеобразователь, соединенный с приводом вращения В момент вращения возникает установленная сила трения, полученная от взаимодействия дополнительной шайбы 9 с установочной шайбой 6 с расчетом возможного выбора угла наклона механизма изменения плоскости расположения резцов 12. Таким образом, имея известную силу трения корпус 1 стремится провернуться вокруг своей оси. В этом случае упоры 4 внедряются в стенки шпура 23 и надежно удерживают корпус 1 в ctaTnne- ском положении (эффект храповика). Дальше вращение осуществляется через толкатель 13, который действует на резцы 12, выдвигая их и тем самым разрушая стенки шпура 23 В то же время вращения неподвижная часть толкателя поршня 18 действует на поршень 19. отталкивая его, перекрывая при этом входное отверстие 15, создавая необходимое давление захваченной жидкости и действуя через плотно посаженную шайбу 20 на пружину 21. Последняя, сжимаясь, создает необходимое давление - сопротивление до момента вскрытия выходного отверстия 16. Далее жидкость попадает через распределительную шайбу 22 и через выходное отверстие 17 в зазор между корпусом 1 и оболочкой 2, раздузая последнюю.

Поступление жидкости и ее расход происходит таким образом, что к моменту мак- симального выдвижения резцов 12 в эластичной оболочке 2 поддерживается необходимое большее давление и за счет разности диаметров выходных отверстий, выполненных в распределительной шайбе 22, жидкость заполняет зону разрыва. После того, как давление жидкости в зоне разрыва достигает критического, получают желае- мую трещину 24.

Получив ожидаемый разрыв, вращение останавливают и поворачивают устройство на 180° обратно вращению. Таким образом возникает трение резцов 12 о породу, спо- собствующее возврату их в исходное положение, которое надежно фиксируется замком, выполненным в виде ответных радиусов утяжеленной части резцов 12 и радиусом толкателя 13.

Формула изобретения Щелеобразователь, включающий корпус с распорным элементом на наружной поверхности, продольный вал, соосно про- пущенный сквозь корпус с возможностью вращения и имеющий каналы для подвода жидкости и ее распределения в распорный элемент и под забойный торец корпуса, расположенное под забойным торцом корпуса несущее приспособление с одним или несколькими резцами на поворотных осях, эксцентричных относительно продольной оси корпуса, узел поворота резцов, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей щелеобра- зователя за счет обеспечения возможности создания щелей на различных уровнях по глубине скважины под углом к ее оси и последующего гидроразрыва пород в плоско- стях щелей, щелеобразователь снабжен узлом предварительной фиксации корпуса в скважине, выполненным в виде упоров, шарнирно закрепленных на торце корпуса оппозитно забойному и установленных с возможностью вывода при вращении корпуса за его пределы в плоскости, перпендикулярной продольной оси, механизмом повышения давления жидкости в каналах ее

распределения и механизмом изменения плоскости расположения резцов, при этом распорный элемент выполнен в виде эластичной трубчатой оболочки, охватывающей корпус и герметично закрепленной концами на его боковой поверхности, корпус с осевой цилиндрической полостью, механизм повышения давления жидкости в виде поршня в форме стакана, установленного в осевой цилиндрической полости корпуса коаксиально на валу с возможностью продольного перемещения, обращенного открытым торцом в сторону забойного торца, шайбы, установленной на валу с возможностью продольного перемещения в полости поршня и подпружиненной со стороны забойного торца корпуса, толкателя поршня, расположенного в полости корпуса со стороны глухого торца поршня, прилегающего к этому торцу и жестко связанного с валом с возможностью совместного вращения, механизм изменения плоскости расположения резцов в виде установочной шайбы, установленной между забойным торцом корпуса и несущим приспособлением с возможностью попеременного сообщения каналов подвода и распределения жидкости с его полостью между дном и шайбой соответственно в положении, удаленном и приближенном к забойному торцу корпуса, Причем узел поворота резцов выполнен в виде шарового насадка на конце вала, размещенного за забойным торцом корпуса и имеющего сферические углубления, несущее приспособление - в виде соосно установленных друг над другом и жестко связанных между собой с образованием сферического гнезда под шаровой насадок диска и дополнительной шайбы, а резцы установлены между диском и дополнительной шайбой и выполнены с выпуклостям и на внутренних поверхностях для установки в сферическом углублении в исходном положении резцов.

А -А 4

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для отбойки горных пород. Цель изобретения - расширение технологических возможностей щелеобра- зователя за счет обеспечения возможности создания щелей на различных уровнях по глубине скважины под углом к ее оси и последующего гидроразрыва пород в плоско

Фиг 2.

Фие 3

Фиг 4