Устройство для гидравлической обработки массива через скважины Советский патент 1992 года по МПК E21F5/02 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для воздействия гидравлической средой и гидравлическими волнами на массив угля или других пород с целью нарушения его сплошности, ослабления, снятия внутреннего напряже- , ния, образования внутренних полостей, повышения эффективности дегазации и увлажнения, предотвращения внезапных выбросов и горных ударов.

Известно устройство для образования разгрузочных полостей в массиве, включающее гидрозатвор и полый корпус, представляющий собой тело вращения Корпус выполнен в виде цилиндра и Снабжен клапаном, соединенным с гидрозатвором дросселем выполненным в виде труб различного диаметра, концентрически расположенных одна в другой.

Недостатком устройства является низкая эффективность размыва стенки и забоя скважины, обусловленная наличием одного выходного отверстия в Торце корпуса, позволяющего обеспечить стационарное, без пульсации, истечение жидкости, чти не дает возможности осуществить эффективное разупрочнение массива во всех направлениях или размыв его до образования полости больших размеров, так как воздействию струей жидкости, выходящей из устройства, подвергается сравнительно небольшая площадь поверхности скважины - забоя. Кроме того, суммарная мощность энергии импульа

ю о о ю

са колебаний жидкости, создаваемая этим устройством, недостаточно высока.

Известно устройство для гидравлической обработки горного массива через скважины, полый корпус которого выполнен в виде тела вращения с выходным отверстием в его торце и рядами сквозных радиальных боковых отверстий и охватывающий корпус коллектор с хвостовиком, имеющий наклонные сопла на боковой поверхности и выход- ной канал в хвостовике и установленный с возможностью вращения вокруг продольной оси.

Наличие радиальных боковых отверстий корпуса и отверстий коллектора с за- крепленными ними соплами, вращающегося вокруг корпуса, обеспечивает пульсирующее воздействие струй жидкости на стенку скважины, что повышает эффективность обработки горного массива.

Недостатком устройства является низкая эффективность обработки забоя скважины в горном массиве, обусловленная тем, что на забой скважины воздействует стационарное, без пульсации, истечение жидко- сти из отверстия на торце устройства.

Цель изобретения - повышение эффективности обработки горного массива за счет обеспечения смывания забоя скважины пульсирующими струями жидкости.

Цель достигается тем, что в устройстве, включающем полый корпус с выходным от- верстйе м в его торце и рядами сквозных радиальных боковых отверстий и охватывающий корпус коллектор с хвостовиком, име- ющий наклонные сопла на боковой поверхности и выходной канал в хвостовике и установленный с возможностью вращения вокруг продольной оси, в торце корпуса выполнены дополнительные отверстия, рас- положенные не менее чем по два в каждом ряду концентрических окружностей, удаленных от продольной оси корпуса и друг от друга на расстояние не менее диаметра выходного отверстия корпуса, при этом в хво- стовикё выполнены дополнительные выходные каналы, ло одному для каждого ряда упомянутых концентрических окружностей, расположенные соосно выходным отверстиям корпуса, причем выходные ка- налы хвостовика имеют разгонный участок, форма образующей поверхности которого определяется из уравнения трактрисы, а его длина составляет 0,45 от диаметра выходного канала хвостовика.

$ыполнени« в торце корпуса дополнительных отверстий не менее чем по два в каждом ряду концентрических окружностей, удаленных от продольной оси корпуса и друг от друга на расстояние не менее

диаметра выходного отверстия корпуса, в хвостовике дополнительных выходных каналов по одному для каждого ряда упомяну- тых концентрических окружностей, расположенных соосно выходным отверстиям корпуса, обеспечивает равномерное омывание забоя скважины пульсирующими струями жидкости с торца устройства, что способствует увеличению воздействия струй жидкости на всю площадь забоя скважины и повышение эффективности обработки горного массива.

Выполнение выходных каналов хвостовика с разгонным участком, форма образующей поверхности которого определяется из уравнения трактрисы, обеспечивает значительное снижение сопротивления истечению и турбулентности потока струи жидкости, увеличение энергоемкости ее удара на забой скважины, а также снижение износа поверхности выходного канала от абразивного воздействия твердых частиц, содержащихся в жидкости. Длина разгонного участка составляет 0,45 от диаметра выходного канала хвостовика, определяемая из уравнения трактрисы:

х aln{(a +

У2)/У1где а - максимальный радиус разгонного участка, мм;

у - значение координаты разгонного участка, мм.

Основным определяющим параметром конструкции устройства является диаметр выходного канала хвостовика коллектора d, характеризующий величину расхода жидкости и энергоемкость воздействия струи жидкости на забой скважины. Размещение дополнительных отверстий в торце корпуса на концентрических окружностях, удаленных от продольной оси корпуса и друг от друга на расстояние не менее выходного отверстия корпуса, осуществимо при условии, что максимальный радиус разгонного участка равен основному параметру - диаметру выходного канала хвостовика коллектора и при условии, что 0 у d/2.

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг, 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - сечение Г-Гнафиг. 1; на фиг б-сечение Д-Д на фиг. 1; на фиг, 7 - узел I. на фиг. 1 (сопряжение выходного отверстия корпуса и разгонного участка выходного канала хвостовика коллектора); на фиг. 8, 9 - то же, варианты.

Пример 1. Устройство для гидравлической обработки горного массива состоит

из несущего кожуха 1, в подшипниковых узлах 2 которого установлен коллектор 3. охватывающий полый корпус 4. В торце корпуса 4 выполнены дополнительные выходные отверстия 5. В хвостовике коллектора 3 выполнен выходной канал б соосно выходным отверстиям 5 с разгонным участком 7, На боковой поверхности полого корпуса 4 имеются несколько рядов Ък1ШШх ЭаДи- альных отверстий 8, а на боковой поверхности коллектора 3 - соответствующие им сопла 9. Дополнительные выходные отверстия 5 расположены не менее, чём по два в каждом ряду 10 концентрических окружностей, удаленных от продольной оси корпуса 4 и друг от друга на расстояние не менее диаметра выходного отверстия корпуса, Разгонный участок 7 выходного канала 6 имеет форму образующей поверхности, определяемую из уравнения трактрисы, а его длина составляет 0,45 от диаметра выходного канала 6 хвостовика:

х aln (a + Va2-y2)/y гдеа-d иО у d/2,

В данном примере выполнен один ряд 10 концентрических окружностей. Коллектор 3 установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси корпуса 4

П р и м е р 2 В торце корпуса 4 на двух рядах 10 концентрических окружностей (фиг. 9) выполнено по три выходных отверстия 5. Ряды 10 концентрических окружностей расположены от продольной оси корпуса 4 и друг от друга на расстоянии не менее диаметра выходного отверстия 5 корпуса 4, При этом в хвостовике коллектора 3 выполнено по одному выходному каналу б для каждого ряда 10 концентрических окружностей, расположенных соосно выходным отверстиям 5 корпуса 4. Размещение дополнительных отверстий в торце корпуса 4 на нескольких рядах 10 концентрических окружностей, удаленных от продольной оси корпуса 4 и друг от друга на расстояние не менее диаметра выходного отверстия корпуса, осуществимо при условии, что максимальный радиус разгонного участка 7 выходного канала 6 равен основному параметру конструкции - диаметру выходного канала б хвостовика коллектора 3 и при условии, что 0 у d/2.

Устройство работает следующим образом.

Вода из пожарного става под давлением от насосной установки (не показана) поступает в полость корпуса 4 и через радиальные 8 и выходные отверстия 5 корпуса 4 в выходные каналы 6 коллектора 3 и подается к груди забоя и к боковой поверх- носш скважины. При этом за счет реактивных струй воды, выходящих из сопел 9, 5 коллектор 3 вращается, перекрывая один и открывая другие выходные отверстия 5 в торце корпуса 4, от чего выход воды из выходных каналов 6 зр товика крллектора 3 устройства носит импульсный характер и

0 позволяет попеременно воздействовать на грудь забоя и стенки скважины по всему ее периметру. Регулируя посредством прямого клапана насосной установки давление жидкости на входе в устройство, изменяют ско5 рость вращения коллектора 3 (чем выше давление, тем больше скорость и наоборот). Наличие разгонного участка 7 в выходных каналах б, расположенных в хвостовике коллектора 3, вследствие снижения турбу0 лентности потока существенно повышает энергоемкость струи.

Техническими преимуществами предложенного устройства по сравнению с прототипом являются повышение эффектив5 ности обработки гордого массива за счет равномерного и периодического смывания забоя скважины пульсирующими струями жидкости, а также производительности путем интенсификации разрушения забоя

0 скважины за счет снижения турбулентности потока.

Формула изобретения

5 Устройство для гидравлической обработки массива через скважины, включающее полый корпус с выходным отверстием в его торце и рядами сквозных радиальных боковых отверстий и охватывающий корпус

0 коллектор с хвостовиком, имеющий наклонные сопла на боковой поверхности и выходной канал в хвостовике и установленный с возможностью вращения вокруг его продольной оси, отличающееся тем, что,

5 с целью повышения эффективности обработки массива за счет обеспечения омыва- ния забоя пульсирующими струя.ми жидкости, в торце корпуса выполнены дополнительные отверстия, которые располо0 жены не менее чем по два в каждом ряду концентрических окружностей, удаленных от продольной оси корпуса и друг от друга на расстояние не менее диаметра выходного отверстия корпуса, при этом в хвостовике

5 выполнены дополнительные выходные каналы, по одному для каждого ряда упомянутых концентрических окружностей, расположенные соосно выходным отверстиям корпуса, причем выходные каналы хвостовика имеют разгонный участок, форма образующей поверхности которого опре- на составляет 0,45 от диаметра выходного деляется из уравнения трактрисы, а его дли- канала хвостовика.

Использование: для воздействия гидравлической средой и гадравлическими вол- нами на массив для нарушения его сплошности, ослабления, снятия внутреннего напряжения, образования внутренних полостей, повышения дегазации и увлажнения, предотвращения внезапных выбросов и горных ударов. Сущность изобретения: устройство содержит полый корпус, охватывающий его коллектор, установленный с возможностью вращения вокруг корпуса. Корпус и коллектор имеют в торце по выходному отверстию и ряды сквозных радиальных боковых отверстий с соплами. В торце корпуса выполнены ДогШЛнйт. отверстия, которые расположены в рядах концентрич окружностей, удаленных от продольной оси корпуса и друг от друга на расстояние не менее диаметра выходного отверстия корпуса. В хвостовике выполнены дополнит, выходные каналы по одному для каждого ряда, имеющие разгонный участок с формой образующей поверхности, определяемой из уравнения трактрисы1. Ряды концентрических окружностей расположены соосно с выходными отверстиями ко рпуса. 9 ил. сл с

&-, / J 4 -Ij

ш,

..

-J б

-J /

Вид А

г

-л

1

Рода

-J 8/

Г 8 д Фиг.1

Б 5

Фиг. б

Фиг. 7

Вид А

Фиг. 9