Устройство для создания направленных трещин Советский патент 1992 года по МПК E21C37/08 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для создания направленных трещин в горном массиве при управлении труднообрушаемой кровлей, дегазации горного массива и т.д.

Известно устройство для образования зародышевых щелей в стенках скважины, по которым затем производят гидроразрыв, содержащее шестерни с поворотными осями, на которых закреплены резцы, пружину с храповым колесом и фиксаторы с тягой 1.

Наиболее близким по технической сущности является щелеобразователь, содержащий храповое колесо с приводной пружиной, приводную втулку, диск с резцами, обечайку с направляющими окнами и фиксаторы с тягой 2.

Недостатком известного устройства является низкая эффективность т.к. вследствие ограниченных функциональных возможностей значительная часть времени расходуется на подготовительно-заключительные операции.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет обеспечения непрерывности процессов прорезания зародышевой щели и последующего гидроразрыва.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для создания направленных трещин, содержащее щелеобразователь с валом и выдвижными резцами, размещенный в обечайке с окнами для выхода резцов, и привод, снабжено герметизаторами и гидромагистралями, а привод щелеобразователя выполнен в виде последовательно соединенных переходника, гидроцилиндра с подпружиненным штоком с поршнем, реNJ XI О

сл о

СА)

дуктора, входной вал которого соединен со штоком гидроцилиндра и связан с выходным валом через многоступенчатую планетарную передачу, и делителя оборотов, содержащего вал и муфту, соединенную с валом передачей для понижения числа оборотов, при этом щелеобразователь снабжен резиновыми манжетами и выполнен с подводящим каналом и каналами подвода жидкости - под резиновые манжеты и к выдвижным резцам, а вал щелеобразовате- ля выпо лнен с осевыми и радиальными каналами и соединен с валом делителя, а обечайка - с его муфтой, причем каналы подвода жидкости под резиновые манжеты и к выдвижным резцам сообщены с подводящим каналом через осевой и радиальный каналы вала, переходник соединен гидромагистралями с гидроцилиндром, подводящим каналом щелеобразователя и герметизаторами, а гидроцилиндр сообщен с щелеобразователем через отводной канал. Отличием является также то, что входной вал редуктора выполнен с винтовыми канавками, а связь с планетарной передачей выполнена в виде шариков, установленных в винтовых канавках с возможностью фиксации, при этом ведущая шестерня планетарной передачи установлена на входном валу с помощью шариков, а ведомая шестерня и последующие шестерни планетарной передачи установлены на входном валу свободно.

На фиг. 1 показана блочная схема устройства для создания направленных трещин; на фиг, 2 - гидроцилиндр; на фиг. 3 - редуктор, на фиг. 4 - делитель оборотов; на фиг. 5 - щелеобразователь; на фиг. 6 - сечение по А-А на фиг. 5.

Устройство содержит последовательно соединенные между собой герметизатор 1, переходник 2, гидроцилиндр 3, редуктор 4, делитель оборотов 5, щелеобразователь б и герметизатор 7. Щелеобразователь соединен с гидроцилиндром 4/1 переходником гидромагистралью 8. Переходник 2 выполнен в виде полого цилиндра и соединен с гидромагистралями с герметизатором 1, гидроцилиндром 3 и щелеобразователем 6. Гидроцилиндр 3 посредством осевого канала 9 соединен с переходником 2 и содержит подпружиненный шток 10 с поршнем 11 и пружиной 12, В конце рабочего хода поршня расположен патрубок 13, соединяющий полость гидроцилиндра с гидромагистралью 8. Шток гидроцилиндра соединен с входным валом 14 планетарного редуктора 4. Входной вал снабжен двумя винтовыми канавками 15 и на нем установлена ведущая гайка-шестерня 16с шариками 17, зафиксированными в канавках с помощью винтов 18. Последующие шестерни 19 планетарной передачи установлены на входном вале свободно и образуют многоступенчатую планетарную передачу, преобразующую осевое перемещение вала 14 во вращательное движение выходного вала 20. С выходным валом 20 редуктора соединен вал 21 делителя оборов 5. С помощью шестерен 22, 23, 24

0 вращение от вала передается на муфту 25, установленную на вале свободно, при этом передача обеспечивает понижение оборотов от вала 21 к муфте 25 с 70 об/цикл до 69 об/цикл. Вал 21 делителя оборотов соеди5 нен с валом 26 щелеобразователя 6, внутри которого имеется осевой канал 27. На вале 26 помещены две полумуфты 28, 29, между которыми на вале 26 закреплен вкладыш 30 с выдвижными резцами 31, 32, установлен0 ными на осях 33, 34. Полумуфты жестко соединены с обечайкой 35, в которой имеются окна 36, 37 для выхода резцов, при этом полумуфта 28 соединена с муфтой 25 делителя оборотов. На полумуфтах с обеих сто5 рон вкладыша помещены резиновые манжеты 38, 39, под которые от осевого канала 27 выведены радиальные каналы 40, 41, Подача жидкости к выдвижным резцам производится от осевого канала 27 по ради0 альным каналам 42, а осевой канал сообщается посредством каналов 43 с гидромагистралью 8.

Устройство работает следующим образом. После установки устройства в скважи5 не в проектное положение подают жидкость под давлением, которая поступает в герметизатор 1 и переходник 2, а затем через канал 9 заполняет поршневую полость гидроцилиндра 3 и по гидромагистрали 8 посту0 пает из переходника в щелеобразователь 6 и герметизатор 7. При подъеме давления происходит герметизация скважины, после чего жидкость, преодолевая сопротивление пружины 12 в гидроцилиндре 3, перемещает

5 поршень 11 со штоком 10, Осевое перемещение штока передается на соединенный с ним входной вал 14 планетарного редуктора 4 и за счет взаимодействия шариков 17 с винтовыми канавками 15 на ведущей шес0 терне 16 возникает вращающий момент. За счет планетарного редуктора при перемещении входного вала на полную длину выходной вал 20 совершает 70 оборотов. С выходного вала обороты передаются на вал

5 21 делителя оборотов и соединенный с ним вал 26 щелеобразователя 6. Одновременно через зубчатую передачу 22,23,24 пониженное число оборотов передается от вала 21 через муфту 25 делителя на полумуфту 28 j-целеобразователя. Разницей оборотов вала 21 и муфты 25 определяется скорость выдвижения резцов щелеобразователя и нагрузка на них, т.е. чем меньше разница, тем ниже скорость выдвижения резцов.

Таким образом, на вход щелеобразователя передаются два вращающих момента с заданной разницей оборотов. Вал 26 вращает вкладыш 30 с выдвижными резцами 31 и 32, а от полумуфты 28 вращается обечайка 35, полумуфта 29 и резиновые манжеты 38, 39. За счет опережения вращения вкладыша резцы выдвигаются из окон 36, 37 обечайки на заданную величину при каждом обороте вала 26. Например, если вал 26 имеет 70 оборотов при перемещении входного вала 14 на полную длину, а муфта 25 - 69 оборотов, то резцы выдвигаются из окон на 1,5 мм при каждом обороте вала 26 и за один ход штока прорезают щель диаметром 190 мм. Прорезание щели осуществляют с промывкой.

По мере движения поршня 11 в гидроцилиндре и при прохождении им отверстия патрубка 13 сброс жидкости из штоковой полости производится через патрубок 13, чему способствуют канавки 44 в стенке гидроцилиндра, сообщающиеся с патрубком. При перемещении поршня 11 в конечное положение прекращается вращение элементов щелеобразователя и жидкость из поршневой полости через патрубок 13 и гидромагистраль 8 устремляется в щелеобразо- ватель. Расход жидкости резко увеличивается, по радиальным каналам 40, 41 она проникает под резиновые манжеты и распирает их в стенки скважины по берегам устья зародышевой щели. Основной поток жидкости через радиальные каналы 42 уст- рамляется в зародышевую щель и производят разрыв по плоскости щели. После окончания гидроразрыва давление жидкости снижается, под действием пружины поршень 11 гидроцилиндра возвращается в исходное положение, при этом за счет обратного вращения вала 26 резцы возвращаются внутрь щелеобразователя, устройство передвигают по скважине к месту образования новой трещины и цикл повторяется.

Устройство для образования направленных трещин позволяет снизить затраты времени на создание трещин до 10 раз.

Формула изобретения

1.Устройство для создания направленных трещин, содержащее щелеобразователь с валом и выдвижными резцами, размещенный в обечайке с окнами для выхода резцов;и привод, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства за счет обеспечения непрерывности процессов прорезания зародышевой щели и последующего гидроразрыва, оно снабжено герметизаторами и гидромагистралями, а привод щелеобразователя выполнен в виде

последовательно соединенных переходника, гидроцилиндра с подпружиненным штоком с поршнем, редуктора, входной вал которого соединен со штоком гидроцилиндра и связан с выходным валом через многоступенчатую планетарную передачу, и делителя оборотов, содержащего вал, муфту, соединенную с валом передачей для понижения числа оборотов, при этом щелеобразователь снабжен резиновыми

манжетами и выполнен с подводящим каналом и каналами подвода жидкости под резиновые манжеты и к выдвижным резцам, вал щелеобразователя выполнен с осевыми и радиальными каналами и соединен с валом

делителя, а обечайка - с его муфтой, причем каналы подвода жидкости под резиновые манжеты и к выдвижным резцам сообщены с подводящим каналом через осевой и радиальный каналы вала, переходник соединен

гидромагистралями с гидроцилиндром, подводящим каналом щелеобразователя и герметизаторами, а гидроцилиндр сообщен с щелеобразователем через отводной канал.

2.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что входной вал редуктора выполнен с винтовыми канавками, а связь с планетарной передачей выполнена в виде

шариков, установленных с возможностью фиксации в винтовых канавках, при этом ведущая шестеоня планетарной передачи установлена на входном валу с помощью шариков, а ведомая шестерня и последующие шестерни планетарной передачи установлены на входном валу свободно.

ft К I iЈ SЈ

. . . # я г/ «

Область применения: горное дело, создание направленныхтрещин в горном массиве, управление труднообрушаемой кровлей, дегазация горного массива. Сущность изобретения: устройство содержит щелеобразователь с валом и выдвижными резцами, размещенный в обечайке с окнами для выхода резцов, герметизаторы, гидромагистрали. Привод щелеобразователя состоит из последовательно соединенных переходника, гидроцилиндра с подпружиненным штоком с поршнем редуктора и делителя оборотов. Входной вал редуктора соединен со штоком гидроцилиндра и связан с входным валом через многоступенчатую планетарную передачу. Делитель оборотов содержит вал и муфту, которая соединена с валом понижающей передачей. Щелеобразователь имеет резиновые манжеты, к которым подводится жидкость по каналам. По таким же канал.ам подводится жидкость к выдвижным резцам. Переходник соединен гидромагистралями с гидроцилиндром и герметизаторами, а гидроцилиндр сообщен со щелеобразователем. 6 ил. СО с

2 эпф

/// /// //У /// /77 /77 /77 /7/ /77 777 777 /// /// 7// ///

/7/ /77 777 777 /// ///

С990АЛ1

9

27

М 36

33

Фиг, 6