Газодинамический патрон Советский патент 1993 года по МПК E21C37/06 

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам разрушения угля и горных пород газом высокого давления.

Целью изобретения является повышение эффективности воздействия на разрушаемую среду.

На фиг. 1 изображен газодинамический патрон в положении до срабатывания; на фиг, 2 - в момент истечения воздуха, где показаны горный массив 1, скважина 2, трубчатый металлический корпус патрона 3 с головной частью 4, головная камера 5, управляющий элемент 6, рабочие камеры 7, выполненные отверстия 8, пружины 9, седловины 10, золотники 11 с перепускными каналами 12, штуцер 13, воздухопроводная сеть 14.

Газодинамический патрон работает следующим образом.

Параллельно груди горного массива 1 бурят скважину 2 на запланированную длину и в скважину помещают патрон 3 с требу- емым количеством рабочих камер 7, охватывающих указанную длину скважины, Через штуцер 13 и воздухопроводную сеть 14 заполняют устройство сжатым воздухом. Во всех камерах патрона устанавливается равномерное давление. При .этом отверстия головной камеры 5 перекрыты управляющим элементом 6 - срезным металлическим диском (диафрагмой). Выхлопные отверстия 8 рабочих камер 7 перекрыты золотниками 11, прижатыми пружинами 9 к седловинам 10. При достижении рабочего давления в патроне (30-70 МПа) диск 6 (диафрагма) срезается, Воздух из головной камеры 5 истекает в шпур 2. В связи с мгновенным падением давления в этой камере создается

00

о

Ч

g

о

перепад давления между головной камерой и расположенной после нее первой рабочей камерой с объемом Vi, Воздух из камеры Vi начинает с большой скоростью перетекать в головную камеру 5, воздействуя при этом на золотник длиной h рабочей камеры Vi расположенный таким образом, что его конусообразный перепускной канал 12 обращен меньшим диаметром DI в сторону головной части А патрона. При этом создается образующая силы FI потока, действующая на стенки перепускного канала 12 в направлении головной камеры 5. Под действием данной силы золотник первой камеры, сминая пружину 9 начинает двигаться влево. При подходе конца золотника DI , выхлопные отверстия камеры Vi открываются. В свою очередь, снижение давления в рабочей камере Vi образует воздушный поток, движущийся из камеры V2 е камеру Vi через перепускной канал с диаметрами отверстий D2-D2 золотника длиной %. Под действием аналогичной возникающей силы F2 золотник г также начинает перемещаться в сторону головной части патрона. Таким же образом действуют последующие золотники, в каждом из которых конусообразное выполнение перепускного канала создает толкающую силу, перемещающую золотники в направлении открытия выхлопных от- -верстий рабочих камер. Поток воздуха в патроне показан стрелками (фиг. 2).

Увеличение диаметров перепускных каналов при удалении от головной части 4 патрона (....) позволяет уменьшить завихрения в потоке воздуха внутри патрона, источниками которых являются любые выступающие детали конструкции на его пути (например, торцовые части золотников в конструкции прототипа). При этом увеличивается скорость движения потока и уменьшаются потери энергии в движущемся потоке воздуха. Все это производит к увеличению скорости истечения из выхлопных отверстий, увеличению давления на фронте образующийся при истечении воздушной волны и, следовательно, усилению ее ударного действия на массив.

Уменьшение длины золотников при отходе от головной камеры 5 (...ln) уменьшает время движения золотников до открытия ими выхлопных отверстий в каждой рабочей камере, т.е. золотник И будет двигаться дольше, чем золотник 2 и т.д. Поскольку движение каждого золотника начинается с запаздыванием относительно предыдущего (золотник г начинает смещаться после золотника Н и т.д.), то уменьшение длины позволяет подойти всем золотникам к выхлопным отверстиями открыть их практически одновременно. При этом на выходе из патрона создается фронт ударной волны приближающийся к параллельному, который обладает наиболее эффективным действием за счет одновременного нагружения поверхности разрушаемого массива пород,

Уменьшение временных интервалов между началом движения золотников также

способствует увеличение диаметров перепускных каналов при отходе от головной части патрона, При этом увеличивается поток, перетекающий в соседние камеры и в них быстрее образуется перепад давления,

5 необходимый для начала движения золотников.

При приближении к устью скважины, воздушный поток, исходящий из выхлопных отверстий, будет испытывать все большее

0 ослабление за счет рассеивания в сторону зоны атмосферного давления - в сторону устья скважины. Для компенсации этого и создания стабильной величины давления на всем протяжении фронта ударной воздуш5 ной волны вдоль скважины, объем истекающего воздуха увеличивается с удалением от головной камеры, т.к. объемы рабочих камер при удалении от головной части патрона возрастают (....Vn). Для сохранения

0 при этом одного и того же времени истечения воздуха из всех камер (т.е. сохранения однородного фронта воздушной волны), диаметры выхлопных отверстий также увеличиваются при удалении от головной камеры

5 патрона (...dn). Это позволяет создать равномерную линию отбойки породы на всем протяжении скважины.

После полного срабатывания (разряжения) патрона, золотники 11 под действием

0 пружин 9 возвращаются в исходное положение. Для повторного использования заменяют срезной диск 6 в головной камере 5.

Экономическая эффективность заявленного газодинамического патрона состо5 ит в том, что аз счет уменьшения потерь энергии воздушного потока внутри патрона, создания параллельного фронта ударной воздушной волны и создания стабильной величины давления на всем протяжении

0 фронта воздушной волны, улучшается ударное воздействие патрона на разрушаемую среду. При этом увеличивается объем отбитой горной породы (угля) и уменьшается ее себестоимость. Кроме того, это позволяет

5 использовать данный патрон при отбойке более прочных пород.

Формула изобретения Газодинамический патрон, включающий трубчатый металлический корпус, головную камеру с управляющим элементом,

установленную на торце корпуса, рабочие камеры, размещенные внутри корпуса вдоль его оси и выполненные с выхлопными отверстиями, а также подпружиненные золотники, размещенные в рабочих камерах и выполненные с перепускными каналами, отличающи й -с я тем, что, с целью повышения эффективности разрушения, перепускные каналы золотников выполнены в

форме усеченных конусов, меньшие основания которых обращены к головной камере, при этом по мере удаления от головной камеры золотники выполнены последова- тельно уменьшающейся длины, рабочие камеры - последовательно увеличивающегося объема, а перепускные каналы и выхлопные отверстия - последовательно увеличивающегося диаметра.

Использование: разрушение угля и горных пород сжатым под высоким давлением газом, Сущность изобретения: газодинамический патрон устанавливают в скважину. Через штуцер заполняют патрон сжатым 2 воздухом, При достижении рабочего давления диафрагма в головной камере срезается. Воздух из головной камеры истекает в шпур. Воздух из ближайшей рабочей камеры воздействует на расположенный в ней золотник с перепускными каналами. Золотник смещается и открывает выхлопные отверстия рабочей камеры. Процесс повторяется для всех рабочих камер. Перепускные каналы выполнены в форме усеченных кон.усоВ; золотник выполнен последовательно уменьшающейся длины, рабочие камеры - последовательно увеличивающегося объема, а перепускные каналы и выхлопные отверстия - последовательно увеличивающегося диаметра. Это обеспечивает увеличение скорости истечения воздуха и повышение давления воздушной волны. 2 ил.

Ч п ч 2 Ч Ч

// / /s / л/ s / / // л//Ss/ x/

У / S /

м

Ю

f/ /

л

4п Nfl

Ч

Фиг/

/7

//// ///)(,

8

0U8.2