Скважинное устройство для разрыва горных пород Советский патент 1993 года по МПК E21C37/04 

сл С

Использование: разрушение горных пород, создание искусственной трещиноватости в массиве. Сущность изобретения: перед установкой в скважину пуансоны запирающих узлов ориентируют линиями разрыва перпендикулярно друг другу. Опускают устройство в скважину. По каналу штока подают рабочую жидкость в полость между стенками скважины и силовыми поршнями. Под давлением рабочей жидкости поршни перемещаются по шейкам клиньев и воздействуют на их основания. Уплотни- тельные элементы герметизируют рабочую полость. Далее пуансоны раздвигаются, обеспечивая нагрузку на стенки скважины. При достижении давлением жидкости предельной прочности пород стенки скважины разрушаются. 2 з.п. ф-лы.1 ил.

Изобретение относится к горному делу, а именно к разрушению горных пород, и может быть использовано во всех отраслях горной промышленности при создании искусственной трещиноватости массива, разрушении породных блоков, создании трещин, перпендикулярных оси скважин. . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности разрушения горных пород одновременно в двух плоскостях, перпендикулярных и продольных оси скважины.

Скважинное устройство для разрыва горных пород, включающее шток с каналом для под вода рабочей жидкости и оппозитно размещенные на нем запирающие узлы, каждый из которых состоит из пуансонов с внутренними скошенными поверхностями.

подпружиненного клина, прилегающего наклонными гранями к внутренним поверхностям пуансона, и силового поршня, взаимодействующего с основанием клина, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности разрыва пород, оно снабжено упорной гайкой, подвижной шайбой, демпферной пружиной, установочной штангой и уплотнительными элементами, запирающие узлы размещены на штоке с возможностью осевого и углового перемещений между упорной гайкой, закрепленной на одном конце штока, и подвижной шайбой, свободно установленной на штоке и подпружиненной посредством демпфирующей пружины относительно установочной штанги, закрепленной на другом конце штока., при этом клинья запирающих узлов выполнены с. цилиндрическими хвостовиками,

ОС

со

О1 О ОС

со

силовые поршни установлены на цилиндрических хвостовиках, а уплотнительные элементы расположены между торцами силовых поршней и основаниями клиньев. Силовые поршни выполнены в виде конусных дисков, между силовыми поршнями расположена дополнительная пружина.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен сборочный чертеж с разрезом заявляемой конструкции сква- жинного разрывного устройства.

Скважинное разрывное устройство состоит из штока 1 с осевым каналом, заканчивающимся радиальным отверстием 2. На штоке 1 над и под отверстием 2 надеты с возможностью осевого перемещения и поворота вокруг оси клинья 3 и 4, взаимодействующие с пуансонами 5 и 6, каждый из которых состоит из двух половин, охваченных по периметру пружинами 7 и 8. Витки пружин 7,8 расположены в винтовых канавках пуансонов. Пуансон 5 установлен между гайкой 9, размещенной на резьбовой части штока 1 и пружиной 10, расположенной вокруг клина 3 с упором в его кольцевой выступ. Пружина 10 закрыта защитным кожухом 11 из эластичного материала. Пуансон б расположен между шайбой 12 надетой, с возможностью перемещения, на шток 1 и пружиной 13 надетой на клин 4 с упором в его кольцевой выступ. Пружина 13 закрыта кожухом 14 из эластичного материала. Над подвижной шайбой 12 на штоке 1 установлена демпферная пружина 15, установочная штанга 16 и гайка 17,

На цилиндрическом хвостовике клиньев 3 и 4 установлены силовые поршни 18, 19, с возможностью перемещения вдоль хвостовика клина. Между силовыми поршнями 18, 19 и кольцевыми выступами клиньев 3,4 размещены кольцевые уплотнительные элементы 20, 21 из эластичного материала. Между силовыми поршнями 18,19 на штоке 1 расположена пружина 22. На клиньях 3,4 установлены уплотнительные элементы 23, .прилегающие к штоку 1.

Концы пружины 22 закреплены на хвостовиках клиньев 3 и 4.

Клин 3, пуансон 5,-пружина 10, эластичная втулка 11, поршень 18, уплотнительный элемент 20 образуют нижний запирающий узел, а клин 4, пуансон 6, пружина 13, эластичная втулка 14, поршень 19, уплотнительный элемент 21 образуют верхний запирающий узел.

Внутренние скошенные поверхности пуансонов 5, б прилегают к наклонным поверхностям клиньев 3 и 4 соответственно.

Скважинное устройство для разрыва горных пород работает следующим образом.

Перед опусканием в скважину для обеспечения нагрузки на стенки скважины в двух взаимно перпендикулярных плоскостях пуансоны 5 и 6 поворачивают вокруг штока до взаимно перпендикулярного расположения линий разьема (кате изображено на фиг. 1).

0 Устройство опускается в скважину. По каналу штока 1 подается через отверстие 2 рабочая жидкость под давлением в рабочую полость (обьем ограниченный стенками скважины и силовыми поршнями 18, 19).

5 Жидкость оказывает давление на силовые поршни 18, 19 и торцевые поверхности клиньев 3 и 4. при этом поршни 18, 19 перемещаются по шейкам клиньев 3 и 4 в противоположные стороны и воздействуют на

0 уплотнительные элементы 20, 21, которые расширяются в радиальном направлении, герметизируя тем самым рабочую полость. Аналогично происходит герметизация уп- лотнительными элементами 23, располо5 женными между штоком 1 и клиньями 3, 4. Под давлением жидкости клинья 3, 4 продолжают перемещаться вдоль штока 1, сжимается пружина 10,13, эластичные втулки 11, 14 дополнительно герметизируют

0 скважину. Под воздействием клиньев 3, 4 пуансоны 5, 6 раздвигаются, при этом растягиваются пружины 7,8 охватывающие их и пуансоны 5, 6 с усилием прижимаются к стенкам скважины. Происходит запирание

5 скважины.

Пуансоны разжимаются в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что обеспечивает равномерную нагрузку на стенки скважины.

0 При достижении давления жидкости значений предельной прочности разрушаемого обьекта на растяжение, в стенках скважины появляется трещина, в которую проникает рабочая жидкость усиливая тем

5 самым давление на объект

При росте трещин происходит раздви- жение верхней и нижней частей разрушаемого объекта, при этом пуансон 5 упирается в неподвижную гайку 9, а пуансон 6 вместе

0 с клином 4 перемещается вдоль штока 1,

перемещает шайбу 12, сжимает пружину 15.

При завершении отделения пластов

друг от друга прекращается подача рабочей

жидкости. Давление в рабочем объеме меж5 ду поршнями падает, под воздействием пружин 10. 11, 22 клинья перемещаются вдоль штока к отверстию 2, пуансоны 5, 6 сжимаются. Устройство извлекается из скважины. Для разрушения горного массива одновременно в горизонтальном и вертикальном направлениях пуансоны устанавливаются водной плоскости по линиям разьема. Гидроразрывное устройство опускается в скважину. Под давлением рабочей жидкости пуансоны 5, 6 разжимаются в одном и том же направлении, разрывая породу одновременно в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Устройство может работать от любого высоконапорного гидравлического устройства.

Конструкция заявляемого гидроразрывного устройства по сравнению с прототипом позволяет сократить прямые затраты на его изготовление вследствие упрощения конструкции. Образование поперечных трещин с помощью данного устройства позволяет увеличить производительность при малых энергозатратах.

При добыче блочного камня с помощью предлагаемого устройства в 10 раз улучшается его качество.

Конструкция заявляемого устройства обеспечивает возможность проведения работ в 2-х режимах.

Формула изобретения

AV6

внутренними скошенными поверхностями, подпружиненного клина, прилегающего наклонными гранями к внутренним поверхностям пуансонов, и силового поршня, взаимодействующего с основанием клина, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности разрыва пород, оно снабжено упорной гайкой, подвижной шайбой, демпферной пружиной, установомной штангой и уплотнительными элементами, запирающие узлы размещены на штоке с возможностью осевого и углового перемещений между упорной гайкой, закрепленной на одном конце штока, и подвижной

шайбой, свободно установленной на штоке и подпружиненной посредством демпфирующей пружины относительно установочной штанги, закрепленной на другом конце штока, при этом клинья запирающих узлов выполнены с цилиндрическими хвостовиками, силовые поршни установлены на цилиндрических хвостовиках, а уплотнительные элементы расположены между торцами силовых поршней и основаниями клиньев.

пружиной, расположенной на штоке между силовыми поршнями.