Устройство для термомеханического разрушения горных пород Советский патент 1986 года по МПК E21B7/14 

1зобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для термомеханического разруишния горных пород, предназначенным преимущественно для бурения взрьтных скважии. Известно устройство для термомеханического разрушения горных пород, включающее скрепленный с буровым ставом корпус с магистралями для подвода горючего, воды и воздуха, камеру сторания с соплом, смесительную камеру, Толкатель с долотом, соединегап га с корпусом посредством шлицев. Недостатком известного устройства является низкая производительность, так как генерируемые в устройстве высокотемпературные продукты сгорания разделяются на два потока, один из которых- используется для образования парогаза при бурении, а другой для расширения скважин,, что приводит к низкому использованию в обоих процессах продуктов сгорания реактивной горелки и к снижению интенсивности процесса бурения и расширения скважины. В предлага лом устройстве указанные недостатки отсутствуют, так как значительная часть продуктов сгорания, генерируемых в реактивной горелке, используется либо при расширении в виде высокотемпературной газовой струи, либо при бурении на образование парогаза, причем зти операции предусмот рено вьтолнять при наличии одного сопла. Периодическое, максимально возможное ис пользование продуктов сгорания горелки обе печивает эффективный режим работы устройства как при бурении, гак и расширении, чт ведет, к интенсификации того и другого процесса. Кроме того, в предлагаемом устройстве предусмотрена- постоянная продувка и охлаждение шлицев Некоторым количеством окислителя, что обеспечивает надежность работы устройства при бурении и расширении. В предлагаемом устройстве обеспечивается при осуществлении процесса бурения понижение температуры газовой струи, истекающей из сопла камеры сгорания и подаваемой зате на образование парогаза, что позволяет избежать высокотемпературного воздействия на элементы конструкции, охлаждаемые воздухом или водой, что в целом значительно повышает эксплуатационную надежность устройства. Цель изобретения - интенсификация процесса бурения и расширения скважин с одно временным повышением эксплуатационной на дежности . устройства для термомеханическог разрушения горных пород. Поставленная цель достигается тем, что ус ройство снабжено образуюцшми промежуточ1 -2 пую камеру цилиндром с поршнем-золотииком и скрепленной с последним заслонкой с окном, опирающейся на толкатель, причем промежуточная камера сообщена с магистралью для подвода воды, в цилиидре и поршне-золотнике вьтолнены каналы, п .риодически сообщающие промежуточную и смесительную камеры, а камера сгорания посредством заслонки попеременно сообще и с затрубным пространством и смесительной камерой. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Устройство состоит из корпуса 1, скрепленного с буровым ставом (на чертеже ие показан), внутри которого размещены магистрали 2-4 для подвода окислителя: воздуха, горю-: чего и воды соответственно, токоподвода 5 для дистанционного зажигания горючей смеси, камеры сгорания 6, в которой размешена, по крайней мере одна форсунка 7 для распыления горючего и сопло 8 для образования газовой струи, цилиндра 9 с канапами 10 и ьоршня-золотника 11 с каналами 12, причем поршень-золотник и цилиндр образуют промежуточную камеру 13, заслонки 14 с окном 15, скрепленной с поршнем-золотником посредством крестовины 16. Чехол 17 вьтолиен с отверстием а , соосным с соплом камеры сгорания. Внутри корпуса размещен толкатель 18, связанный с корпусом посредством шлицев 19. Толкатель снабжен в нижней части резьбой 20 Г7Я подсоединения долота 21. Полость между долотом и портлнем-золотником образует смесительную камеру 22. Магистраль для подвода окислителя сообщена с камерой сгорания посредством каналов 23 и 24, а посредством каналов 25-28 - со смесительной камерой. Магистраль для подачи воды сообщена через каналы 29 и 30 с промежуточной камерой и через каналы 12 и Ш в поршне-золотнике и цилиндре - со смесительной камерой, а через каналы 31 - с затрубш/м пространством. Поршень-золотник имеет упло-гнение 32 и посредством крестовины 16 упирается в торец 33 толкателя. Устройство работает следующим образом. Перед запуском устройство в кольцевой канал между чехлом и камерой сгорания под давлением подается вода, которая, проходя через канал, охлаждает камеру сгорания, после чего она поступает в промежуточную камеру, и воздействуй, нэ поршень-золотник, заставляет его перемещаться в крайнее 1шжнее положение. При этом положении каналы поршня-золотника отсоединены от каналов цилиндра, в связи с чем вся вода. поступает только на пылеподавление в загрубное пространство. В таком положении устройства производит ся его запуск, осуществляемый следующим образом. Дистанционно посредством тока, подаваемого через токоподвод, в камере сгорания производят зажигание горючей смеси, образующейся в результате смещети окислителя с распыляемым форсункой горючим. Устройство выводится на режим бурения скважин, при котором коэффициент избытка окислителя максимальный (расход горючего мтшмальиый), в результате чего телтература газовой струи, истекающей из сопла, составляет примерно 500-600°. Далее под действием осевого усилия, развиваемого буровым станком (на чертеже не показан), долото пер мещает толкатель и связаннъю с ним заслонку и поршень-золотник в крайнее верхнее положение. При этом заслонка перекрывает отверстие в чехле, в результате чего газовый поток по ctynaeT в смесительную камеру, в которую через каналы в поршне-золотнике и цилиндре, совмещенные в результате того, что поршень золотник оказался в верхнем положении, поступает и вода. В смесительной камере газовая струя и вода, пройдя через рассекатель, смешиваются и образуют низкотемпературную парогазовую смесь, поступающую затем через долото на забой скважины. Температура и расход парогазовой смеси с способствуют интенсификации процесса бурения и въшоса разрушенных частиц горной . породы. Поступающая по каналу 31 в затрубное пространство вода обеспечивает пылеподавлеиие мельчайших частиц породы. При расширении ходом бурового става сни зу вверх и снятием при этом осевой нагрузки долота поршень-золотник под действием давления воды в промежуточной камере пере мещается в крайнее нижнее положение, передвигая одновременно заслонку и толкатель С долотом, собственный вес которых также способствует указанному перемещению. При этом сопло через окно 15 заслонки и отверстие а корпуса сообщается с затрубным пространством. Оператор на станке выводит расход горячего на максимальную величину, коэффициент избьггка окиотителя снижается до значения 0,9-1,0, в результате чего температура газовой струи, истекающей из сопла, повышается до 1500° и вьш1е. Воздействуя с такой температурой на стенку скважины, газовая струя, производит ее разрушение и расширение диаметра скважины до оптимального значения, соответствующего определенной скорости подъема и вращения бурового става. Отсутствие воды или парюгаза в пространстве, находящемся под газовой струей (каналы в nopiuHe-золотнике в этом случае отсоединены от каналов в цилиндре), значительно повышает интенсивность процесса разруше1шя, а подача некоторого количества окислителя через каналы 26-28 и смесителыгую камеру в продувочные отверстия долота обеспечивает постоянную продувку и охлаждение щлицевого соединения и долота, что предохраняет его от зашламовьтания и перегревания. Данное устройство позволяет вести процесс бурения в крепчайших породах при интенсивном воздействии на забой скважины низкотемпературного парогазового пото а, вызьтающего в поверхностном слое горной породы термические напряжения, облегчающие дальнейшее разрущение забоя механическим инструментом (долотом), а также улучшающие очистку забоя скважины. Кроме того, автоматическое передвижение заслонки устройства при подъеме бурового става позволяет сочетать подъем с операцией расширения скважины при максимальном расходе компонентов газовой струи и исключении поступления воды или пара в пространство, находящееся ниже газовой струи, что в целом интенсифицирует процесс разрушения, исключает необходимость в дополнительных вспомогательных операциях при переходе с процесса бурения на п1Х)цесс рас1яирения. Ожидаемый технико-экономический эффект т применения предлагаемого устройства составит порядка 80-90 тыс. руб. на станок в год.

УСТГОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД, включающее скупленный с буровым ставом корпус с магистралями для подвода горючего, воды и воздуха, камеру сгорания с соплом, смесительную камеру, толкатель с долотом, соединенный с корпусом посредством шлицев, отличающееся тем, что, с целью интенсификации процессов бурения и расширения скважин с одновременным повышением эксплуатационной надежности устройства, оно снабжено образующими промежуточную камеру цилиндром с поршнем- золотником и скрепленной с последним заслонкой с окном, опирающейся на толкатель, причем промежуточная камера сообщена с магистралью для подвода воды, а в цилиндре и поршне-золотнике вьшолне1п>&1 каналы, периодически сообщающие промежуточную и смесительную камеры.