Способ термодинамического раз-РушЕНия гОРНыХ пОРОд Советский патент 1981 года по МПК E21C37/16 E21B7/14 

(54) СПОСОБ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ

ПОРОД

1

Изобретение относится к термодинамическим способам разрушения горных пород и может быть использовано, в частности, для бурения взрывных скважин.

Известен способ термодинамического бурения скважин, при котором на горную породу воадействуют детонационными волнами и следующими за ними продуктами детонации, которые создают непосредственно в камере сгорания, у ее закрытого конца, путем сжигания углеводородного горючего в газообразном окислителе в сверхзвуковом режиме 1.

Этот способ практически применим для бурения скважин, главным образом в грунтах и глинах, так как механическое действие детонационных волн при использовании обычных компрессоров для подготовки топливной смеси не превышает 400- 600 кг/см 2.

Тепловое воздействие продуктов детонации на буримую пробу при этом очень кратковременно и недостаточно для термического ослабления горных пород.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ термо2

динамического разрушения горных пород одновременным воздействием на них сверхзвуковыми высокотемпературными газовыми струями и детонационными волнами, которые создают в результате сжигания топливной смеси углеводородного горючего и газообразного окислителя |2.

Высокотемпературные газовые струи формируют из продуктов сжигания топливных смесей в двух коаксиально расположенных камерах сгорания в режиме дозвукового горения. Детонационные волны создаются непосредственно в истекающих струях газа при их встрече с забоем путем дожигания непрореагировавших в камерах сгорания избытков окислителя и горючего.

Давление таких волн на разрушаемую

поверхность не превышает 15-20 кг/см , так как их образование протекает в факеле, где объемы достигаемых топливных смесей очень незначительны. Поэтому известные способы не обеспечивают достаточно

эффективнрго разрушения горных пород по изложенным выше причинам.

Цель изобретения заключается в том, чтобы суш.ественно повысить эффективность процесса разрушения.

Эта цель достигается тем, что детонационные волны генерируют непосредственно в камере сгорания у ее закрытого конца в топливной смеси, компоненты которой вводят в камеру сгорания встречными потоками. При этом в камеру сгорания сначала вводят окислитель, а затем горючее.

Вводимые в камеру сгорания встречными потоками топливные компоненты даже при полностью открытой камере увеличивают ее аэродинамическое сопротивление и повышают начальное давление в камере в 2-3 раза, что приводит к 2-3-х кратному повышению механического воздействия детонационной волны на разрушаемую породу.

Предлагаемый способ поясняется на примере сжигания бензовоздушных топливных смесей.

На чертеже показана двухкамерная огнеструйная горелка.

Сжатый воздух и бензин под давлением 5-7 кгс/см2 вводят в камеры 1-й 2 сгорания в пропорциях, обеспечивающих подготовку обогащенной топливной смеси с коэффициентом избытка окислителя, равным 0,6-0,8 для камеры 1 и 0,9-0,95 для камеры 2.

Топливную смесь в камере I сгорания сжигают непрерывно в дозвуковом режиме горения. Продукты сгорания формируют в сверхзвуковые струи 3 и под давлением 3- 4 кгс/см выбрасывают из камеры 1 сгорания на разрушаемую породу 4. Температура в зоне торможения струи и образования отсоединенного скачка уплотнения 5 повышается до внутрикамерной, т. е. до 1300- 1500°С.

Топливные компоненты в камеру 2 сгорания вводят встречными потоками, хоторые сталкиваются, повышают аэродинамическое сопротивление камеры, увеличивая начальное давление топливной смеси в ней до 2- 3 кгс/см при давлении в скважине около 1,1 кгс/см.

Топливную смесь в камере 2 сгорания воспламеняют у ее закрытого конца электрическим разрядом 6. Образовавшийся фронт 7 пламени ускоряется, и нормальное горение перерастает в детонацию в виде волны 8, которая вместе с продуктами детонации распространяется к открытому концу камеры 2 сгорания со скоростью 1200- 1500 м/с и воздействует на поверхность разрушаемой породы 4 с силой 500-600 кгс/см1

Остатки продуктов детонации вытесняются из камеры 2 сгорания воздухом, после чего в камеру 2 вводят горючее, образуют топливную смесь, и цикл генерирования детонационной волны повторяют.

На разрушаемую породу 4 одновременно

воздействуют непрерывными струями 3 нагретого до высокой температуры газа и периодической детонационной волной 8, которая разрушает скачок уплотнения 5.

В результате .ослабления прочности разрушаемой породы и усиления механического воздействия на нее детонационных волн эффективность разрушения повышается в 1.5 6 раз (в зависимости от .физико-химических и минералогических свойств породы) и в значительной мере расширяется диапазон

разрушаемых пород.

Технико-экономическая эффективность данного способа обеспечивается повышением внутрикамерного давления в детонационной камере сгорания и взаимодействием детонационной волны и факела при одновременном их воздействии на разрушаемую породу.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

кл. Е I F, опублик. 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 279525, кл. Е 21 С 21/00, 1967.