Устройство для термомеханическогоРАзРушЕНия гОРНыХ пОРОд Советский патент 1981 года по МПК E21B7/14 E21C37/16 

(54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

1

Изобретение относится к сйособу термомеханического разрушения горных пород путем образования на ее поверхности примыкающих одна к другой концентрических кольцевых канавок с помощью воздействия огнеструйных или плазменных горелок и механического инструмента.

В частности известен способ термомеханического разрушения горных пород при проходке горных выработок, в соответствии с которым на забое выработки образуют примыкающие одна к другой концентрические канавки, получаемые в результате последовательного термического и механического воздействия на породу. Для этого на приводимом во вращение роторе монтируются калильные форсунки и механические резцы 1.

Недостаток известного способа заключается в том, что время нагрева и температурного последействия (время от нагрева до механического разрушения) мало и недостаточно для прогрева горной породы на глубину скола. В результате, по существу, происходит механическое разрушение породы при термической обработке ее верхнего слоя на глубину, не превышающую десятых долей милиметра. Поэтому эффективность разрушения породы оказывается низкой.

. Более близким техническим рещением к настоящему изобретению является способ термомеханического разрушения горных пород путем образования на ее поверхности примыкающих одна к другой концентрических кольцевых канавок, каждую из которых получают последовательным воздействием на породу источника нагрева для создания в ней термически напряженного слоя и механического инструмента для его разрушения 2.

Осуществляется известный способ с помощью устройства, содержащего источник нагрева в виде плазмотронов и механический инструмент в виде шарошек, при этом плазмотроны и шарошки закреплены в чередуюшемся порядке на двух концентрично расположенных планшайбах, вращаемых со скоростью 5-20 об/мин.

Однако эффективность процесса разрушения при этом способе остается сравнительно низкой из-за отсутствия согласования режимов термической и механической обработки. Так, например, при скорости вращения устройства 20 об/мин каждый участок забоя нагревается в течение 0,04 с для внешней щели диаметром 1500 мм и в течение 0,07 с - для внутренней щели диаметром 900 мм. При скорости вращения устройства 5 об/ /мин каждый участок забоя нагревается в течение 0,2 с для внещне расположенной щели и в течение 0,35 с - для внутренней. Такое малое время нагревания не позволяет получить эффективной термической обработки породы. В то же время механическая обработка щарощками также ведется в нерациональном режиме, так при угловой скорости 5 об/мин для выработки диаметром 1500 мм соответствует угловая окорость 25 об/мин, что вдвое меньще наименьщих рекомендуемых скоростей вращения. Цель изобретения заключается в том, чтобы повысить эффективность процесса разрушения за счет улучшения согласования режимов термической и механической обработки. Цель достигается благодаря тому, что поверхность породы нагревают многократно для образования в ней термически напряженного слоя глубиной не менее глубины внедрения механического инструмента, а затем подвергают обработке механическим инструментом. При этом термическую и механическую обработку кольцевых канавок или их части на поверхности породы ведут в чередующемся порядке. На фиг. 1 - схема устройства, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1. Устройство для термомеханического разрущения горных пород имеет две приводимые во вращение концентрично расположенные планщайбы 1 и 2, каждая из которых несет установленные в чередующемся порядке источники 3 нагрева и механические инструменты 4. В качестве источника нагрева целесообразно использовать плазмотроны, а в качестве инструмента - щарошки. Центрально расположенная планщайба 1 (фиг. 2) снабжена домкратами 5 для созДания осевого усилия на шарошки 4 при ее вращении. Периферийная наружная планшайба 2 также оснащена домкратами 6 для перемещения ее в осевом направлении относительно планщайбы 1 и создания осевого усилия на щарошки 4 при ее вращении. Перемещение этой планщайбы 2 может осуществляться по заданной программе. Предложенный способ осуществляется следующим образом. При проходке выработки источники 3 нагрева включены постоянно, обрабатывая при вращении планщайб 1 и 2 поверхность породы по концентричным кольцевым дорожкам. Каждая дорожка при этом обрабатывается многократно всеми источниками 3 нагрева при каждом обороте планшайб 1 и 2, а щарощки 4 в это время с помощью домкратов 5 и 6 выведены из контакта с породой. Механическая обработка кольцевых дорожек производится поочередно, например,, от центра к периферии. При этом сначала включают домкраты 5 планщайбы 1, щарощки 4 которой обрабатывают кольцевую дорожку наименьшего радиуса. После удаления термически напряженного слоя включаются в работу домкраты 6 планшайбы 2, а щарощки 4 планщайбы 1 выводятся из контакта с породой домкратами 5. Поскольку время оборота планщайб 1 и 2 составляет 0,6 - 0,8 с, то за два оборота, происходит нагрев поверхностного слоя породы кольцевой дорожки до температуры разрущения. Таким образом, к моменту повторного контакта щарошек 4 планщайбы 2 С кольцевой дорожкой в следующем цикле горная порода будет прогрета на достаточную глубину, т. е. на глубину внедрения инструмента (скола). В результате описанного термического и механического воздействий на.месте кольцевой дорожки образуется канавка. Получаемые таким образом канавки, примыкая одна к другой, образуют общую поверхность разрущения на забое выработки. Можно обрабатывать каждую кольцевую дорожку в пределах ее участков тедмическим и механическим воздействиями. При этом механический инструмент скалывает нагретый слой не сплбщь, а отдельными участками с пропусками по траектории движения с тем, чтобы пропущенные участки могли быть подвергнуты повторной термической обработке. Формула изобретения 1. Способ термомеханического разрущения горных пород путем образования на ее поверхности лримыкающих одна к другой концентрических кольцевых канавок, каждую из которых получают последовательным воздействием на породу источника нагрева для создания в ней термически напряженного слоя и механического инструмента для его разрущения, отличающийся тем, что, с целью повыщения эффективности процесса разрушения за счет улучщения согласования режимов термической .и механической обработки, поверхность породы нагревают многократно для образования в ней термически напряженного слоя глубиной не менее глубины внедрения механического инструмента, а затем подвергаКзт обработке механическим инструментом. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую и механическую обработку кольцевых канавок или их части на поверхности породы ведут в чередующемся порядке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

J

2.Сборник «Термомеханические методы разрушения горных пород, Киев, «Наукова думка, 77, с. 114.