Способ разрушения горных пород ударными импульсами Советский патент 1981 года по МПК E21B4/06 

(54) СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД УДАРНБ1МИ ИМПУЛЬСАМИ

1

Изобретение относится к буровой технике и касается способов формирования ударного импульса при ударном, ударно-вращательном и вращательно-ударном бурении.

Известен способ разрушения горных пород ударными импульсами, при котором монолитная ударная масса разгоняется до некоторой скорости и ее кинетическая энергия используется для возбуждения в промежуточном элементе - штанге или колонковой трубе ударного импульса. Ударный импульс, распространяясь до контакта породоразрушаюш,его инструмента с породой, вызывает разрушение последней 1.

Недостатком известного способа является то, что ударный импульс, подаюш.ий на контакт инструмент-порода, существенно отличается от ударного импульса, проходящего в породу. Поэтому часть энергии падающего ударного импульса отражается от контакта и не используется для разрушения породы, что снижает КПД системы в целом. Попытки приблизить форму падающего и проходящего импульсов изменением формы монолитной ударной массы практических результатов не дали.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ разрушения горных пород ударными импульсами, формируемыми в промежуточном элементе ударной машины путем последовательного по времени нанесения ударов несколькими ударниками 2.

Однако при данном способе воздействие на породу ударного импульса от одного ударника завершается до начала действия другого, что ведет к отражению части энергии ударного импульса от контакта инструмент-порода. Таким образом, данный способ характеризуется высокой энергоемкостью разрушения.

Цель изобретения - снижение энергоемкости процесса и повышение его эффектив5 ности.

Поставленная цель достигается тем, что время начала удара каждого последующего ударника смещают относительно начала удара предыдущего ударника, а заканчивают воздействие всех ударников одновремен20но.

На фиг. 1 изображена схема ударной системы механизма, реализующее предлагаемый спосбб; на фиг. 2 - кривая напряжения в зависимости от времени в ударной волне, формируемой ударами нескольких ударников.

Расположенные концентрично по71ые ударники 1, 2 и ударник сплошного сечения 3 соединены штифтом 4 с некоторым люфтом, перемещаются совместно и наносят удар по основному промежуточному элементу 5 и дополнительным промежуточным элементам б и 7.

Волны напряжения, возникающие при соударении ударника 3 основным промежуточным элементом 5 и ударников 1 и 2 с дополнительными промежуточными элементами 6 и 7 имеют форму, близкую к прямоугольной.

Так как плоскости соударения смещены, передние фронты волн при распространении по основному промежуточному элементу 5 смещены по времени. Но так как взаимодействие ударников 1-3 с промежуточными элементами 5-7 заканчивается одновременно, то задний фронт формируемых волн также совпадает. Наложение этих волн позволяет получить в основном промежуточном элементе 5 ступенчатую волну по предлагаемому способу.

Таким образом, разрушение горных пород осущ,ествляют ударными импульсами, формируемыми в промежуточном элементе 5 несколькими ударниками 1-3, начала удара tV и которых смещены относительно друг друга, а заканчиваются все удары одновременно - t При этом величина смещения te от to и от определяется формой волны, проходящей в породу.

При нанесении ударов несколькими ударниками, сечения которых меньще сечения промежуточного , в последнем формируется несколько прямоугольных ударных импульсов, алгебраическое сложение которых позволяет получить волну напряжения б ступенчатой формы, которую можно рассматривать как первое приближение к форме волны, проходящей в породу. Энергия волны с такой формой более полно передается породе, что способствует снижению энергоемкости процесса разрушения породы.

Реализация предлагаемого способа позволяет в зависимости от конструкции ударных машин повысить механическую скорость бурения или снизить мощность ударного узла при сохранении производительности бурения, а уменьшение отраженной

энергии импульса улучшает условия работы производственного персонала.

Формула изобретения

Способ разрушения горных пород ударными импульсами, формируемыми в промежуточном элементе ударной машины путем последовательного, по времени нанесения ударов несколькими ударниками, отличающийся тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса и повышения его эффективности, время начала удара каждого последующего ударника смещают относительно начала удара предыдущего ударника, а заканчивают воздействие всех ударников одновременно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Граф Л. Э. и др. Гидроударные машины и инструменты, М., «Недра, 1972, о. 26. 2. Авторское свидетельство СССР

№ 195401, кл. Е 21 В 1/00, 1967 (прототип).

./

Ш / ,1

-3

7

6

Фиг.1