Скважинный источник колебаний Советский патент 1981 года по МПК G01V1/145 G01V1/52 

(54) СКВ/ОКНННЫЙ ИСТОЧНИК КОЛЕБАНИЙ

I

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано на рудных и уголных шахтах для вибрационного воздействия на массив горных пород с целью перераспределения напряжений в целиках или уменьшения их прочности.

Известны протяженные устройства цилиндрической формы, закрепляемые в пробуренных скважинах- скважинные деформометры. Они закрепляются с помощью опор и распорных злементов-Ликсаторов, распирающих скважиншле деформометры и опоры .

Такое крепление служит для фиксации деформометров и не предназначено для передачи значительных вибрационных уси-гтий.

Известно устройство, применяемое 9 сейсмических исследованиях. Оно включает продольные стержни, вводи.мые в скважину и сжимаемые по сонцам двумя системами пружин. Стержни формой поперечного сечения повторяют конфигурацию скважины. Между стержнями закреплены распорный элемент в виде баллона для сжатого воздуха. Устройство вводят в скважину, баллон заполняют сжатым воздухом, его поперечные размеры увеличиваются, он распирает стержни и прижимает их к стенкам скважины. При выпуске воздуха из баллона системы пружин стягивают стержни и возвращают их

10 в исходное положение, позволяющее извлечь устройство из скважины. Источник колебаний располагают на поверхности земли и передает колебания стержням с помощью дополнительного приспособления Г23.

Недостатками устройства являются громоздкость, не позволяющая использовать его в стесненных условиях подземных выработок, а также сложЯность конструкции, большой вес. Распоризй элемент, будучи упругим, поглощает значительную долю энергии колебаний. Наиболее близким к изобретению является устройство для генерирования колебаний, включанщее анкер, который с помощью трубы соединяется с распорными элементами - гидроцилиндрами. Они прижимают к стенкам скважины сйециальные колодки, соединяющие грунт с анкером ГЗ. Однако известное устройство громоздко, дорого, а его введение в горизонтальные скважины затруднено из-за большого веса и особенностей конструкции. Цель изобретения - повышение производительности, компактности и упрощение конструкции скважинного источника колебаний, состоящего из вибровозбудителя и распорных элементов. Цель достигается за счет того, что каждый распорный элемент выполнен из клиньев, подвижно связанных с корпусом вибровозбудителя скважин ного источника колебаний. Внутренние клинья примыкают к корпусу ззибр возбудителя и установлены с возможностью осевых перемещений, а внешни клинья, имеющие возможность радиаль ных подвижек, размещены между внутренними клиньями и стенками скважины. Внутренние клинья имеют отверст разных диаметров. Б отверстия меньшего диаметра входят полые тяги, а в отверстия большего диаметра - упо ры, которыми заканчиваются тяги. Др гим концом тяги с помощью резьбовых соединений фиксируются в опорах, ук репленных иа корпусе вибровозбудите у того его конца, который обращен к устью скважины. Тяги распорных эл ментов, ближайших, к устью скважины, охватывают все остальные, тяги следующих распормих элементов входят в упомянутые тяги и так далее до тяг распорных элементов, наиболе удаленных от скважины, диамет которых минимален и-которые могут быть сплощньии. За счет такой конструкции распорных элементов, подтя гивая гайками, тяги, можно обеспечит затяжку клиновых пар независимо дру от друга, что необходимо для надежной работы скважинного источника колебаний. В тяги могут быть встрое ны пружины. На фиг. 1 изображен источник колебаний, расклиненный в скважине, половина продольного вида; на ф1;г.,2 тл же,поперечный разрез А-А на фиг. 1 . 3 . 4 Корпус вибровозбудителя 1, например круговой цили1адрической формы, скважинного источника колебаний несет жестко связанные с ним направляющие 2 и упругие связи 3. В направляющих 2 установлены с возможностью осевого перемещения внутренние клинья 4, а связи 3, выполненные в виде полос пружинной стали, соединяют корпус вибровозбудителя 1 с внешними клиньями 5 и обеспечивают их радиальную подвижность. Наружная поверхность клиньев .5 воспроизводят форму скважины, а внутренняя поверхность клиньев 4 - форму корпуса вибровозбудителя 1. Внутренние клинья 4 имеют сросные скважине отверстия разных диаметров, в которые входят тяги. 6, имею1цие уширения 7. Тяги на противоположном конце имеют резьбу и входят в опоры 8, где они фиксируются посредством гаек 9 и }0. Каждая пара клиньев и соответствующая тяга образуют один распорньш элемент. На фиг. I и 2 изображены два распорных элемента по три пары клиньев в каждом. Оба количества могут быть иными. Тяга распорного элемента, ближайшего к устью скважины, имеет максимальные наружный и внутренний диаметр, тяга следующего распорного элемента имеет меньшие диаметры и входит в упомянутую и так далее до наиболее удаленного от устья скважины распорного элемента (на фиг. I левого), тяга которого может быть сплошной. В тяги могут быть встроены пружины 11. Скважинный источник колебаний работает следующим образом. Источник колебаний вводится в пробуренную скважину. Для облегчения этой операции может быть использована желобчатая полоса, подложенная снизу, воспроизводящая форму скважины и вводимая в нее вместе с вибровозбудителем. Ослабляя гайки 9 и затягивая гайки 10, подтягивают тяги 6 с уширениями 7 в сторону устья скважины. В ту же сторону начинают двигаться внутренние клинья 4 под действием усилий, прикладываемых к ним зширениями 7, входящими в отверстия большего диаметра внутренних клиньев 4. Внешние клинья 5 раздвигаются и пока они не пр1адут в соприкосновение со стенками усилие вращения гаек 10 минимально, так как преодолеваю ся только силы трения, возникающие на поверхностях внутренних клиньев .А, контактирующих с внешними клиньями 5 и с корпусом вибровозбудителя I. Внешние клинья 5 приходят в сопри косновение со стенками скважины, уси лие вращения гаек 10 возрастает, так как начинается затяжка клиновых пар. По достижении необходимого усилия за тяжки гайки 10 стопорят, включают двигатель вибровозбудителя, появляют ся колебания, передающиеся через рас порные элементы горной породе. Если использованы пружины 11, то обеспечивается постоянная затяжка клиновых пар. Если пружин 11 нет, то постоянная затяжка клиновых пар во врег-ш работы может потребовать повторного подтягивания гаек 10. Д{1Я разборки клиновых соединений после окончания работы отвинчивают гайки 10 и затягивают гайки 9. Тяги 6 и внутренние клинья 4 отжимаются в скважину, клиновые соединения ослабляются, внешние клинья 5 упругими связями 3 отжимаются к центру- скважи ны. Распорные элементы приходят в ис ходное положение, источник колебаний можно извлечь из скважины. При выборе размеров скважинного источника следует руководствоваться определеншдаш вибрационными усилиями, технологическими возможностями бурового и вибрационного оборудования, контактной прочностью породы. Выбирая те или иные углы наклона клиньев и жесткости пружин, можно менять функции, выполняемые ими. Если угол мал, как показано на фиг. 1, то клиновые соединения самозатягива- ются, и усилие пружин необходимо лишь для предотвращения ослабления клиновых соединений от вибраций. Если УГОЛ больше, то самозатягивания не возникает, и пружины должны быть такими, чтобы их усилия было достаточно для обеспечения рабочего положения клиньев и для восприятия некоторой составляющей вибрационного усилия. В этом случае, в отличие от предьщущего, клиновые соединения обладают податливостью, Устройство позволяет отказаться от камуфлетного взрывания и перейти к вибрационному воздействию на горные породы для перераспределения напряжений в них и устранения опасных динамических проявлений горного давления. Это позволяет существенно сократить расходы на взрывчатые вещества, повысить безопасность и производительность труда горнорабочих, использовать оптимальную технологию горных работ. Формула изобретения 1.Скважинный источник колебаний, включакмций вибровозбудитель и связанные с ним распорные элементы, ус- танавлшваемые в скважине с возможностью радиальных и осевых перемещений, отличающийся тем, что, с целью повьвпения производительности и компактности источника, распорные элементы выполнены в виде клиновых замков и пропущенных через них телескопических тяг, снабженных на одном конце уширением, тричем тяга, обращенная к устью скважины, снабжена резьбами, которые взаимодействуют с опорами, установленными на вибровозбудителе . 2.Источник по п. 1, отличающийся тем, что в тяги встроены пружины. Источники информацш, принятые во внимание при экспертизе 1.Техника контроля напряжений и деформаций в горных породах. Л., Наука, 1978, с. 133-138. 2.Патент США № 3346066, кл. 181-106, опублик. 1967. „ 3.Патент США №3282371, кл. 181-106, опублик. 1967 (прототип).