Устройство для гидродинамического воздействия на массив Советский патент 1982 года по МПК E21F5/00 

(54) УСТР,$)ЙСТВО ДЛЯ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА МАССИВ

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для осуществления воздействия гидравлической средой и гидравлическими удар ными волнами на массив угля или поро с целью нарушения его сплошности, ос лабления, снятия внутреннего напряжения, повышения эффективности дегазации и увлажнения, предотвращения внезапных выбросов и горных ударов. Известно устройство для импульсно го нагнетания воды в угольный пласт через скважины, включающее импульсатор с цилиндром и поршнем, ресивер и спусковой механизм. В этом устройстве плавающий пор- шень импульсатора выполнен с калибро ванным отверстием, через которое магистраль сообщена с гидрозатвором и с скважиной при статическом нагнетании воды, Импульсатор сообщен с гидрозатвором посредством патрубка. В процессе нагнетания вода из магистрали постугЛет в ресивер и полость импульсатора, откуда через калиброванное отверстие, патрубок и гидрозатвор - в скважину. Вода, поступая в ресивер, сжимает в нем воздух, и когда срабатывает спусковой механизм, энергией сжатого в ресивере воздуха в импульсатор выжимается дополнительное количество воды, повышая давление внутри импульсатора 17. Недостатком устройства является то, что давление в ресивере не превышает . давления воды в магистрали. Поскольку нет перепада давления (полость ресивера отверстием сообщена со скважиной), то и не будет импульса. Эффективность импульсного воздействия на массив водой посредством такого устройства не может превышать эффективность статического напорного нагнетания. Известно устройство для гидродинамического воздействия на массив жидкостью, включающее корпус генератора, манжету гидрозатвора, насос, пульт управления и контроля. В процессе статического напорного нагнетания воды в пласт периодически в генератор импульсов, сообщенный с шпуром через герметизатор, подается сжатый воздух, благодаря которому в гидрокамере генерируют высокочастотные импульсы 2, Недостатком известного устройств является слабое воздействие на массив вследствие того, что высокочасTOTHbfe импульсы, генерируемые в гид рокамере генератора, будут гаситься в сужающемся канале гидрокамеры и в канале герметизатора. Кроме того, применяемый в качест генератора гидравлических импульсов пн45вматический ударный механизм бурильных машин является высокочастотным (1500-2000 уд/мин)с малой энергией единичного удара 1,5-2,0 кгс что не создает возможности прохождения упругих гидроволн по всей длине скважины, вследствие всхлопывания волн, а значит и их гашения. Такое устройство не позволяет повысить эффективность воздействия ударных гидравлических волн путем генерации их в скважине. Известными устройствами малой энерговооруженности нельзя обеспечить высокую степень нарушения сплошности массива, снять внутренние напряжения и ослабить его в такой мере, чтобы обеспечить высокую эффективность дегазации и увлажнения, пред отвратить опасные динамические и газо динамические явления. Цель изобретения - повышение эффективности воздействия ударных гидравлических волн за счет обеспечения формирования импульсов давления води непосредственно в скважине. Цель достигается тем, что в устройстве для гидродинамического воздействия -на массив, включающем корпус с полостями, в одной из которых размещен приводной механизм гидроудар кика, а в другой - боек и плунжер гидроударника, канал для подвода жидкости в скважину с обратным клапаном, установленным на его выходе, и каналы циркуляции рабочей жидкости, головная часть плунжера размещена за торцом корпуса, а между бойком и плунжером размещена рабочая жидкость, при этом корпус выполнен с утолщением, в котором расположены каналы циркуляции рабочей жидкости и каналы для подвода жидкости в скважину, причем полости в корпусе расположены эксцентрично с осью корпуса, а обратный клапан размещен между полостями. На фиг.1 приведена схема расположения установки гидродинамического воздействия на массив через скважину; фиг.2 - генератор гидравлических ударных волн, общий вид; фиг.З - поперечный разрез по плоскости А-А на фиг.2; на фиг.4 продольный разрез по плоскости Б-Б на фиг.З; фиг.5 продольный разрез по плоскости В-В на фиг.2; на фиг.6 - поперечный разрез ло плоскости Г-Г на фиг.2. Установка гидродинамического воздействия на массив состоит из низкочастотного генератора 1 гидра лических ударных волн, шарнирно укрепленного посредством опорной головки 2 на распорной колонке 3, маслостанции, насосной станции, пульта контроля и управления (не показаны). Генератор 1 устанавливается в скважине, преимущественно в пределах обсадной труы 4. Генератор 1 гидравлических ударных волн содержит цилиндрический корпус 5 (фиг.2-6), выполненный с двумя соосными эксцентрично расположенными с обеих сторон корпусаполостями, в задней из которых размещен приводной механизм гидроударника, а в передней - боек 6 гидроударника и плунжер 7) между которыми в полости 8 разгона бойка находится рабочай жидкость 9. Приводной механизм гидроударника включает шток 10, соединенный с бойком 6, втулку 11, дифференциальную втулку 12, посаженную на шток 10 с возможностью возвратно-поступательного перемещения и взвода бойка 6 за кольцевой выступ 13 на штоке 10, а также механизм И автоматической остановки, взвода и спуска бойка. Шток 10 с расточкой 15, отверстиями 16 для подачи жидкости при гидроспуске бойка и отверстиями 17 для его взведения с помощью дифференциальной втулки 12. Шток 10 на свободном конце, примыкающем к механизму автоматической гидроостановки, взвода и спуска бойка имеет кольцевой выступ 13 с отверстиями 18, а ма другом конце выполнен с проточкой 19, образующей вместе с корпусом 5 (в момент взведенного состояния бойка) полость 20 для сообщения полости 21 обратного хода бойка с каналами 22 циркуляции рабочей жидкости. Шток 10 и неподвижная втулка 11 образуют полость 23 прямого хода бойка, сообщенную с пневмогидроаккумулятором 2, насосной и маслостанцией (не показаны). На проточке корпуса 5 размещена гидроманжета 25, внутренняя полость которой отверстиями 26 сообщена с ка налом. 27 для подачи в скважину профи лактической жидкости. На выходе канала 27 установлен обратный клапан 28. Хвостовик 29 генератора выполнен с каналами, обеспечивающими подвод и отвод рабочейжидкости, подачу про филактической жидкости и циркуляцию воздуха, а соединительный с колонкой 3 элемент хвостовика 29 выполнен в виде сферической опоры 30. Хвостовик 29 снабжен гайкой 31, трубой 32, кольцом 33, предназначенным для пред варительного механического распора гидроманжеты 25. Полость 8 сообщена с насосной станцией (не показана) каналами 3 и 35, предназначенными соответственJ но для подачи и отвода рабочей жидкости 9. Для циркуляции воздуха предусмотрен канал 36. Плунжер размещен в. передней полости корпуса 5 с возможностью автоматического возврата в исходное положение после удара за счет давления . профилактической жидкости в скважине и за счет того, что плунжер ограничен в движений пазом 37. длина которого превышает линейный размер вклад ша 38 на величину хода. Напорная и сливная магистрали от маслостанции подводятся к хвостовику . 29 генератора. Маслостанция сообщает ся каналами 3 и 35 с полостью 8, а каналами 22 и 39 с приводным механиз мом гидроударника. Работа установки гидродинамическо го воздействия на массив осуществляе ся следующим образом. В про е;денную и обсаженную трубой Ц скважину вводится генератор 1, который сферической опорой 30 хвостовика 29 закрепляется на опорной головке 2 распорной колонки 3 (фиг.1). Поворотом гайки 31, перемещающей тру бу 32 и кольцо 33, производят предварительное уплотнение манжеты.25 в обсадной трубе k, после чего начинают нагнетать профилактическую жидKoctb, которая, поступая по каналу 27, проникает через перфорационные отверстия 26 под гидроманжету 25 и, отжимая обратный клапан 28, через пространство между корпусом 5 генератора и .обсадной трубой k в скважину. В процессе нарастания давления профилактической жидкости гидроманжета 25 надежно герметизирует устье скважины. После того, как давление профилактической жидкости достигнет заданного предела (определенного расчетами или экспериментально исходя из физико-механических, гидравлических и газодинамических характеристик пласта) приводится в действие (енератор гидравлических ударных волн. Включается насосная маслостанция и рабочая жидкость (например, масло, эмульсия и пр.) по- каналу поступает в полость 8, а по каналу 39 - одновре- . менно в приводной механизм гидроударника и пневмогидроаккумулятор 2k (на фиг.2 мембрана показана в. момент разрядки). Дифференциальная втулка 12 давлением рабочей жидкости, поступающей в полость 23 прямого хода бойка, отжимается вперед до упора и вытесняет рабочую жидкость из полости 21 обратного хода бойка через полость 20 и каналы 22 в сливную магистраль. Передвигаясь, дифференциальная втулка 12 открывает отверстие 16 и рабочая жидкость из полости 23, образованной внутренней поверхностью неподвижной втулки 11 и внешней штока 10, поступает через отверстие 16 в штоковую полость 15. Шток 10, благодаря воздействию давления рабочейжидкости, выжимается из полости 23 и вместе с бойком 6 движется вперед. За счет давления жидкости, подаваемой насосом, и энергии, накопленной в пневмогидроаккумуляторе 2, боек гидроударника разгоняется до максимальной скорости и через жидкостную подушку, образованную при перемещении 5рйком 6 размещенной в камере 8 рабочей жидкости 9 наносится динамический удар по плунжеру 7, который, в свою очередь, воздействует на столб Профилактической жидкости, формируя в скважине гидравлическую ударную волну высокой энергии. В процессе разгона бойка 6 излишки; рабочей жидкости 9 через канал 35 сливаются в маслостанцию, а воздух выжимается через канал 36.

После соударения бойка 6 и плунжера 7 рабочая жидкость из штоковой no лости 15 через отверстия 17 поступае под большую по площади торцевую част дифференциальной втулки 12 и отжима ее, заполняет полость 21, образованную внутренней полостью корпуса 5 и внешней - штока 10. Дифференциальная втулка 12,упираясь второй (меньшей по площади) торцевой поверхностью за кольцевой выступ 13 на штоке 10, взводит боек 6. В это время рабочая жидкость вытесняется из полости 23 в пневмогидроаккумулятор 2, заряжая его. Когда отверстия 18 в кольцевом выступе 13 штока 10 войдут в кольцо И механизма, движение бойка 6 прекращается.

Плунжер 7, размещенный в передней полости корпуса 5, с помощью паза 37 и вкладыша 38, после удара возвращается в первоначальное положение, и цикл Повторяется.

Расход рабочей жидкости в приводном механизме гидроударника обусловлен объемами полости 21 обратного хода бойка и полости, заключенной между проточкой 19 штока 10 и корпусом 5 генератора.

Расход рабочей жидкости 9 в полости 8 разгона бойка 6 определяется необходимостью ее охлаждения, для чего предусмотрены канал 3 для подачи и канал 35 для отвода жидкости 9.

Рабочая жидкость, вытекая из ме-.

ханизма привода гидроударника и полости 8 разгона бойка, охлаждается в магистрали и маслостанции.

Предлагаемое устройство позволяет значительно повысить КПД и эффективность воздействия на горный массив за счет генерации-непосредственно в скважине гидравлических ударных волн высокой энергии единичного удара (по

расчету до 300...500 кгс.м) и заданной частоты (до 500 уд/мин). Регулирование производительности и давления рабочей жидкости, осуществляемое насосом и пневмогидроаккумулятором, дает возможность генерироватв гидравлические ударные волны необходимой амплитуды и длины волны, расширяя область применения разработанной установки.

Формула изобретения

Устройство для гидродинамического воздействия на массив, включающее корпус с полостями, в одной из которых размещен приводной механизм гидроударника, а в другой боек и плунжер гидроударника, канал для подвода жидкости в скважину с обратным клапаном, установленным на его выходе и каналы циркуляции рабочей жидкости, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения эффективности воздействия ударных гидравлических волн за счет обеспечения формирования импульсов давления воды непосредственно в скважине, головная часть плунжера ра;змещена. за торцом корпуса, а между бойком и плунжером размещена рабочая жидкость, при этом корпус выполнен с утолщением, в котором расположены каналы циркуляции рабочей жидкости и канал для подвода жидкости в скважину, причем полости в корпусе расположены эксцентрично с осью корпуса, а обратный клапан размещен между полостями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

$ В-В .35

Фиг.5