способ разрушения горных пород ударными импульсами и устройство для его реализации
Классы МПК: | E21B4/14 пневматические или гидравлические E21C37/00 Способы или устройства для отбойки породы с погрузкой или без нее |
Автор(ы): | Юнгмейстер Д.А., Ветюков М.М., Пивнев В.А., Лукашов К.А. |
Патентообладатель(и): | Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-01-31 публикация патента:
10.08.2003 |
Изобретение относится к горной, горно-строительной и строительной промышленности и может быть использовано для разрушения твердых пород при бурении взрывных и геологоразведочных скважин буровыми станками. Способ заключается в наложении на ударный импульс, возникающий от действия ударного механизма, дополнительного импульса. Дополнительный импульс формируют перемещением тяжелой магнитоактивной жидкости с низкой вязкостью. Формированием импульса управляют с помощью внешнего магнитного поля и изменения объема тяжелой магнитоактивной жидкости. Устройство для реализации способа содержит породоразрушающий инструмент, ударный механизм, включающий поршень с внутренней полостью, заполненной тяжелой магнитоактивной жидкостью с низкой вязкостью. Ударный механизм снабжен размещенными в его корпусе электромагнитными обмотками. Поршень выполнен полым с возможностью изменения объема его внутренней полости и поджат пружиной. Изобретение обеспечивает повышение стойкости коронок и бурового става, а также увеличение скорости бурения. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
1. Способ разрушения горных пород ударными импульсами, заключающийся в наложении на ударный импульс, возникающий от действия ударного механизма, дополнительного импульса, создаваемого перемещением тяжелой жидкости в полости поршня ударного механизма, отличающийся тем, что дополнительный импульс формируют перемещением в полости поршня тяжелой магнитоактивной жидкости с низкой вязкостью, причем формированием импульса управляют с помощью внешнего магнитного поля и изменения объема тяжелой магнитоактивной жидкости с низкой вязкостью. 2. Устройство для разрушения горных пород ударными импульсами, содержащее породоразрушающий инструмент, ударный механизм, включающий поршень с внутренней полостью, заполненной тяжелой жидкостью, отличающееся тем, что ударный механизм снабжен размещенными в его корпусе электромагнитными обмотками, а поршень выполнен полым с возможностью изменения объема его внутренней полости и поджат пружиной, причем полость поршня заполнена тяжелой магнитоактивной жидкостью с низкой вязкостью. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что полость поршня выполнена из нескольких камер переменного сечения.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к горной, горно-строительной и строительной промышленности и может быть использовано для разрушения твердых пород при бурении взрывных и геологоразведочных скважин буровыми станками. Известен способ бурения с использованием буровых станков, осуществляющих вращательно-ударное бурение, в котором применяются комбинированные долота, включающие шарошки и резцы (Катанов Б.А., Сафохин М.С. Инструмент для бурения взрывных скважин на карьерах. - М.: Недра, 1989. с. 27-29). Недостатком данного способа является ограничение области применения и использования по крепости породы, а также необходимость разработки и сложность изготовления долот нового типа. Известен способ бурения станками с электровибробурами (Иванов К.И., Латышев В. А. , Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1987, с. 179-184, 262-265), работающими на основе эффекта магнитострикции, устройство для бурения включает буровой снаряд, амортизаторы, блоки питания, переходные муфты, каналы для прохода сжатого воздуха, пружины, заключенные в корпусе. Недостатками известного способа и устройства являются значительное увеличение длины бурового снаряда, необходимость наличия кабельной секции с ртутным контактом, малые по амплитуде ударные импульсы, проходящие по буровому ставу на корпус станка, а также генерирование не оптимального по форме ударного импульса, вызывающего повышенный износ штанг и долот и наличие отраженного импульса. Известен также способ разрушения горных пород ударными импульсами (А/с 857415, МПК Е 21 В 4/06. Опубликован БИ 31, 1981 г.), при котором в промежуточном элементе ударной машины формируются последовательные во времени ударные импульсы, причем время начала каждого последующего удара смещено относительно удара предыдущего, а заканчивается воздействие ударников одновременно. Недостатком известного способа является невысокий срок службы породоразрушающего инструмента и бурового става, вызванный сложностью конструкции ударного механизма, имеющего большое число дополнительных ударников и ступенчатую форму переднего фронта ударного импульса. Также известно устройство для бурения, осуществляющее ударно-вращательное бурение, в котором применяется комбинированный породоразрушающий инструмент, включающий шарошки и долота, а также ударный механизм (погружной пневмоударник), включающий поршень с каналами (Филиппов Г.С. и др. Обоснование параметров и исследования комбинированного бурового инструмента. В сб.: "Разработка и совершенствование техники и технологии для предприятий горнорудной промышленности". Изд. Гипроникель, Л., 1991, с. 25-33). Недостатком его является ограничение по долговечности (стойкости) узла крепления шарошки в лапе долота, а также сложность изготовления и необходимость разработки долот нового типа. Известен принятый за прототип способ разрушения горных пород, осуществляемый с помощью "Устройства ударного действия для разрушения горных пород" (А/с 1153052 М., кл. Е 21 С 3/00, публ. 1985 г.). Способ заключается в том, что при разрушении горных пород на ударный импульс, возникающий от действия на породоразрушающий инструмент корпуса поршня, накладывают дополнительный импульс, создаваемый перемещением в полости поршня тяжелой жидкости. Устройство по а.с. 1153052 содержит машину ударного действия с коронкой и поршнем, внутри которого выполнена полость, частично заполненная тяжелой жидкостью (ртутью). Но этот способ и устройство имеют недостаток, заключающийся в неуправляемости дополнительного ударного импульса, что приводит к снижению скорости бурения и стойкости долота, к тому же использование ртути является вредным. Техническим результатом является устранение указанных недостатков, а именно повышение скорости бурения и стойкости долота и улучшение экологичности. Технический результат достигается тем, что в предложенном способе разрушения горных пород ударными импульсами осуществляется путем наложения на ударный импульс, возникающий от действия ударного механизма, дополнительного импульса, создаваемого перемещением тяжелой жидкости в полости поршня ударного механизма, согласно изобретению дополнительный импульс формируют перемещением в полости поршня тяжелой магнитоактивной жидкости с низкой вязкостью, причем формированием импульса управляют с помощью внешнего магнитного поля и изменения объема тяжелой магнитоактивной жидкости с низкой вязкостью. Технический результат в части устройства достигается тем, что в устройстве для разрушения горных пород ударными импульсами, содержащем породоразрушающий инструмент, ударный механизм, включающий поршень с внутренней полостью заполненной тяжелой жидкостью, согласно изобретению ударный механизм снабжен размещенными в его корпусе электромагнитными обмотками, а поршень выполнен с возможностью изменения объема его внутренней полости и поджат пружиной со стороны породоразрушающего инструмента, причем полость поршня заполнена тяжелой магнитоактивной жидкостью с низкой вязкостью. Благодаря этому ударные импульсы, возникающие от действия на породоразрушающий инструмент поршня ударного механизма и порций тяжелой магнитоактивной жидкости с низкой вязкостью, расположенных в разных камерах полости ударника, разнесены во времени и отличаются по интенсивности. Поэтому появляется возможность в зависимости от объемов камер, которые могут изменяться с помощью передвижения перегородок, и величины заполнения камер тяжелой магнитоактивной жидкостью с низкой вязкостью формировать ударные импульсы разной формы, создавать форму импульса, наиболее рациональную для заданного типа разрушаемой породы, в зависимости от типа породоразрушающего инструмента и бурового става, что позволяет повысить стойкость коронок и штанг (бурового става), а также увеличить скорость бурения. Способ и устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен прямоугольный ударный импульс, на фиг. 2 - импульс оптимальной формы с экспоненциальным передним фронтом с указанием зон его формирования, на фиг. 3 - показано устройство в разрезе; на фиг. 4 - узел "А", указанный на фиг. 3 (поршень в верхнем положении); на фиг. 5 - узел "А", указанный на фиг. 3 (поршень в нижнем положении), после нанесения удара поршнем по концевой муфте породоразрушающего инструмента. Способ предназначен для бурения крепких пород при разрушении их породоразрушающим инструментом 1. Устройство установлено на буровой колонне 2 и содержит ударный механизм (например, пневмоударник) 3 с упругим элементом, например пружиной 4 в корпусе 5, выполненный со встроенными электромагнитными обмотками 6 для генерирования электромагнитных колебаний, соединенными с силовым кабелем (не показан). Поршень 7 ударного механизма 3 выполнен полым с наполнением тяжелой магнитоактивной жидкостью с низкой вязкостью 8 (например, рабочей жидкостью типа "Полюс" с наполнением металлическими частицами, которая имеет динамический коэффициент вязкости порядка 10-3 Па
Класс E21B4/14 пневматические или гидравлические
погружной пневмоударник - патент 2509859 (20.03.2014) | |
погружной пневмоударник - патент 2502856 (27.12.2013) | |
распределитель гидравлических ударных устройств - патент 2479757 (20.04.2013) | |
устройство ударного действия для образования скважин в грунте - патент 2468173 (27.11.2012) | |
снаряд буровой с обратной циркуляцией шлама - патент 2463432 (10.10.2012) | |
погружной пневмоударник - патент 2463431 (10.10.2012) | |
гидравлическое ударное устройство - патент 2448230 (20.04.2012) | |
погружной пневмоударник - патент 2433242 (10.11.2011) | |
пневматический ударный механизм - патент 2432442 (27.10.2011) | ![]() |
узел крепления бурового устройства - патент 2386004 (10.04.2010) | ![]() |
Класс E21C37/00 Способы или устройства для отбойки породы с погрузкой или без нее