портативное пневматическое устройство для разрушения горной породы

Формула изобретения

1. Пневматическое устройство (12) для разрушения твердого материала, приспособленное для взаимодействия с взрывным патроном (84), содержащее

корпус (14) с каналом (16), образующим ствол (18), при этом ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), и вход (44) для подачи давления в ствол (18), при этом в ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23), при этом магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления,

втулку (26) пускового бойка, которая имеет первый конец (32) и второй конец (34), и канал (36) проходит через втулку и служит для размещения в нем с возможностью скольжения пускового бойка (38), при этом первый конец (32) втулки (26) пускового бойка прочно закреплен в канале (30), выполненном в нижней части (22) ствола (18), а второй конец (34) втулки (26) пускового бойка выступает наружу из канала (30), выполненного в нижней части (22) ствола (18),

пусковой боек (38) содержит наконечник (40) и удерживающую головку (42), расположенные на противоположных концах (41 и 43), при этом удерживающая головка (42) шире, чем канал (36) во втулке (26) пускового бойка, а пусковой боек (38) длиннее, чем втулка (26) пускового бойка, что позволяет наконечнику (40) выходить за пределы второго конца (34) втулки (26) пускового бойка,

поршень (24) имеет верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54), установлен с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и удерживающей головкой (42), при этом магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их частичном контакте, а вход (44) для подачи давления выполнен с возможностью передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24) для обеспечения резкого смещения поршня (24) при подаче давления через вход (44) таким образом, что поршень ударяет удерживающую головку (42).

2. Устройство (12) по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй канал (28), выполненный в верхней части (20) ствола, при этом магнит (23) размещен в крышке (70), введенной во второй канал (28) в верхней части (20) ствола (18).

3. Устройство (12) по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть (54) поршня (24) имеет форму, комплементарную форме нижней части (22) ствола (18).

4. Устройство (12) по п.1, отличающееся тем, что вход (44) для подачи давления расположен практически перпендикулярно стволу (18) и находится вблизи от магнита (23).

5. Устройство (12) по п.1, отличающееся тем, что вход (44) для подачи давления представляет собой канал, содержащий первую часть (82) с первым диаметром, вторую часть (84) со вторым диаметром, который меньше диаметра первой части (82), и внутреннюю втулку (86), при этом первая часть (82) снабжена резьбой для ее соединения с муфтой (88), снабженной внешней резьбой, вторая часть (84) содержит угловое кольцо (90) при этом шланг (94) проходит через муфту (88), кольцо (90) и внутреннюю втулку (86).

6. Устройство (12) по п.5, отличающееся тем, что шланг (94) вблизи от внутренней втулки (86) содержит внутреннюю поддерживающую трубку (92).

7. Устройство (12) по п.6, отличающееся тем, что на одном конце внутренней поддерживающей трубки (92) размещена втулка (93).

8. Устройство (12) по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит шланг (94), выполненный с возможностью передачи текучей среды между ним и входом (44) для подачи давления.

9. Устройство (12) по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит приспособления для создания давления, выполненные с возможностью передачи текучей среды между ними и входом (44) для подачи давления.

10. Устройство (12) по п.1, отличающееся тем, что ствол (18) имеет по крайней мере один выход (112) для отведения давления, расположенный вблизи от нижней части (22) ствола (18).

11. Устройство (12) по п.1, отличающееся тем, что выход (112) для отведения давления служит в качестве механизма для визуального наблюдения для определения того, правильно ли расположен пусковой боек (38) в корпусе (14), и на удерживающей головке (42) пускового бойка (38) расположен визуальный индикатор (114), при этом визуальный индикатор (114) виден через смотровое отверстие (112), когда пусковой боек (38) правильно расположен относительно взрывного патрона (84).

12. Устройство (12) по п.8, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит крепежные приспособления для предотвращения смещения устройства (12) вследствие силы тяжести.

13. Одностороннее пневматическое устройство, приспособленное для взаимодействия с взрывным патроном (84), содержащее корпус (14) с каналом (16), образующим ствол (18),

при этом ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), и вход (44) для подачи давления в ствол (18), при этом в ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23), при этом магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления,

поршень (24) имеет верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54), установлен с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и каналом (30), при этом магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их частичном контакте, а вход (44) для подачи давления выполнен с возможностью передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24),

чувствительный к удару элемент, который приводится в действие при ударе об него нижней части (54) поршня (24).

14. Пусковое устройство по п.13, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй канал (28), выполненный в верхней части (20) ствола, при этом магнит (23) размещен в крышке (70), введенной во второй канал (28) в верхней части (20) ствола (18).

15. Пусковое устройство по п.13, отличающееся тем, что нижняя часть (54) поршня (24) имеет форму, комплементарную форме нижней части (22) ствола (18).

16. Пусковое устройство по п.13, отличающееся тем, что вход (44) для подачи давления расположен практически перпендикулярно стволу (18) и находится вблизи от магнита (23).

17. Пусковое устройство по п.13, отличающееся тем, что вход (44) для подачи давления представляет собой канал, содержащий первую часть (82) с первым диаметром, вторую часть (84) со вторым диаметром, который меньше диаметра первой части (82), и внутреннюю втулку (86), при этом первая часть (82) снабжена резьбой для ее соединения с муфтой (88), снабженной внешней резьбой, вторая часть (84) содержит угловое кольцо (90), при этом шланг (94) проходит через муфту (88), кольцо (90) и внутреннюю втулку (86).

18. Пусковое устройство по п.13, отличающееся тем, что ствол (18) имеет по крайней мере один выход (112) для отведения давления, расположенный вблизи от нижней части (22) ствола (18).

19. Набор (110) для разрушения твердого материала, содержащий пневматическое устройство (12), шланг (94), насос для нагнетания давления в шланг (94) и упаковку (120) патронов (84) с детонаторами (102),

при этом устройство (12) содержит корпус (14) с каналом (16), образующим ствол (18), при этом ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), и вход (44) для подачи давления в ствол (18), при этом в ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23), при этом магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления, втулку (26) пускового бойка, которая имеет первый конец (32) и второй конец (34), и канал (36) проходит через втулку и служит для размещения в нем с возможностью скольжения пускового бойка (38), при этом первый конец (32) втулки (26) пускового бойка прочно закреплен в канале (30), выполненном в нижней части (22) ствола (18), а второй конец (34) втулки (26) пускового бойка выступает наружу из канала (30), выполненного в нижней части (22) ствола (18), пусковой боек (38) содержит наконечник (40) и удерживающую головку (42), расположенные на противоположных концах (41 и 43), при этом удерживающая головка (42) шире, чем канал (36) во втулке (26) пускового бойка, а пусковой боек (38) длиннее, чем втулка (26) пускового бойка, что позволяет наконечнику (40) выходить за пределы второго конца (34) втулки (26) пускового бойка, поршень (24) имеет верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54), установлен с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и удерживающей головкой (42), при этом магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их контакте, а вход (44) для подачи давления выполнен с возможностью передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24), при этом наконечник (40) пускового бойка выполнен с возможностью контакта с детонатором (102) патрона (84).

20. Набор по п.19, отличающийся тем, что он дополнительно содержит воздухонагнетатель (112) для скважины, выполненный в виде резиновой груши, два конических пробойных штыря (118) и щетку (122) для очистки буровой скважины.

21. Способ разрушения твердого материала, в котором выполняют следующие стадии:

а) применяют устройство (12) для разрушения твердого материала, при этом устройство (12) содержит корпус (14) с каналом (16), образующим ствол (18), при этом ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), и вход (44) для подачи давления в ствол (18), при этом в ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23), при этом магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления,

втулку (26) пускового бойка, которая имеет первый конец (32) и второй конец (34), и канал (36) проходит через втулку и служит для размещения в нем с возможностью скольжения пускового бойка (38), при этом первый конец (32) втулки (26) пускового бойка прочно закреплен в канале (30), выполненном в нижней части (22) ствола (18), а второй конец (34) втулки (26) пускового бойка выступает наружу из канала (30), выполненного в нижней части (22) ствола (18),

пусковой боек (38) содержит наконечник (40) и удерживающую головку (42), расположенные на противоположных концах (41 и 43), при этом удерживающая головка (42) шире, чем канал (36) во втулке (26) пускового бойка, а пусковой боек (38) длиннее, чем втулка (26) пускового бойка, что позволяет наконечнику (40) выходить за пределы второго конца (34) втулки (26) пускового бойка,

поршень (24) имеет верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54), установлен с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и удерживающей головкой (42), при этом магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их контакте, а вход (44) для подачи давления выполнен с возможностью передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24),

б) применяют шланг (94), выполненный с возможностью передачи текучей среды между ним, насосом (Р) и входом (44) для подачи давления,

в) применяют патрон (84) с выполненным в форме трубки корпусом (96), с одного конца которого находится закрытое днище (100), а на противоположном конце расположен детонатор (102), между днищем (100) и детонатором (102) помещено взрывчатое вещество (98),

г) в твердом материале (R) бурят буровую скважину (В), при этом буровая скважина (В) такова, что вмещает в себя всю длину втулки (26) пускового бойка, которая проходит от канала (30) в нижней части (22) ствола (18),

д) буровую скважину (В) очищают,

е) устройство (12) встряхивают, чтобы удостовериться в том, что движение пускового бойка (38) происходит свободно,

ж) патрон (84) помещают в буровую скважину (В) таким образом, что, когда втулка (26) пускового бойка помещена в буровую скважину (В), детонатор (102) входит в контакт с наконечником (40) пускового бойка (38),

з) втулку (26) пускового бойка помещают в буровую скважину (В) так, что наконечник (40) пускового бойка (38) соприкасается с детонатором (102) патрона (84),

и) шланг (94) растягивают на его полную длину,

к) в шланг (94) нагнетают давление для осуществления взрыва патрона (84).

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что в нем дополнительно проверяют, правильно ли расположен пусковой боек (38) относительно ударной головки (50) и детонатора (102) взрывного патрона (84), при этом устройство (12) дополнительно содержит смотровой механизм для визуального определения того, правильно ли расположен пусковой боек (38).

23. Способ по п.21, отличающийся тем, что в нем дополнительно закрепляют устройство (12) в буровой скважине (В).

24. Способ по п.21, отличающийся тем, что применяют коллектор (95 или 95'), при этом по крайней мере одно из устройств (12) выполнено с возможностью передачи текучей среды между ним, коллектором (95 или 95') и насосом (Р).

Описание изобретения к патенту

В данной заявке заявлен приоритет по предварительной заявке США № 60/594,037, озаглавленной «Портативное пневматическое устройство для разрушения горной породы» («HANDHELD PNEUMATIC TOOL FOR BREAKING UP ROCK»), дата подачи 7 марта 2005, содержание которой включено во всей полноте в качестве ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для разрушения горной породы используют многочисленные устройства. Большинство таких устройств являются весьма крупногабаритными, и их используют в горной промышленности, каменоломнях и карьерных разработках. Такие устройства и способы обычно предназначены для крупномасштабных работ, в ходе которых производят сильные взрывы и которые приводят к разрушению или формированию больших участков разрушенной горной породы. Существует несколько устройств для выполнения специализированных работ по разрушению небольшого масштаба, однако такие устройства являются более крупногабаритными, чем представленное в данном изобретении устройство, при их применении получают взрывы гораздо большей силы, и они являются более дорогостоящими.

Например, в патенте США № 5789694 представлены устройство и способ разрушения горной породы. Устройство, раскрытое в патенте США № 5789694, содержит ствол, тело казенника, в который помещают газоразрядный патрон, наполненный газообразующим веществом, и портативный взрывательный механизм (боек взрывателя) для взрыва патрона. В способе бурят скважину в горной породе, наполняют эту скважину водой, пропускают ствол вниз в скважину и взрывают патрон. Применяемый патрон выполнен подобным патрону дробовика и содержит ударный капсюль-детонатор кольцевого воспламенения, на который воздействует боек взрывателя. В рабочем режиме ствол помещают в наполненную водой скважину, в то время как патрон, закрепленный сверху ствола на противоположной стороне от дна скважины, взрывают посредством бойка взрывателя, в результате чего создается быстрое расширение газа в воду с образованием в воде ударной волны и разрушением горной породы. Устройство дополнительно содержит защитный экран.

Взрывной газовый патрон, раскрытый в патенте США № 5789694, расположен в середине устройства сверху ствола. Ствол, описанный в патенте США № 5789694, используют в качестве трубы для направления силы, возникающей в результате взрыва газовой камеры, к основанию буровой скважины. Для устройства, описанного в патенте США № 5789694, требуется защитный экран, что, таким образом, свидетельствует об огромной выделяемой энергии. Для применения в условиях, при которых не нужно производить мощные взрывы, требуется более компактное устройство, обладающее меньшей взрывной силой.

Множество сходных устройств позволяют осуществлять способы, в которых для облегчения и распространения разрушения горной породы бурят скважины, и в рассматриваемых способах используют быстрое увеличение давления на дно скважины, производимое либо посредством взрывов, либо посредством резкого увеличения давления жидкости. Многие из таких изобретений предназначены для разработки горных пород и рытья туннелей и включают в себя различные устройства, оборудованные стрелой. Все эти устройства для раскалывания на части горной породы или иного твердого материала используют газ, способный расширяться и производить ударное воздействие. Такие устройства являются весьма крупногабаритными, и их использование приводит к значительным взрывам/расширениям газа, и, иными словами, они не предназначены для целей, указанных в данном изобретении. Большинство изобретений в данной области относится к крупногабаритным устройствам, смонтированным на мачтах стрел.

Широко известны способы разрушения горной породы, в которых совмещено взрывное (или быстрое расширение газа) и механическое ударное разрушение, используемые для разработки горной породы и рытья туннелей. Описание патента США № 5803550 раскрывает способ разрушения горной породы, при котором применяют технологию малозарядного взрыва с последующим использованием механической ударной дробилки. При применении технологии малозарядного взрыва выброс газа происходит в основание герметизированной скважины. Давление газа в скважине быстро повышается до тех пор, пока оно не приведет к разрушению (разламыванию на куски) твердого материала, после чего для завершения разрушения горной породы и удаления разрушенного материала применяют ударную дробилку. Устройство, раскрытое в патенте США № 5803550, содержит крупногабаритное подвижное шасси, содержащее агрегат со стрелой и механической ударной дробилкой, и присоединенное к нему малозарядное взрывное устройство. Желательным является использование технологии взрыва с применением очень небольшого заряда, эффективной без использования ударной дробилки для увеличения разрушения горной породы, вызванного взрывом заряда. Аналогично, в патенте США № 5308149 описан способ контролируемого разрушения, сопровождаемого оказанием давления на дно буровой скважины таким образом, чтобы вызвать контролируемое разрушение и обеспечить его распространение. В способе, описанном в патенте США № 5308149, используют крупногабаритное устройство.

Описание патента США № 6145933 раскрывает способ удаления твердой породы посредством сочетания применения ударных молотов и малозарядного взрыва. В способе, описанном в патенте США № 6145933, применяют технологию малозарядного взрыва с последующим использованием механической ударной дробилки. При использовании технологии малозарядного взрыва, описанной в патенте США № 6145933, выброс газа происходит в основание герметизированной скважины, расположенной в свободной поверхности горной породы. Давление газа в скважине быстро повышается до тех пор, пока не вызовет разрушение горной породы. Для того чтобы вызвать глубинные разрушения, может быть использована взрывная смесь. Затем для завершения разрушения и удаления материала используют ударную дробилку. Устройства, описанные в патенте США № 6145933, являются крупногабаритными, и их удерживают посредством мачты со стрелой.

Из уровня техники известно применение герметизации или блокирования буровой скважины для того, чтобы увеличить давление в основании скважины без использования дополнительного ударного оборудования. Патент США № 6148730 содержит описание способа и устройства для осуществления контролируемого малозарядного взрыва, оказывающего давление на дно буровой скважины. В способе по изобретению бурят скважину в горной породе, помещают в нее патрон, содержащий взрывное устройство, закрепляют патрон в скважине при помощи массивной забоечной штанги и детонируют взрывчатое вещество, что приводит к разрушению горной породы. Аналогично, описание патента США № 6035784 раскрывает способ и устройство для контролируемого малозарядного взрыва твердой горной породы посредством оказания взрывного давления на дно буровой скважины с использованием патрона, содержащего заряд взрывчатого вещества, помещенного в основание буровой скважины, причем патрон удерживается на месте при помощи массивной забоечной штанги. Забоечная штанга также служит для частичного блокирования скважины, что увеличивает оказываемое давление.

Патент США № 5765923 содержит описание патрона для образования газов высокого давления в пробуренной скважине. Патрон содержит основание, корпус, взрывчатое вещество и устройство герметизации поверхности патрона с поверхностью скважины в породе. При воспламенении взрывчатого вещества давление газа в скважине быстро повышается благодаря устройству герметизации. Давление газа служит причиной образования в породе проникающего конуса разрушения. Патрон помещают в скважину посредством стрелы крупногабаритного оборудования. При работе устройства патрон сначала помещают в камеру сгорания, в скважину помещают газонагнетающий ствол. При приведении в действие бойка взрывателя он воздействует на детонатор, который в свою очередь воспламеняет топливо. При воспламенении взрывчатого вещества внутри патрона создается давление. При определенном давлении, выраженном в Пси (psi) (фунт на квадратный дюйм), корпус патрона разрушается, выпуская образовавшийся газ в камеру сгорания и ствол.

Множество сходных устройств и способов содержат приспособления, которые помещают взрывчатые вещества в скважину, используя стрелу, причем взрыв взрывчатых веществ затем проводят дистанционно (из удаленного места). Кроме того, мачта со стрелой может дополнительно служить для частичной герметизации скважины. Патент США № 3721471 содержит описание бурильно-взрывного модуля, который для установки его в скважину для последующего взрыва расположен на конце стрелы. Описание патента США № 5098163 раскрывает способ контролируемого разрушения твердой плотной (слежавшейся) породы, в котором применяют устройство со стрелой, которое помещает взрывчатое вещество или заряд в предварительно пробуренную скважину. В устройстве, описанном в патенте США № 5098163, для размещения взрывчатых веществ в скважине может быть использован ствол, затем скважину можно герметично закрыть для осуществления контролируемого взрыва.

Кроме того, хорошо известно применение устройств и способов разрушения горной породы, при которых увеличение давления жидкости происходит иным образом, без использования взрывчатых веществ или быстрого расширения газа. Патент США № 4669783 содержит описание способа и устройства для дробления горной породы с использованием безвзрывного гидравлического импульса, направленного в скважину и приводящего к образованию ударных волн высокого давления, которые разрушают горную породу. Патент США № 6375271 содержит описание управляемой системы впрыска пены для дробления твердой плотной породы посредством подачи в буровую скважину пены, создающей высокое давление, с помощью ствола, который герметизирует скважину и помещен на конце стрелы, прикрепленной к тяжелому оборудованию.

Также хорошо известны альтернативные и смешанные технологии проведения взрыва. Патент США № 2058099 содержит описание взрывного патрона, который помещают в буровую скважину. На патрон через трубу воздействует высокое гидравлическое давление, приводящее к стремительному взрывному высвобождению вещества, увеличивающего давление. Описание патента США № 5803551 раскрывает способ, устройство и патрон, который располагают на платформе со стрелой, для дробления горной породы без использования взрыва. В способе, описанном в патенте США № 5803551, сначала бурят скважину в горной породе, затем устанавливают зарядную систему, содержащую патрон с взрывчатым веществом, при этом патрон содержит взрывчатое вещество и средство для его воспламенения, и проталкивают топливный патрон в скважину через зарядную систему для того, чтобы воспламенить топливо.

Патент США № 6318272 содержит описание способа разрушения горной породы, в котором бурят скважины в горной породе при помощи бурильной машины, содержащей шарнирную стрелу и бурильное устройство, расположенное на конце этой стрелы. После извлечения из скважины бурильного устройства в нее помещают заряд, разрушающий горную породу, причем заряд состоит из взрывчатого вещества, головки воспламенения и уплотнительного материала, помещенного в оболочку. Уплотнительный материал погружают в скважину, где он распределяется вокруг и снизу взрывчатого вещества. Движущий механизм удаляют, и взрывчатое вещество воспламеняют дистанционно с помощью электрического заряда или другим подобным способом.

Патент США № 4508035 содержит описание устройства для бурения горной породы и загрузки взрывчатого вещества, которое последовательно загружает определенное количество взрывчатых веществ в скважины, пробуренные в поверхности горной породы, и которое содержит трубу, по которой подают взрывчатое вещество, устройство со стрелой, удерживающее эту трубу, механизмы привода стрелы и цепь управления. Патент США № 5611605 содержит описание способа, устройства и патрона для дробления горной породы без использования взрыва, при этом в способе бурят скважину в горной породе и помещают патрон с взрывчатым веществом в загрузочную емкость со средством для воспламенения взрывчатого вещества и продвигают патрон со взрывчатым веществом в скважину через загрузочный рукав для того, чтобы воспламенить взрывчатое вещество. Устройство и патрон, описанные в патенте США № 5611605, помещают в скважину, используя устройство со стрелой.

Для разрушения горной породы известно использование жидкостей или газов, находящихся в скважине под давлением. Патент США № 6339992 содержит описание малозарядного взрывного устройства, содержащего приспособления для герметизации в скважинах жидкостей или газов, находящихся под давлением. Согласно изобретению, в емкости ствола, помещаемого в скважину, выполненную в материале, который нужно разрушить, создают разгрузочный объем для рабочей жидкости, находящейся под давлением. Устройство герметично закрывает жидкость в скважине, в то время как газогенератор создает повышенное давление. Необходимость в отдельном устройстве для герметизации жидкостей, находящихся под давлением в скважине, приводит к затруднениям, особенно при проведении аварийно-спасательных работ, при которых предпочтительным является наличие небольшого количества оборудования, что особенно важно учитывать при использовании тех устройств и способов, в которых задействовано громоздкое оборудование.

Для усовершенствования процесса разрушения горной породы и других твердых поверхностей было разработано большое количество различных способов и устройств. Патент США № 5573307 содержит описание способа и устройства для взрыва твердой породы с использованием крайне нечувствительных активных материалов, воспламеняемых с помощью электрического разряда относительно большой мощности, что приводит к дроблению и разрушению твердой породы. Взрывное устройство, описанное в патенте США № 5573307, содержит многоразовый взрывной зонд, который содержит электрод высокого напряжения и заземленный электрод, разделенные с помощью изоляционной трубки. Два электрода, входящие в состав взрывного зонда, находятся в электрическом контакте с металлическим порошком и окислительной композицией, при пропускании тока происходит экзотермическая реакция, что приводит к расширению газа и разрушению горной породы.

Патент США № 2587243 содержит описание режущего устройства, которое создает высокоскоростную проникающую газообразную струю, используемую для резки материалов или объектов с использованием химического заряда. Перед использованием устройства, описанного в патенте США № 2587243, скважину не бурят. Патент США № 3208381 содержит описание устройства для заполнения буровых скважин взрывчатыми веществами, помещенными в упаковки цилиндрической формы или в форме бруска, причем устройство представляет собой рукав в целом цилиндрической формы, изготовленный из упругого материала, в который помещают один из концов упаковки с взрывчатым веществом.

Из уровня техники известны различные варианты выполнения патронов. Для выполнения или контроля взрыва в пробуренной/буровой скважине разработаны взрывные патроны, или пробки, выполненные в форме конуса. Патент США № 5705768 содержит описание кумулятивного заряда, предназначенного для размещения в буровой скважине, который состоит из корпуса удлиненной формы, содержащего вогнутое углубление в верхней части, взрывчатого вещества, размещенного внутри корпуса ниже углубления, и детонатора, расположенного ниже взрывчатого вещества и углубления.

Аналогично, патент США № 2296504 содержит описание подрывной пробки, предназначенной для осуществления контроля над мощностью взрыва вследствие детонации динамита и предотвращения неконтролируемого взрыва и пожара. В способе применения устройства, описанного в патенте США № 2296504, устройство помещают в буровую скважину и взрывают его дистанционно. Патент США № 5900578 содержит описание способа разрушения плит, в котором вдоль желаемой линии разрушения бурят скважины, помещают в скважины детонационный шнур, заполняют скважины ударной ускоряющей/замедляющей композицией и производят взрыв при помощи детонационного шнура.

Патент США № 1585664 содержит описание способа и устройства для разрушения горной породы с использованием снарядов (подобных пулям) и средств принудительного выталкивания, прикрепленных к стреле. Снаряд взрывают на поверхности горной породы. В изобретении, описанном в патенте США № 1585664, показано, что использование взрывчатых снарядов, подобных пулям, известно из уровня техники. Патент США № 5069130 содержит описание воспламенителя топлива. Патент США № 4900092 содержит описание ствола устройства для разрушения горной породы и способа разрушения горной породы, в котором бурят скважину в горной породе, заполняют скважину водой, помещают короткий ствол устройства для разрушения горной породы в скважину, накрывают устройство слоем, уменьшающим отдачу, и выстреливают патрон из ствола.

Следует заметить, что ни одно из вышеупомянутых изобретений или патентов, рассматриваемых как по отдельности, так и в комбинации, не описывает данное изобретение так, как оно заявлено в приведенной ниже формуле. В частности, указанные устройства не обладают характеристиками простоты выполнения и портативности, требуемыми для проведения мелкомасштабного разрушения горной породы и, особенно, разрушения, при котором не должны происходить взрывы значительной силы.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к устройству, предназначенному для мелкомасштабного дробления и разрушения твердых материалов, включая, но не ограничиваясь только этим, горную породу и каменную кладку. В частности, данное изобретение относится к дистанционному пневматическому взрывному устройству, которое применяют при разделении частей горной породы или другого твердого материала. Используемый далее по тексту термин «горная порода» обозначает любой подходящий твердый материал, например бетон. Кроме того, данное изобретение представляет собой набор, содержащий устройство для разрушения горной породы, и способ применения этого устройства и набора для разрушения горной породы посредством выполнения небольшого взрыва в основании скважины, пробуренной в горной породе. Этот тип пробуренной скважины часто называют буровой скважиной. Набор содержит устройство, воздухонагнетатель для скважины, выполненный в виде резиновой груши, шланг, насос, два конических пробойных штыря и инструкцию. Кроме того, набор может содержать щетку для очистки буровой скважины.

Пневматическое устройство (12) для разрушения твердого материала по данному изобретению содержит корпус (14) с каналом (16), образующим ствол (18), при этом ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), и вход (44) для подачи давления в ствол (18), при этом в ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23), при этом магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления,

втулку (26) пускового бойка, которая имеет первый конец (32) и второй конец (34), и канал (36) проходит через втулку и служит для размещения в нем с возможностью скольжения пускового бойка (38), при этом первый конец (32) втулки (26) пускового бойка прочно закреплен в канале (30), выполненном в нижней части (22) ствола (18), а второй конец (34) втулки (26) пускового бойка выступает наружу из канала (30), выполненного в нижней части (22) ствола (18),

пусковой боек (38), содержащий наконечник (40) и удерживающую головку (42), расположенные на противоположных концах (41 и 43), при этом удерживающая головка (42) шире, чем канал (36) во втулке (26) пускового бойка, а пусковой боек (38) длиннее, чем втулка (26) пускового бойка, что позволяет наконечнику (40) выходить за пределы второго конца (34) втулки (26) пускового бойка,

поршень (24), имеющий верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54), установленный с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и удерживающей головкой (42), при этом магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их частичном контакте, а вход (44) для подачи давления выполнен с возможностью передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24) для обеспечения резкого смещения поршня (24) при подаче давления через вход (44) таким образом, что поршень ударяет удерживающую головку (42),

и приспособлено для взаимодействия с взрывным патроном (84).

В альтернативном варианте выполнения устройство (12) дополнительно содержит второй канал (28), выполненный в верхней части (20) ствола, при этом магнит (23) размещен в крышке (70), введенной во второй канал (28) в верхней части (20) ствола (18).

В альтернативном варианте выполнения в устройстве (12) нижняя часть (54) поршня (24) имеет форму, комплементарную форме нижней части (22) ствола (18).

В альтернативном варианте выполнения в устройстве (12) вход (44) для подачи давления расположен практически перпендикулярно стволу (18) и находится вблизи от магнита (23).

В альтернативном варианте выполнения в устройстве (12) вход (44) для подачи давления представляет собой канал, содержащий первую часть (82) с первым диаметром, вторую часть (84) со вторым диаметром, который меньше диаметра первой части (82), и внутреннюю втулку (86), при этом первая часть (82) снабжена резьбой для ее соединения с муфтой (88), снабженной внешней резьбой, вторая часть (84) содержит угловое кольцо (90), при этом шланг (94) проходит через муфту (88), кольцо (90) и внутреннюю втулку (86).

В альтернативном варианте выполнения в устройстве (12) шланг (94) вблизи от внутренней втулки (86) содержит внутреннюю поддерживающую трубку (92).

В альтернативном варианте выполнения в устройстве (12) на одном конце внутренней поддерживающей трубки (92) размещена втулка (93).

В альтернативном варианте выполнения устройство (12) дополнительно содержит шланг (94), выполненный с возможностью передачи текучей среды между ним и входом (44) для подачи давления.

В альтернативном варианте выполнения устройство (12) дополнительно содержит приспособления для создания давления, выполненные с возможностью передачи текучей среды между ними и входом (44) для подачи давления.

В альтернативном варианте выполнения в устройстве (12) ствол (18) имеет, по крайней мере, один выход (112) для отведения давления, расположенный вблизи от нижней части (22) ствола (18).

В альтернативном варианте выполнения в устройстве (12) выход (112) для отведения давления служит в качестве механизма для визуального наблюдения для определения того, правильно ли расположен пусковой боек (38) в корпусе (14), и на удерживающей головке (42) пускового бойка (38) расположен визуальный индикатор(114), при этом визуальный индикатор (114) виден через смотровое отверстие (112), когда пусковой боек (38) правильно расположен относительно взрывного патрона (84).

В альтернативном варианте выполнения устройство (12) дополнительно содержит крепежные приспособления для предотвращения смещения устройства (12) вследствие силы тяжести.

Одностороннее пневматическое пусковое устройство по данному изобретению содержит корпус (14) с каналом (16), образующим ствол (18),

при этом ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), и вход (44) для подачи давления в ствол (18), при этом в ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23), при этом магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления,

поршень (24), имеющий верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54), установленный с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и каналом (30), при этом магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их частичном контакте, а вход (44) для подачи давления выполнен с возможностью передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24),

чувствительный к удару элемент, который приводится в действие при ударе о него нижней части (54) поршня (24),

и приспособлено для взаимодействия с взрывным патроном (84).

В альтернативном варианте выполнения пусковое устройство дополнительно содержит второй канал (28), выполненный в верхней части (20) ствола, при этом магнит (23) размещен в крышке (70), введенной во второй канал (28) в верхней части (20) ствола (18).

В альтернативном варианте выполнения в пусковом устройстве нижняя часть (54) поршня (24) имеет форму, комплементарную форме нижней части (22) ствола (18).

В альтернативном варианте выполнения в пусковом устройстве вход (44) для подачи давления расположен практически перпендикулярно стволу (18) и находится вблизи от магнита (23).

В альтернативном варианте выполнения в пусковом устройстве вход (44) для подачи давления представляет собой канал, содержащий первую часть (82) с первым диаметром, вторую часть (84) со вторым диаметром, который меньше диаметра первой части (82), и внутреннюю втулку (86), при этом первая часть (82) снабжена резьбой для ее соединения с муфтой (88), снабженной внешней резьбой, вторая часть (84) содержит угловое кольцо (90), при этом шланг (94) проходит через муфту (88), кольцо (90) и внутреннюю втулку (86).

В альтернативном варианте выполнения в пусковом устройстве ствол (18) имеет, по крайней мере, один выход (112) для отведения давления, расположенный вблизи от нижней части (22) ствола (18).

Набор (110) для разрушения твердого материала по данному изобретению содержит пневматическое устройство (12), шланг (94), насос для нагнетания давления в шланг (94) и упаковку (120) патронов (84) с детонаторами (102),

при этом устройство (12) содержит корпус (14) с каналом (16), образующим ствол (18), при этом ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), и вход (44) для подачи давления в ствол (18), при этом в ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23), при этом магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления, втулку (26) пускового бойка, которая имеет первый конец (32) и второй конец (34), и канал (36) проходит через втулку и служит для размещения в нем с возможностью скольжения пускового бойка (38), при этом первый конец (32) втулки (26) пускового бойка прочно закреплен в канале (30), выполненном в нижней части (22) ствола (18), а второй конец (34) втулки (26) пускового бойка выступает наружу из канала (30), выполненного в нижней части (22) ствола (18), пусковой боек (38), содержащий наконечник (40) и удерживающую головку (42), расположенные на противоположных концах (41 и 43), при этом удерживающая головка (42) шире, чем канал (36) во втулке (26) пускового бойка, а пусковой боек (38) длиннее, чем втулка (26) пускового бойка, что позволяет наконечнику (40) выходить за пределы второго конца (34) втулки (26) пускового бойка, поршень (24), имеющий верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54), установленный с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и удерживающей головкой (42), при этом магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их контакте, а вход (44) для подачи давления выполнен с возможностью передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24),

при этом наконечник (40) пускового бойка выполнен с возможностью контакта с детонатором (102) патрона (84).

В альтернативном варианте выполнения набор дополнительно содержит воздухонагнетатель (112) для скважины, выполненный в виде резиновой груши, два конических пробойных штыря (118), щетку (122) для очистки буровой скважины и насос (Р) для нагнетания давления в шланг (94).

В способе разрушения твердого материала по данному изобретению выполняют следующие стадии:

а) применяют устройство (12) для разрушения твердого материала, при этом устройство (12) содержит корпус (14) с каналом (16), образующим ствол (18), при этом ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), и вход (44) для подачи давления в ствол (18), при этом в ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23), при этом магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления,

втулку (26) пускового бойка, которая имеет первый конец (32) и второй конец (34), и канал (36) проходит через втулку и служит для размещения в нем с возможностью скольжения пускового бойка (38), при этом первый конец (32) втулки (26) пускового бойка прочно закреплен в канале (30), выполненном в нижней части (22) ствола (18), а второй конец (34) втулки (26) пускового бойка выступает наружу из канала (30), выполненного в нижней части (22) ствола (18),

пусковой боек (38), содержащий наконечник (40) и удерживающую головку (42), расположенные на противоположных концах (41 и 43), при этом удерживающая головка (42) шире, чем канал (36) во втулке (26) пускового бойка, а пусковой боек (38) длиннее, чем втулка (26) пускового бойка, что позволяет наконечнику (40) выходить за пределы второго конца (34) втулки (26) пускового бойка,

поршень (24), имеющий верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54), установленный с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и удерживающей головкой (42), при этом магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их контакте, а вход (44) для подачи давления выполнен с возможностью передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24),

б) применяют шланг (94), выполненный с возможностью передачи текучей среды между ним, насосом (Р) и входом (44) для подачи давления,

в) применяют патрон (84) с выполненным в форме трубки корпусом (96), с одного конца которого находится закрытое днище (100), а на противоположном конце расположен детонатор (102), между днищем (100) и детонатором (102) помещено взрывчатое вещество (98),

г) в твердом материале (R) бурят буровую скважину (В), при этом буровая скважина (В) такова, что вмещает в себя всю длину втулки (26) пускового бойка, которая проходит от канала (30) в нижней части (22) ствола (18),

д) буровую скважину (В) очищают,

е) устройство (12) встряхивают, чтобы удостовериться в том, что движение пускового бойка (38) происходит свободно,

ж) патрон (84) помещают в буровую скважину (В) таким образом, что когда втулка (26) пускового бойка помещена в буровую скважину (В), детонатор (102) входит в контакт с наконечником (40) пускового бойка (38),

з) втулку (26) пускового бойка помещают в буровую скважину (В) так, что наконечник (40) пускового бойка (38) соприкасается с детонатором (102) патрона (84),

и) шланг (94) растягивают на его полную длину,

к) в шланг (94) нагнетают давление для осуществления взрыва патрона (84).

В альтернативном варианте выполнения в способе дополнительно проверяют, правильно ли расположен пусковой боек (38) относительно ударной головки (50) и детонатора (102) взрывного патрона (84), при этом устройство (12) дополнительно содержит смотровой механизм для визуального определения того, правильно ли расположен пусковой боек (38).

В альтернативном варианте выполнения в способе дополнительно закрепляют устройство (12) в буровой скважине (В).

В альтернативном варианте выполнения в способе применяют коллектор (95 или 95'), при этом, по крайней мере, одно из устройств (12) выполнено с возможностью передачи текучей среды между ним, коллектором (95 или 95') и насосом (Р).

Устройство (12) для разрушения твердого материала по данному изобретению содержит корпус (14) с каналом (16), образующим ствол (18). Ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части и проходящий в корпусе (14), вход (44) для подачи давления, выполненный с возможностью передачи между ним и стволом (18) текучей среды. В ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) расположен магнит (23). Магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления, что позволяет накачивать воздух в ствол (18) в область за магнитом (23). Во взведенном устройстве поршень (24) находится в контакте с магнитом (23). Втулка (26) пускового бойка помещена в канале (30) в нижней части (22) ствола (18), и пусковой боек (38) входит в нее с возможностью скольжения. Второй канал (28) может быть выполнен в верхней части ствола (18) для размещения магнита (23), поршня (24), втулки (26) пускового бойка и пускового бойка (38).

Набор (110) содержит устройство (12), шланг (94), упаковку (120) патронов (84), воздухонагнетатель (112) для скважины, выполненный в виде резиновой груши, два конических пробойных штыря (118), щетку (122) для очистки буровой скважины, инструкцию (124) и устройство (Р) для нагнетания давления в шланг, выбранное из группы, состоящей из насоса, велосипедного насоса, баллона с СО₂, и так далее. Также представлен способ применения устройства (12). Посредством присоединения их к коллектору (95 или 95') одновременно могут быть приведены в действие (детонированы) несколько устройств (12).

Данное изобретение предназначено для широкого круга потенциальных пользователей, в том числе оно может быть использовано при проведении работ, выполняемых землекопами, подрядчиками-взрывателями, фермерами, геологами, строителями парков отдыха, подрядчиками по выполнению работ по сносу и разборке зданий и сооружений, рудоискателями, добывающими полезные ископаемые, работниками дорожных управлений, проектировщиками ландшафтов, разработчиками карьеров, а также оно может быть использовано тактическим персоналом, в том числе полицией и вооруженными силами, спасательными командами в случае обвала сооружений, проведения спасательных работ в пещерах, и поисково-разведочными группами. Представленные устройства также могут быть предложены в центрах проката оборудования.

Одним из аспектов данного изобретения является то, что для данного устройства и способа используют буровые скважины очень небольшого диаметра, обычно примерно 0.375 дюйма или меньше, которые могут быть выполнены с применением меньших усилий и при помощи оборудования потребительского (не профессионального) уровня, которое легче приобрести. Осуществление других способов разрушения твердого материала требует бурения относительно больших скважин, в общем случае диаметром один дюйм или больше. Кроме того, осуществление других способов требует напряженного и, зачастую, опасного ручного труда. Буровое оборудование, применяемое для выполнения известных способов, является дорогостоящим и обычно требует высокого уровня подготовки для его эксплуатации.

Другим аспектом данного изобретения является то, что устройство и способ позволяют получить сравнительно малую мощность на выходе. Малая мощность на выходе позволяет операторам использовать данное устройство и способ в среде, которая является чувствительной в отношении применения способов и устройств более высокой мощности.

Еще одним аспектом данного изобретения является портативность устройства. Так как габариты устройства являются довольно небольшими, его можно транспортировать почти везде. Примером преимущества малогабаритности устройства является потенциальная возможность его использования глубоко под землей для открытия прохода в пещерах при проведении спасательной операции или исследований. Устройство легко помещается в чемоданчике, содержащем все необходимое для его работы.

Следующим аспектом, обусловленным небольшими габаритами и относительной простотой устройства, является низкая стоимость его приобретения и эксплуатации. Учитывая отсутствие необходимости в применении крупногабаритных бурильных установок, это позволит значительно более широкому кругу потребителей с гораздо меньшими усилиями, чем раньше, успешно и экономично решать проблемы, возникающие в связи с разрушением материалов.

Так как способы применения устройства такого типа обычно не регулируются положениями о взрывных работах и в большинстве случаев на их применение не требуется лицензии, устройство экономит деньги потребителей, устраняя денежные и временные затраты на наем специализированного высококвалифицированного персонала, действующего на основании лицензии. Устройство также устраняет риски возникновения побочного разрушения расположенной рядом собственности, которые всегда нужно принимать во внимание при использовании взрывчатых веществ. На данный момент многие муниципалитеты накладывают категорические запреты на использование взрывчатых веществ большой мощности в пределах их юрисдикции, что вынуждает подрядчиков использовать гидравлические отбойные молотки, установленные на гусеничных погрузчиках, пневматические отбойные молотки, или применять дорогое и медленнодействующее гидравлическое цементирование для разрушения материалов. Применение этих способов может надолго задержать реализацию проектов при возникновении неожиданных препятствий и может стоить во много раз дороже, чем использование данного изобретения.

Еще один аспект данного изобретения заключается в том, что, посредством присоединения к коллектору, можно одновременно использовать (детонировать) несколько устройств. Данный аспект изобретения может облегчить выполнение точного взрыва там, где требуется получить разломы в точно определенном месте. Такое применение может иметь преимущества при разрушении горной породы при спасательных операциях, в пещерах, при прокладывании путей и так далее, и, особенно, там, где оборудование требуется переносить вручную.

Эти и другие аспекты данного изобретения станут очевидными при дальнейшем анализе приведенного ниже описания и чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Новые признаки описываемых вариантов выполнения изобретения отражены в формуле изобретения; однако варианты выполнения изобретения, касающиеся конструкции и способа выполнения данного изобретения, могут быть лучше всего раскрыты при помощи нижеследующего описания со ссылками на сопровождающие чертежи.

На Фиг.1 показан вид сбоку в разрезе устройства по данному изобретению, закрепленного в изображенной в разрезе буровой скважине, выполненной в горной породе (R), причем показано расположение устройства (12) с пусковым бойком (38) в контакте с патроном (84) в буровой скважине.

На Фиг.2 представлен вид сбоку в разрезе устройства (12), показанного на Фиг.1, в разряженном состоянии.

На Фиг.3 показан вид сбоку в разрезе патрона (84).

На Фиг.4 представлено покомпонентное изображение в разрезе устройства (12) по данному изобретению.

На Фиг.5a-5d показаны изображения соединения шланга (94) и устройства (12), которые по желанию могут быть использованы для обеспечения возможности передачи текучей среды между шлангом (94) и стволом (18) в соответствии с данным изобретением.

На Фиг.6 представлен вид сбоку коллектора (95), который может быть применен в данном изобретении.

На Фиг.7 показано изображение альтернативного варианта коллектора (95'), который может быть использован в данном изобретении.

На Фиг.8 представлен коллектор (95), который применяют для разрушения горной породы (R) в нескольких местах.

На Фиг.9 показан вид сверху набора (110), содержащего устройство (12) по данному изобретению.

Позиции на чертежах, имеющие одинаковые номера, обозначают соответствующие детали на всех представленных чертежах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение относится к портативному устройству (12), набору (110), содержащему устройство, и способу мелкомасштабного дробления и разрушения твердых материалов, включая горную породу и каменную кладку, но не ограничиваясь только ими. Кроме того, данное изобретение относится к пневмомагнитному пусковому механизму. На Фиг.1 показано устройство (12) по данному изобретению, причем устройство находится во взведенном положении и готово к применению. На Фиг.1 устройство (12) показано с помощью изображения в разрезе буровой скважины (В) в горной породе (R), в которую помещено устройство (12), и патрон (84) в буровой скважине (В) размещен надлежащим образом. На Фиг.2 устройство (12) показано в незаряженном или невзведенном положении. На Фиг.2 устройство (12) изображено относительно ладони (Н) среднего человека для демонстрации размера предпочтительного варианта выполнения устройства (12) по данному изобретению. При этом устройство (12) может иметь другие размеры и не ограничено общим размером, показанным на чертежах. На Фиг.3 представлен чертеж патрона (84), применяемого в данном изобретении. Патрон (84) также раскрыт в опубликованной заявке на выдачу патента US 2005/0257675 А1, содержание которой включено в данное описание во всей полноте в качестве ссылки.

Устройство (12) для разрушения твердого материала в соответствии с данным изобретением содержит корпус (14) с каналом (16), образующим таким образом ствол (18), который может быть виден наиболее четко на покомпонентном изображении устройства (12), представленном на Фиг.4. Ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), проходящий по всему корпусу (14), и вход (44) для подачи давления в ствол (18). В ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23). Магнит (23) расположен вблизи от входа (44) для подачи давления, что позволяет накачивать воздух в ствол (18) в область за магнитом (23) (ниже него). Во взведенном положении, показанном на Фиг.1, поршень (24) находится в контакте с магнитом (23). В незаряженном положении, показанном на Фиг.2, поршень (24) находится в контакте с чувствительным к удару элементом, таким как удерживающая головка (42) пускового бойка (38), как описано ниже, расположенным в нижней части (22) ствола (18). Втулка (26) пускового бойка входит в канал (30) в нижней части (22) ствола (18).

Применяемый в описании термин «ствол» не ограничен цилиндрической формой, но может включать в себя другие формы, при этом противоположные стороны ствола должны быть расположены параллельно, в результате чего поршень может свободно перемещаться от магнита (23), расположенного у первого конца ствола (18), к его второму концу. Термин «поршень» традиционно определяют как металлический цилиндр, скользящий внутри трубки, в частности металлический цилиндр, который скользит вверх и вниз внутри трубчатого корпуса, к которому прикладывают давление или который оказывает давление на жидкость/газ. В данном изобретении поршень (24) может быть изготовлен из содержащего железо сплава, чувствительного к магнитному излучению, или иной композиции, содержащей такой металл, помещенной в верхней части поршня (24). Ствол (18) по данному изобретению аналогичен традиционному корпусу трубчатой формы, но, вместо этого, может иметь квадратное или овальное поперечное сечение, при этом поршень (24) должен иметь комплементарную форму и быть способным свободно скользить вверх и вниз в стволе (18) от магнита (23), чтобы быть способным ударить удерживающую головку (42) пускового бойка (38).

В предпочтительном варианте выполнения представленного изобретения корпус (14) может быть выполнен из углеродистой стали. Ствол (18) может представлять собой 9/16-дюймовый канал с отверстием (каналом) (28), снабженным резьбой, проходящей на 3/8 дюйма внутрь ствола (18), причем вся длина ствола составляет 2 5/8 дюйма до канала (30), выполненного в нижней части (22) ствола (18), причем канал (30) проходит дальше. Второй канал (28) может быть выполнен в верхней части (20) ствола (18) для размещения магнита (23) и поршня (24). В предпочтительном варианте магнит (23) размещен в крышке (70), введенной во второй канал (28) в верхней части (20) ствола (18). Крышка (70) в предпочтительном варианте выполнения содержит шуруп (60), соединенный с шайбой (58), вставленной в резиновую прокладку (56), и заглушку (68), удерживающую описанные элементы по отношению к стволу (18), как показано на Фиг.4.

Втулка (26) пускового бойка имеет первый конец (32) и второй конец (34). Канал (36) проходит через втулку (26) пускового бойка и служит для размещения в нем с возможностью скольжения пускового бойка (38). Первый конец (32) втулки (26) пускового бойка прочно закреплен в канале (30), выполненном в нижней части (22) ствола (18), а второй конец (34) втулки (26) пускового бойка выступает наружу из канала (30), выполненного в нижней части (22) ствола (18). Втулка (26) пускового бойка, которая может быть изготовлена из закаленной стали, может иметь наружный диаметр 5/16 дюйма и внутренний диаметр 1/8 дюйма и длину 8 1/2 дюйма, причем длина выступающей части составляет 8 дюймов.

Пусковой боек (38) содержит наконечник (40) и удерживающую головку (42), расположенные на противоположных концах (41 и 43), как наилучшим образом показано на Фиг.4. В предпочтительном варианте выполнения изобретения удерживающая головка (42) может иметь диаметр 1/4 дюйма и длину 1/8 дюйма. Удерживающая головка (42) шире, чем канал (36) во втулке (26) пускового бойка. Пусковой боек (38) длиннее, чем втулка (26) пускового бойка, что позволяет наконечнику (40) выходить за пределы (выдвигаться из) второго конца (34) втулки (26) пускового бойка, как показано на Фиг.2. Пусковой боек (38) может иметь длину 8 7/8 дюйма и диаметр 1/8 и содержать наконечник (40) в форме полусферы.

Поршень (24) имеет верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54) и установлен с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и удерживающей головкой (42). Магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их частичном контакте. Вход (44) для подачи давления выполнен с возможность передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24) для обеспечения резкого смещения поршня (24) при подаче давления через вход (44) таким образом, что поршень ударяет удерживающую головку (42), принуждая наконечник (40) ударить детонатор (102), размещенный сверху патрона (84), что приводит к резкому расширению взрывчатого вещества (96) и разрушению горной породы (R). Нижняя часть (100) патрона (84) размещена в буровой скважине (В), а детонатор (102) находится в контакте с наконечником (40). Нижняя часть (54) поршня (24) может иметь форму, комплементарную форме нижней части (22) ствола (18), как показано на Фиг.1, 2 и 4.

Вход (44) для подачи давления расположен практически перпендикулярно стволу (18) и находится вблизи от магнита (23). Трубка или шланг (94) выполнены с возможностью передачи текучей среды между ними и входом (44) для обеспечения подачи давления и служат для увеличения давления, оказываемого на верхнюю часть (52) поршня (24), так что магнит (23) отпускает поршень (24), когда давление превышает силу магнитного притяжения, в результате чего поршень ударяет головку (42) бойка (38). Вход (44) для подачи давления может представлять собой канал, и в предпочтительном варианте выполнения, представленном на Фиг.5a-5d, содержит первую часть (82) с первым диаметром, вторую часть (84) со вторым диаметром, который меньше диаметра первой части (82), и внутреннюю втулку (86). Первая часть (82) может быть снабжена резьбой для ее соединения с муфтой (88), снабженной внешней резьбой и каналом, вторая часть (84) может содержать термопластичное угловое кольцо (90) с отверстием в нем. Трубка или шланг (94) проходит через муфту (88), кольцо (90) и внутреннюю втулку (86). Трубка (94), введенная в отверстие, может дополнительно поддерживаться внутренней поддерживающей трубкой (92), которая предотвращает сжимание шланга или трубки (94) при завинчивании (закреплении) муфты (88). Для предотвращения смещения трубки (92) в трубку или шланг (94) на одном конце внутренней поддерживающей трубки (92) может быть размещена втулка (93).

Для смещения поршня (24) относительно магнита (23) используют приспособления для создания давления, выполненные с возможностью передачи текучей среды между ними и входом (44) для подачи давления. Обычно трубка или шланг (94) связаны с каким-нибудь насосом (Р), однако могут быть использованы любые из хорошо известных способов повышения давления, включая воздушные компрессоры, баллоны с воздухом, баллоны с СО₂ и так далее. Термин «насос (Р)», в том значении, в котором он использован в данном описании, включает в себя любой источник давления.

Дополнительные модификации включают в себя ствол (18), содержащий, по крайней мере, один выход (112) для отведения давления, расположенный вблизи от нижней части (22) ствола (18), через который возможен отвод давления от нижней части (54) поршня (24). Выход (112) для отведения давления может служить в качестве механизма для визуального наблюдения для определения того, правильно ли расположен пусковой боек (38). Выход (112) для отведения давления служит в качестве смотрового отверстия, выполненного в корпусе (14), и на удерживающей головке (42) пускового бойка (38) расположен визуальный индикатор (114), при этом визуальный индикатор (114) виден через смотровое отверстие (112), когда пусковой боек (38) правильно расположен относительно патрона (84), как показано на Фиг.1. При работе устройства визуальный индикатор (114) виден через выход (112) при соответствующем положении глаз (116) наблюдающего.

Как показано на Фиг.4, в корпусе (14) выполнены два крепежных отверстия (79), которые предназначены для стабилизирующих тросов. Два крепежных отверстия (79) расположены практически перпендикулярно стволу (18) и служат для приложения к устройству (12) удерживающих сил, предотвращающих его смещение вследствие силы тяжести из буровой скважины (В) во время взрыва патрона (84). В предпочтительном варианте выполнения крепежные отверстия (79) могут представлять собой 3/8-дюймовые отверстия. Могут быть использованы альтернативные крепежные приспособления, прикрепленные к корпусу (14), как это хорошо известно. Такие приспособления включают в себя отверстия, выполненные в корпусе (14), как это показано на чертежах или расположенные иным образом, скобы, присоединенные к корпусу (14) или иные приспособления для удерживания на месте устройства (12).

Пусковой механизм по данному изобретению представляет собой одностороннее пневматическое пусковое устройство, содержащее корпус (14) с выполненным в нем каналом (16), образующим ствол (18). Ствол (18) имеет верхнюю часть (20) и нижнюю часть (22), канал (30), выполненный в нижней части (22), и вход (44) для подачи давления в ствол (18). В ствол (18) помещен поршень (24), и в верхней части (20) ствола (18) установлен магнит (23), расположенный вблизи от входа (44) для подачи давления. Поршень (24) имеет верхнюю часть (52) и нижнюю часть (54) и установлен с возможностью скольжения в стволе (18) между магнитом (23) и каналом (30). Магнит (23) притягивает и удерживает верхнюю часть (52) поршня (24) посредством силы М при их частичном контакте. Вход (44) для подачи давления выполнен с возможностью передачи текучей среды между ним и верхней частью (52) поршня (24) и служит для резкого смещения поршня (24) при подаче давления через вход (44) таким образом, что поршень ударяет удерживающую головку (42). Чувствительный к удару элемент, такой как пусковой боек (38), приводится в действие при ударе о него нижней части (54) поршня (24). В верхней части (20) ствола (18) может быть выполнен второй канал (28), и магнит (23) может быть размещен в крышке (70), помещенной во второй канал (28) в верхней части (20) ствола (18).

Способ разрушения твердого материала с применением устройства (12) согласно данному изобретению включает использование шланга или трубки (94), связанного(ой) с насосом (Р) и входом (44) для подачи давления. Применяют патрон (84) с выполненным в форме трубки корпусом (96), с одного конца которого находится закрытое днище (100), а на противоположном конце расположен детонатор (102), между днищем (100) и детонатором (102) помещено взрывчатое вещество (98). В твердом материале (R) бурят буровую скважину (В), при этом буровая скважина (В) такова, что вмещает в себя всю длину втулки (26) пускового бойка, которая проходит от канала (30) в нижней части (22) ствола (18). Буровую скважину (В) очищают. Для тщательного очищения буровой скважины (В) могут использовать воздухонагнетатель (112) и щетку (122). Затем патрон (84) помещают в буровую скважину (В) таким образом, что когда втулка (26) пускового бойка помещена в буровую скважину (В), детонатор (102) входит в контакт с наконечником (40) пускового бойка (38). Устройство (12) встряхивают, чтобы удостовериться в том, что движение пускового бойка (38) происходит свободно, так, что наконечник (40) может посредством скольжения выдвигаться из второго конца (34) втулки (26) пускового бойка. Втулку (26) пускового бойка затем помещают в буровую скважину (В), так что наконечник пускового бойка (38) соприкасается с детонатором (102) взрывного патрона (84). Шланг (94) растягивают на его полную длину. Затем приводят в действие насос (Р) для осуществления взрыва патрона (84). Данное изобретение не ограничено показанным на чертежах насосом (Р) и может содержать любое другое устройство, служащее для увеличения давления в трубке (94).

Кроме того, пусковой боек (38) расположен надлежащим образом относительно нижней части (54) поршня (24) и детонатора (102) взрывного снаряда (84), в чем убеждаются посредством применения механизма для наблюдения (112), служащего для визуального определения того, находится ли пусковой боек (38) в правильном положении. Кроме того, устройство (12) может быть закреплено при помощи направляющего троса, пропущенного через выполненные в устройстве отверстия. Для равномерного распределения сил и удерживания устройства в надлежащем для взрыва положении могут применять дополнительные механизмы.

Для проведения одновременного взрыва нескольких устройств (12) могут использовать коллектор (95 и 95'), такой как показан на Фиг.6 и 7. На Фиг.8 представлено изображение коллектора (95) с тремя присоединенными к нему шлангами (94). Такие коллекторы (95 и 95') хорошо известны и могут быть снабжены выпускными клапанами давления и контрольными клапанами для более надежной работы. Это позволяет оператору отводить давление от устройства (12) для предотвращения непреднамеренного активирования. Для присоединения шланга обычным образом могут использовать традиционные коллектор и приспособления для быстрого соединения. Могут использовать известный в данной области техники коллектор со скользящим в трех направлениях золотниковым клапаном. Это позволяет проводить повторный запуск пневматического устройства (12) для разрушения горной породы без отсоединения устройств (12) от шланга (94). Термин «коллектор» не ограничен приведенными здесь примерами и включает в себя любую конструкцию из трубок с несколькими боковыми отводами для соединения одной трубки с другими, которая служит для распределения потока воздуха, поступающего из одной трубки, равномерно между другими трубками. Повторная установка устройства (12) производится посредством его переворачивания, в результате чего поршень (24) входит в контакт с магнитом (23).

Набор (110), содержащий пневматическое устройство (12) для разрушения горной породы, показан на Фиг.9. Набор может содержать воздухонагнетатель (112) для скважины, выполненный в виде резиновой груши, два конических пробойных штыря (118) для подклинивания расколотого материала, щетку (122) для очистки буровой скважины, инструкцию (124), насос (Р) для подачи давления в шланг (94), такой как велосипедный насос, баллон с СО₂ и так далее. Небольшой баллончик с СО₂ может быть использован в качестве альтернативного источника давления для запуска системы. Успешно может быть использован коммерчески доступный баллон с СО₂ весом 12 или 20 унций, соединенный с системой коллектора/клапана для регулирования подаваемого давления. Для присоединения шланга к источнику подаваемого под давлением воздуха и с коллектором (если его используют) могут применять пневматические элементы быстрого соединения или иные эквивалентные элементы соединения.

Следует понимать, что представленное изобретение не ограничено описанными выше вариантами выполнения, а включает в себя любые варианты, не выходящие за рамки приведенной ниже формулы изобретения.