ГЕНЕРАТОР ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ ВЫСОКОЙ ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к устройствам для создания газовых потоков высокой энергии и может быть использована для непрерывного разрушения горных пород различной крепости импульсным воздействием газовых потоков, формируемых непосредственно в забое и направляемых в основание отделяемого слоя породы или полезных ископаемых в приповерхностной плоскости откоса уступов.
Известны средства беспламенного взрывания, отвечающие экологическим требованиям и безопасности буровзрывных работ - патроны аэрдокс, наполняемые сжатым воздухом (Адамидзе Д.И. Разрушение углей и пород сжатым воздухом. М., Изд-во «Наука», 1978, 96 с), состоящие из оболочки заряда в виде гильзы-трубы, в которой установлены разрядная головка с выхлопными отверстиями, перекрываемыми разрушаемой тонкой металлической пластиной, и штуцер для подключения патрона к воздуховоду, самоуплотняющаяся втулка, нажимное кольцо.
К недостаткам патронов аэрдокс относится их низкая эффективность для массового разрушения горных пород и добычи угля, обусловленная высокой трудоемкостью. Размещение патронов в предварительно пробуренных шпурах, подсоединение к сети гибких бронированных трубопроводов для подачи сжатого воздуха к гильзам, а также выборка гильз из разрушенного массива после взрыва для перезарядки осуществляется вручную. Патроны аэрдокс не могут быть применены для автоматизации процесса разрушения горных пород и углей, в частности, подачу газовых импульсов к основанию отделяемой породы в откосе уступов, в том числе высоких уступов.
За прототип выбран генератор газовых импульсов высокого давления (патент КР №885, МПК Ε21В 7/14; Ε21С 37/14, опубл. в 2005), включающий корпус, камеру с теплопроводными трубками и теплонагревателями внутри, сообщенной с устройством дозированной подачи воды, соединенным магистралью с распылителем, крышку и сопло. Распылитель выполнен в виде форсунки, соединенной с источником зарядов из воды для синхронной подачи последних к нагревателям.
Недостаток генератора газовых импульсов высокого давления, выбранного за прототип, состоит в низкой эффективности, обусловленной сложностью управления процессом перехода заряда из воды в газовый поток высокой энергии, а также невозможности продлить время подготовки заряда из распыленной воды в газовый поток с необходимыми параметрами в автоматическом режиме.
Техническая задача полезной модели - повышение эффективности работы устройства и надежности конструкции при автоматизации процесса образования и подачи газовых потоков высокой энергии к забою горных пород.
Поставленная задача решается за счет того, что в генераторе газовых потоков высокой энергии, состоящем из корпуса, в котором размещены нагревающие элементы, тепловая камера с выхлопным отверстием и соплом в основании, крышкой и распылителем, сообщенным с дозирующим устройством, включающим емкость с нагревателем для воды, перепускной клапан, насос и расходный механизм, внутренняя поверхность тепловой камеры выполнена выпукло-вогнутой, например, ступенчатой, а ее сопло изготовлено в виде патрубка, соосно прикрепленного к фланцу, в котором проделана диаметральная прорезь. Расходный механизм состоит из затвора в виде шарика, размещенного в выхлопном отверстии, и взаимодействующего с ним горизонтально подвижного упора в форме плоского клина, расположенного в прорези фланца и соединенного тягами с электромагнитом и возвратной пружиной, противоположно разнесенных и жестко прикрепленных к корпусу тепловой камеры. Диаметр шарика больше диаметра выхлопного отверстия сопла. Тепловая камера заполнена инертными элементами, аккумулирующими тепло.
Выполнение внутренней поверхности тепловой камеры выпукло-вогнутой, например, ступенчатой и заполнение ее инертными элементами позволяет увеличить поверхность теплоотдачи распыленному заряду из горячей воды и ускорить процесс создания газового потока высокой энергии.
Выполнение расходного клапана из затвора в виде стального шарика, размещенного в выхлопном отверстии тепловой камеры и взаимодействующего с ним горизонтально-подвижного упора в форме плоского клина, расположенного в прорези фланца патрубка, и соединенного тягами с электромагнитом и возвратной пружиной, противоположно разнесенных и жестко прикрепленных к корпусу тепловой камеры, позволяет в автоматическом режиме формировать газовый поток с заданными параметрами за счет повышения надежности управления расходным клапаном.
Выполнение фланца с диаметральной прорезью, соосно прикрепленного к основанию тепловой камеры, позволяет осуществлять управление затвором (шариком) расходного клапана и подачу газового потока непосредственно на разрушаемый массив горных пород или в шпур.
Генератор газовых потоков высокой энергии иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид в разрезе, на фиг. 2 -механизм управления расходным клапаном, вид А.
Генератор газовых потоков высокой энергии состоит из корпуса 1, в котором размещены нагревающие элементы в виде ТЭНов 2, тепловая камера 3 с крышкой 4, выхлопным отверстием 5 и соплом в основании 6. Тепловая камера 3 заполнена инертными элементами 7, аккумулирующими тепло, а ее внутренняя поверхность выполнена выпукло-вогнутой, например, ступенчатой. В крышке 4 установлен распылитель 8, который магистралью 9 сообщен с дозирующим устройством. Сопло выполнено в виде патрубка 10 с фланцем 11, в котором выполнена диаметральная прорезь, и соосно прикреплено к основанию 6. Дозирующее устройство состоит из емкости 13 с нагревателем 14 для воды, перепускного клапана 15 и насоса 16. Расходный механизм состоит из затвора в виде шарика 17, размещенного в выхлопном отверстии 5, и контактирующего с ним горизонтально-подвижного упора в форме плоского клина 18, расположенного в прорези и соединенного тягами 19 и 20 с электромагнитом 21 и возвратной пружиной 22 соответственно, которые противоположно разнесены и жестко прикреплены к основанию 6 корпуса 1. Диаметр шарика 17 больше диаметра выхлопного отверстия 5.
Генератор газовых потоков высокой энергии работает следующим образом. Для разогрева тепловой камеры 3 и инертных элементов 7, например, до 200°С, включают ТЭНы 2. Одновременно с этим температура воды в емкости 13 водонагревателя 14 повышается до 99,5°С. Через перепускной клапан 15 насосом 16 заряд воды под давлением по магистрали 9 с помощью распылителя 8 подается в тепловую камеру 3, герметично закрытую крышкой 4. Распыленный заряд воды попадает на раскаленные выпукло-вогнутую поверхность тепловой камеры 3 и инертные элементы 7, где в результате быстрого испарения переходит в водяной газ (перегретый пар), создавая высокое давление. Включается электромагнит 21 и приводит в движение тягу 19, которая перемещает плоский клин 18, приподнимающий шарик 17. В выхлопном отверстии 5 образуется круговой зазор, через который поток водяного газа под давлением устремляется в патрубок 10 и далее к забою. После выхлопа газового потока из тепловой камеры 3, электромагнит 21 отключается, и возвратная пружина 22 тягой 20 возвращает плоский клин 18 в исходное положение, при котором шарик 17 перекрывает выхлопное отверстие 5. Далее цикл подготовки и формирования газовых потоков высокой энергии повторяется.
Использование генератора газовых потоков высокой энергии предлагаемой конструкции позволит произвести замену штатных взрывчатых веществ экологически чистыми зарядами из воды и полностью очистить атмосферу в карьерах, в том числе в глубоких карьерах, что отвечает требованиям защиты окружающей среды. Кроме того, позволит автоматизировать процесс образования и доставки газовых потоков высокой энергии непосредственно к забою, например, в пробуренные шпуры, то есть к основанию отделяемого слоя породы или полезных ископаемых в приповерхностной плоскости откоса уступов.