МЕХАНИЧЕСКАЯ ЗАБОЙКА ДЛЯ ЗАРЯЖАНИЯ ВЫРАБОТКИ В ВИДЕ ШПУРА ИЛИ СКВАЖИНЫ ПРИ БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ

Заявленная полезная модель предназначена для использования в горнодобывающей промышленности и в области строительства для повышения эффективности разрушения горных пород, а также осуществления надежного соединения строительных конструкций в труднодоступных местах. Кроме того, заявленное техническое решение может быть эффективно использовано при прокладке тоннелей в твердых горных породах и подземных линий (коммуникаций) метрополитена.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является механическая забойка для заряжания выработки в виде шпура или скважины при буровзрывных работах, выполненная в виде распорного затвора клинового типа, конструктивно включающего две составные части. А именно: наружную втулку с, по меньшей мере, двумя раздвижными структурами в виде продольных щек, пространственно ориентированных вдоль оси распорного затвора, а также размещенный в полости упомянутой втулки клиновой элемент, кинематически связанный с продольными щеками наружной втулки посредством храпового зацепления, организованного за счет профильных поперечных зубцов, расположенных на взаимообращенных поверхностях наружной втулки и клинового элемента. Причем в упомянутых составных частях распорного затвора конструктивно сформированы технологические каналы, функционально являющиеся средствами для размещения проводников инициирующего импульса детонатора, которые, т.е., технологические каналы, пространственно расположены с возможностью вывода свободных концов упомянутых проводников за пределы распорного затвора в сторону устья выработки. Втулка в целом выполнена с обращенной в сторону устья выработки торцевой поверхностью, которая функционально является упорной поверхностью для обеспечения внешнего динамического воздействия на эту упорную торцевую поверхность посредством технологического забойника вдоль оси распорного затвора в процессе предварительного расклинивания раздвижных структур наружной втулки в полости выработки путем ее, наружной втулки, принудительного перемещения относительно упомянутого клинового элемента. При этом, клиновой элемент конструктивно сформирован в виде двух полок, пространственно расположенных под углом наклона от его основания к вершине, которые соединены между собой посредством продольного ребра и торцевых поверхностей (RU 164461 U1, публикация: 10.09.2016 г.).
В основу заявленного технического решения была положена задача (проблема) расширения арсенала технических средств, определяемых названием полезной модели.
Технический результат заявленного объекта заключается в реализации его назначения (определяемом названием полезной модели), т.е., определяется расширением арсенала технических средств определенного назначения (определяемого названием полезной модели), который достигается путем создания технического решения, альтернативного известному решению-прототипу (иными словами -создание варианта известного решения-прототипа).
Поставленный технический результат достигается посредством того, что в механической забойке для заряжания выработки в виде шпура или скважины при буровзрывных работах, выполненной в виде распорного затвора клинового типа, конструктивно включающего две составные части, а именно: наружную втулку с, по меньшей мере, двумя раздвижными структурами в виде продольных щек, пространственно ориентированных вдоль оси распорного затвора, а также размещенный в полости упомянутой втулки клиновой элемент, кинематически связанный с продольными щеками наружной втулки посредством храпового зацепления, организованного за счет профильных поперечных зубцов, расположенных на взаимообращенных поверхностях наружной втулки и клинового элемента; причем в упомянутых составных частях распорного затвора конструктивно сформированы технологические каналы, функционально являющиеся средствами для размещения проводников инициирующего импульса детонатора, которые, т.е., технологические каналы, пространственно расположены с возможностью вывода свободных концов упомянутых проводников за пределы распорного затвора в сторону устья выработки; втулка в целом выполнена с обращенной в сторону устья выработки торцевой поверхностью, которая функционально является упорной поверхностью для обеспечения внешнего динамического воздействия на эту упорную торцевую поверхность посредством технологического забойника вдоль оси распорного затвора в процессе предварительного расклинивания раздвижных структур наружной втулки в полости выработки путем ее, наружной втулки, принудительного перемещения относительно упомянутого клинового элемента, при этом, клиновой элемент конструктивно сформирован в виде двух полок, пространственно расположенных под углом наклона от его основания к вершине, которые соединены между собой посредством продольного ребра и торцевых поверхностей, согласно полезной модели, упомянутое продольное ребро клинового элемента выполнено на части его длины со стороны его торцевой поверхности меньшей площади.
Упомянутые профильные поперечные зубцы могут быть ориентированы как под прямым углом к продольной оси распорного затвора, так и под острым углом к продольной оси распорного затвора.
Оптимально, чтобы торцевая поверхность меньшей площади клинового элемента была бы оснащена стержневым элементом, расположенным вдоль оси распорного затвора и проходящим через отверстие, выполненное в упорной торцевой поверхности наружной втулки с выходом за ее пределы в направлении устья выработки, причем, на свободном конце упомянутого стержневого элемента, со стороны устья выработки, выполнен профильный выступ, функционально являющийся средством его захвата соответствующим конструктивным элементом технологического забойника в процессе упомянутого предварительного расклинивания распорного затвора в полости выработки.
Допустимо, чтобы торцевая поверхность большей площади клинового элемента, обращенная в сторону взрывного заряда, была бы выполнена выпуклой, или вогнутой, или плоской.
Технологические каналы, выполненные в наружной втулке и клиновом элементе распорного затвора могут быть выполнены с двух сторон распорного затвора по всей его длине, при этом продольные оси упомянутых технологических каналов скрещиваются в пространстве.
Допустимо, также, чтобы технологические каналы, выполненные в наружной втулке и в клиновом элементе были бы выполнены по всей длине распорного затвора с одной стороны.
Оптимально, чтобы раздвижные структуры в виде продольных щек наружной втулки распорного затвора были бы кинематически связаны между собой в зоне упорной поверхности наружной втулки посредством подвижной связи, конструктивно выполненной с возможностью обеспечения поступательного перемещения каждой из упомянутых раздвижных структур наружной втулки в радиальном направлении в процессе относительного перемещения в осевом направлении упомянутой втулки и расположенного в ее полости клинового элемента при предварительном расклинивании распорного затвора в полости выработки, а упомянутая упорная торцевая поверхность наружной втулки в целом, в этом случае, будет конструктивно сформирована посредством совокупности торцевых поверхностей ее раздвижных структур в виде продольных щек.
Подвижная связь раздвижных структур в виде продольных щек наружной втулки распорного затвора может быть выполнена, например, в виде штифтового соединения, в котором элементы кинематической пары штифт-отверстие соединены с возможностью относительного перемещения в радиальном направлении в процессе предварительного расклинивания распорного затвора в полости выработки.
Подвижная связь раздвижных структур наружной втулки распорного затвора может быть также выполнена в виде упругих или разрывных перемычек, выполненных за одно целое с раздвижными структурами наружной втулки, причем упомянутые перемычки должны быть расположены в зоне упорной торцевой поверхности втулки, обращенной в сторону устья выработки.
Наиболее оптимально, чтобы на наружной поверхности раздвижных структур наружной втулки распорного затвора были бы выполнены продольные и поперечные, относительно продольной оси распорного затвора, ребра жесткости, выступающие в радиальном направлении над наружной поверхностью указанных раздвижных структур в виде продольных щек распорного затвора, при этом, разумно, чтобы упомянутые поперечные ребра жесткости наружной втулки были бы выполнены с высотой превышающей высоту продольных ребер с возможностью формирования выступающих участков.
Упомянутые выступающие участки поперечных ребер жесткости наружной втулки могут быть наклонены относительно продольной оси распорного затвора в стороны упорной торцевой поверхности втулки.
Раздвижные структуры в виде продольных щек наружной втулки могут быть пространственно ориентированы вдоль оси распорного затвора под углом одна относительно другой.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление сведений об аналогах заявленного технического решения, не обнаружил аналоги, характеризующиеся признаками и связями между ними, идентичными или эквивалентными всем существенным признакам заявленного технического решения. Выбранный из выявленных аналогов прототип (как наиболее близкий по совокупности признаков аналог) позволил выявить в заявленном объекте совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель иллюстрируется следующими графическими материалами.
Фиг. 1 - общий вид механической забойки в раздвинутом виде, частичный продольный разрез (справа тонкими линиями /поз. 9/ показан механический забойник).
Фиг. 2 - вид А по фиг. 1.
Фиг. 3 - то же, что и на фиг. 1 в аксонометрии, с указанием элементов затвора 1 (распорного), включающего втулку 2 и клиновой элемент 5 в динамике с указанием их поступательного перемещения по стрелкам «S» (поперечные зубцы 19 и 20 храпового зацепления расположены под прямым углом к продольной оси распорного затвора).
Фиг. 4 - вид Б по фиг. 1.
Фиг. 5 - сечение В - В по фиг. 1.
В графических материалах элементы распорного затвора обозначены следующими позициями.
1 - затвор (распорный);
2 - втулка (наружная затвора 1);
3 - щеки (продольные наружной втулки 2);
4 - ось (распорного затвора 1);
5 - элемент (клиновой распорного затвора 1);
6 - поверхность (наружная клиновая клинового элемента 5);
7 - каналы (технологические);
8 - поверхность (торцевая упорная наружной втулки 2);
9 - забойник (технологический);
10 - элемент (стержневой клинового элемента 5);
11 - отверстие (торцевой поверхности 8 наружной втулки 2);
12 - выступ (профильный на свободном конце стержневого элемента 10);
13 - поверхности (ответные продольных щек 3 наружной втулки 2);
14 - поверхность (торцевая большей площади клинового элемента 5 распорного затвора 1);
15 - перемычки (упругие или разрывные в упорной торцевой поверхности 8 наружной втулки 2);
16 - ребра (жесткости продольные на наружной поверхности втулки 2);
17 - ребра (жесткости поперечные на наружной поверхности втулки 2);
18 - участки (выступающие ребер 17 жесткости втулки 2);
19 - зубцы (поперечные храпового зацепления на клиновых поверхностях клинового элемента 5);
20 - зубцы (поперечные храпового зацепления на внутренних поверхностях продольных щек 3 наружной втулки 2);
21 - ребро (продольное клинового элемента 5);
22 - полки (наклонные клинового элемента 5);
23 - участок (клинового элемента 5 без продольного ребра 21);
24 - поверхность (торцевая меньшей площади клинового элемента 5 распорного затвора 1).
Далее приводится описание конструкции патентуемой механической забойки в статике.
Механическая забойка для заряжания выработки в виде шпура или скважины при буровзрывных работах, выполнена в виде распорного затвора 1 клинового типа, конструктивно включающего две составные части, а именно:
- наружную втулку 2 с, по меньшей мере, двумя раздвижными структурами в виде продольных щек 3, пространственно ориентированных вдоль оси 4 распорного затвора 1;
- а также размещенный в полости упомянутой втулки 2 клиновой элемент 5, кинематически связанный с продольными щеками 3 наружной втулки 2 посредством храпового зацепления, организованного посредством профильных зубцов 19 и 20, расположенных на взаимообращенных поверхностях наружной втулки 2 и клинового элемента 5 с возможностью их предварительной относительной фиксации перед установкой в полость выработки.
Это обеспечивает удобство установки распорного затвора 1 в полость выработки, так как обеспечивается формирование неразъемной (в соответствующем направлении) конструкции распорного затвора 1 перед его установкой.
Причем, в упомянутых составных частях 2 и 5 распорного затвора 1 конструктивно сформированы технологические каналы 7 функционально являющиеся средствами для размещения проводников инициирующего импульса детонатора. Технологические каналы 7 пространственно расположены с возможностью вывода свободных концов упомянутых проводников за пределы распорного затвора 1 в сторону устья выработки;
Втулка 2 в целом выполнена с обращенной в сторону устья выработки торцевой поверхностью 8, которая функционально является упорной поверхностью для обеспечения внешнего динамического воздействия на эту упорную торцевую поверхность 8 посредством технологического забойника 9. Внешнее динамическое воздействие осуществляется вдоль оси распорного затвора 1 в процессе предварительного расклинивания распорного затвора 1 в полости выработки путем принудительного относительного перемещения втулки 2 и клинового элемента 5.
При этом, клиновой элемент 5 конструктивно сформирован в виде двух полок 22, пространственно расположенных под углом наклона от его основания к вершине, которые соединены между собой посредством продольного ребра 21 и торцевых поверхностей 24 и 14.
Отличительной особенностью патентуемого технического решения является то, что упомянутое продольное ребро 21 клинового элемента 5 выполнено на части его длины со стороны его торцевой поверхности 24 меньшей площади. На фиг. З показаны продольное ребро 21 и участок 23 клинового элемента 5 без продольного ребра 21.
Это обеспечивает экономию материала при изготовлении распорного затвора без снижения его жесткости.
Оптимально, чтобы торцевая поверхность меньшей площади клинового элемента 5 была бы оснащена стержневым элементом 10, расположенным вдоль оси 4 распорного затвора 1 и проходящим через отверстие 11, выполненное в упорной торцевой поверхности 8 наружной втулки 2 с выходом за ее пределы в направлении устья выработки. Причем, на свободном конце упомянутого стержневого элемента 10, со стороны устья выработки, выполнен профильный выступ 12, функционально являющийся средством его захвата соответствующим конструктивным элементом технологического забойника 9 в процессе упомянутого предварительного расклинивания распорного затвора 1 в полости выработки.
Это обеспечивает возможность установки распорного затвора в полости выработки на заданном расстоянии и исключает контакт торцевой поверхности 14 большей площади клинового элемента 5 со взрывным зарядом.
Целесообразно, чтобы торцевая поверхность 14 большей площади клинового элемента 5, обращенная в сторону взрывного заряда, была бы выполнена выпуклой.
Это позволяет повысить коэффициент использования выработки в виде шпура или скважины за счет распространения большей части энергии взрыва в направлении стенок выработки (т.е., горной породы).
Однако, вполне допустимо, чтобы торцевая поверхность 14 большей площади клинового элемента 5, обращенная в сторону взрывного заряда, была бы выполнена вогнутой или плоской.
В первом случае увеличивается площадь поверхности 14 (большей площади) клинового элемента 5 распорного затвора 1, которая воспринимает энергию взрыва и, как следствие, повышает надежность фиксации распорного затвора 1 в полости выработки при взрыве.
Во втором случае (торцевая поверхность 14 выполнена плоской) упрощается технология изготовления клинового элемента 5 распорного затвора 1.
Технологические каналы 7, выполненные в наружной втулке 2 и клиновом элементе 5 распорного затвора 1 могут быть выполнены с двух сторон распорного затвора 1 по всей его длине, а продольные оси упомянутых технологических каналов скрещиваются в пространстве.
Это повышает рабочую эффективность энергии взрыва и, соответственно, коэффициент использования, например, шпура (КИШ) или скважины, поскольку снижает возможность выхода взрывных газов через упомянутые технологические каналы 7.
Принципиально, технологические каналы 7, выполненные в наружной втулке 2 и в клиновом элементе 5 могут быть выполнены по всей длине распорного затвора с одной стороны.
Это также повышает рабочую эффективность энергии взрыва и, соответственно, коэффициент использования, например, шпура (КИШ) или скважины, поскольку снижает возможность выхода взрывных газов через упомянутые технологические каналы 7.
Наиболее оптимально, чтобы раздвижные структуры в виде продольных щек 3 наружной втулки 2 распорного затвора 1 были бы кинематически связаны между собой в зоне упорной поверхности 8 наружной втулки 2 посредством подвижной связи. Данная кинематическая связь конструктивно должна быть выполнена с возможностью обеспечения поступательного перемещения каждой из упомянутых раздвижных структур наружной втулки 2 в радиальном направлении в процессе относительного перемещения в осевом направлении упомянутой втулки 2 и расположенного в ее полости клинового элемента 5 при предварительном расклинивании распорного затвора 1 в полости выработки. При этом, вышеупомянутая упорная торцевая поверхность 8 наружной втулки 2 в целом конструктивно формируется посредством совокупности торцевых поверхностей ее раздвижных структур в виде продольных щек 3.
Это обеспечивает увеличение эффективной площади наружных поверхностей продольных щек 3 и, соответственно, площади сцепления наружной втулки 3 с породой выработки (без образования «холостых» участков раздвижных структур), т.е. повышается надежность фиксации распорного затвора 1 в полости выработки.
Подвижная связь раздвижных структур в виде продольных щек 3 наружной втулки 2 распорного затвора 1 может быть выполнена в виде штифтового соединения, в котором элементы кинематической пары штифт-отверстие соединены с возможностью относительного перемещения в радиальном направлении в процессе предварительного расклинивания распорного затвора 1 в полости выработки.
Подвижная связь раздвижных структур наружной втулки 2 распорного затвора 1 выполнена в виде упругих или разрывных перемычек, выполненных за одно целое с раздвижными структурами наружной втулки 2, причем упомянутые перемычки 15 должны быть расположены в зоне упорной торцевой поверхности 8 втулки 2, обращенной в сторону устья выработки.
На наружной поверхности раздвижных структур наружной втулки 2 распорного затвора 1 могут быть выполнены продольные и поперечные, относительно продольной оси 4 распорного затвора 1, ребра 16 и 17 жесткости, соответственно, выступающие в радиальном направлении над наружной поверхностью указанных раздвижных структур в виде продольных щек 3 распорного затвора 1.
Это обеспечивает, во-первых, жесткость щек 3 наружной втулки 2, а во-вторых, повышает надежность сцепление распорного затвора 1 с породой выработки.
Упомянутые поперечные ребра 17 жесткости наружной втулки 2 могут быть выполнены с высотой превышающей высоту продольных ребер 16 с возможностью формирования выступающих участков 18.
Упомянутые выступающие участки 18 поперечных ребер 17 жесткости наружной втулки 2 могут быть наклонены относительно продольной оси 4 распорного затвора 1 в стороны упорной торцевой поверхности 8 втулки 2.
Данное конструктивное выполнение также повышает надежность сцепление распорного затвора 1 с породой выработки.
Раздвижные структуры в виде продольных щек наружной втулки пространственно могут быть пространственно ориентированы вдоль оси распорного затвора параллельно одна относительно другой.
Раздвижные структуры в виде продольных щек наружной втулки могут быть, также, пространственно ориентированы вдоль оси распорного затвора под углом одна относительно другой.
В случае, когда вершина упомянутого угла наклона раздвижных структур в виде продольных щек 3 пространственно расположена со стороны торцевой упорной поверхности 8 наружной втулки 2, упомянутый угол наклона должен быть значительно меньше угла наклона наружных клиновых 6 поверхностей клинового элемента 5 распорного затвора 1.
В случае, когда вершина упомянутого угла наклона раздвижных структур в виде продольных щек 3 пространственно расположена со стороны торцевой поверхности 14 большей площади клинового элемента 5 распорного затвора 1, упомянутый угол наклона может быть любым.
Эксплуатация патентуемой механической забойки заключается в следующем.
Перед установкой распорного затвора 1 в полость выработки, обеспечивают кинематическую связь наружной втулки 2 с клиновым элементом 5 посредством храпового зацепления. Далее осуществляют сцепление профильного выступа 12 стержневого элемента 10 с соответствующим конструктивным элементом технологического забойника 9. После чего в технологических каналах 7 размещают проводники инициирующего импульса. Затем, указанную систему вводят в полость выработки на заданное расстояние (исключающее контакт торцевой поверхности 14 клинового элемента 5 со взрывным зарядом) и осуществляют предварительное расклинивание распорного затвора 1 в полости выработки посредством подвижного элемента технологического забойника 9 за счет взаимодействия этого элемента забойника 9 с упорной торцевой поверхностью 8 наружной втулки 2. Окончательное расклинивание распорного затвора 1 в полости выработки осуществляется в процессе подрыва взрывного заряда, вследствие воздействия взрывной волны на торцевую поверхность 14 клинового элемента 5 распорного затвора 1.
Вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его промышленной реализации, предназначен для использования в горнодобывающей промышленности, а также строительстве для повышения эффективности разрушения горных пород, а также для осуществления соединения строительных конструкций;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение при его осуществлении, способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, который заключается в реализации его назначения (определяемом названием полезной модели), а также в придании заявленному техническому решению дополнительных свойств, в частности - обеспечение возможности установки механической забойки в полости выработки на заданном расстоянии, исключающем контакт торцевой поверхности большей площади клинового элемента со взрывным зарядом.
Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость» по действующему законодательству.