УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОХОДКИ ВЫРАБОТОК В ГОРНЫХ ПОРОДАХ

Предложение относится к горному делу и может быть использовано для проходки выработок в осадочных горных породах путем воздействия на забой энергией термогазодинамического рабочего агента.
В указанной отрасли горной промышленности известны устройства для проходки выработок в горных породах, наиболее характерными из которых являются устройства, содержащие корпус в виде удлиненного полого цилиндра, размещенный в корпусе генератор рабочего агента (в виде парогазовой смеси), пространство генератора соединено с породоразрушающим рабочим органом, оснащенным соплами, ориентированными в сторону забоя и к устью выработки [RU 122685, Е21В 7/14, 2012.; RU 84907, Е21В 7/00, 2009.; RU 2168599, Е21В 7/14, 2000.].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для проходки скважин и выработок в горных породах, содержащее конструктивные признаки, присущие указанным аналогам, но имеющие более мобильную техническую схему [RU 2178503, Е21В 7/14, Е21С 37/16, 18.09.2000.].
Существенными и очевидными недостатками прототипа (как и его отмеченных аналогов) является ограниченность технологических операций, выполняемых устройством в выработке при ее проходке, когда необходимо оперативно менять режимы работы в зависимости от крепости и буримости пород на забое, а также - меняющейся массы породы в потоке шлама, восходящего к устью выработки. Эти недостатки вызывают необходимость выполнения незапланированных в технологическом процессе спускоподъемных операций, приводящих к удлинению срока введения выработки в эксплуатацию.
Технической задачей и положительным технологическим результатом предлагаемого устройства является более производительное его использование в процессе проходки выработки за счет оперативной смены режима воздействия на забой и одновременного учета условий удаления массы бурового шлама к устью выработки.
Указанная задача и технический результат достигается за счет того, что устройство для проходки выработок в горных породах, содержащее корпус в виде удлиненного полого цилиндра, размещенный в корпусе генератор рабочего агента, пространство которого соединено с породоразрушающим рабочим органом, оснащенным соплами, ориентированными в сторону забоя и - к устью выработки, при этом корпус выполнен из нескольких модулей, соединенных между собой в виде телескопа, каждый модуль представляет собой отдельный полый цилиндр с кромками, нисходящими в сечении на конус, при этом торцевой модуль соединен с породоразрушающим рабочим органом, сопла которого имеют в своем сечении сообщающиеся между собой проточки, выполненные под углом к оси сопла.
Устройство раскрывается на прилагаемых чертежах, где;
на фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 - конструкция корпуса устройства с измененными параметрами; на фиг. 3 - конструкция корпуса; на фиг. 4 - вид устройства с разрезом по его оси; на фиг. 5 - конструкция рабочего органа устройства; на фиг. 6 - узел А на фиг. 5; на фиг. 7 - узел Б на фиг. 5; на фиг. 8 - узел В на фиг. 1 устройства.
Устройство содержит корпус 1, выполненный в виде удлиненного полого цилиндра; в полости корпуса размещена силовая установка 2, представляющая собой генератор рабочего агента. Рабочее пространство этого генератора соединено с полостью породоразрушающего рабочего органа 3, оснащенного соплами для подачи на забой термогазодинамического рабочего агента в виде струй; при этом часть сопел - 4 ориентирована по нормали к забою; сопла 5 - под углом к стенке забоя, сопла 6 ориентированы в сторону устья выработки. Эти сопла имеют в сечении проточки 7 для наложения на истекающие из них струи акустических волн. Корпус 1 устройства выполнен из нескольких модулей 8 соединенных между собой в виде телескопа из отдельных цилиндров, имеющих возможность оперативного изменения длины корпуса 1, позволяющего вести отклонение оси проходимой скважины от вертикального в наклонное и в горизонтальное направления, при этом за счет модулей 8 корпус 1 может быть как увеличен по длине, так и уменьшен при неизменном диаметре его модулей, соблюдающих диаметр заданного участка проходимой выработки. Питание генератора рабочего агента осуществляется посредством подачи в его расходную камеру топливных компонентов из емкостей, соединенных посредством клапанов и трубок с расходной камерой этого генератора.
Соединение модулей 8 устройства, формирующего его корпус в виде телескопа 8 - 9 (фиг. 1, 2, 3) позволяет устройству оперативно менять конструктивную схему, при этом пружина 10 позволяет амортизировать сокращение и удлинение корпуса устройства без ударных воздействий двух соседних частей корпуса (фиг. 3). Полость корпуса устройства оснащена топливными компонентами в его емкостях 11, 12, 13, поступающих в силовую установку 2 и ее: генератор 14 (клапаны и трубки подачи компонентов на чертеже не показаны ввиду очевидности такого соединения и мелкого масштаба изображения) рабочего агента, соединенный своим пространством с породоразрушающим рабочим органом 3 (фиг. 4, 5).
Для устранения нежелательных кавитационных процессов в местах соединения модулей 9 (фиг. 1) кромки их цилиндров выполнены в сечении нисходящими на конус 15 (фиг. 8), - это позволяет предупредить вихревые образования от восходящего потока бурового шлама в местах контактного соединения этих модулей (узел В).
Работа устройства осуществляется следующим образом. Устройство 1 спускают на забой выработки. Поступающий из генератора 14 рабочий агент (в виде парогазовой смеси) в полость рабочего органа 3 истекает из сопел 4, 5, 6, в виде струй под давлением, производит разрушение породы на забое, а отработанным на забое агентом удаляют буровой шлам к устью выработки. При этом форма сопел (фиг. 6) и наличие в них проточки 7 позволяет усилить разрушающее воздействие струй за счет наложения на них акустических волн, генерируемых полостью проточки и вихреобразным движением потока рабочего агента, проходящего через такое сопло.
При проходке различных по крепости (буримости) пород количество разбуренной породы в массе удаляемого из забоя бурового шлама меняется, что приводит к изменению давления столба бурового шлама на корпус устройства. В результате: при значительной массе бурового шлама корпус (под его давлением) сжимается (фиг. 2), подается ближе к забою, ускоряя эвакуацию шлама вдоль своего корпуса; а при незначительной массе шлама давление на корпус снижается и корпус удлиняется (фиг. 1), увеличивая, тем самым, трение шлама о корпус и задерживая часть шлама в зоне забоя, используя его как абразивный материал, способствующий разработке породы.
Таким образом, конструкция устройства для проходки выработок позволяет более оперативно осуществлять выбор режимов разрушения пород на забое и эффективно вести удаление бурового шлама к устью выработки. Конструкция устройства может быть оснащена системой телеметрического управления и контроля процессов его работы на забое и в любой части ствола выработки.