ЩЕЛЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к подземной добыче полезных ископаемых, предназначена для образования инициирующих полостей в массиве горных пород при выполнении направленного флюидоразрыва.
Использование направленного флюидоразрыва позволяет исключать зависание пород труднообрушаемой кровли в очистных забоях, ликвидировать динамические воздействия на механизированные комплексы в период длительного зависания пород кровли, обеспечивать сохранность повторно используемых горных выработок в зоне очистных работ. Щелеобразователь нарезает полости, обеспечивающие направленность движения флюида.
Известно устройство для образования поперечных зародышевых трещин в массиве горных пород с целью его направленного разупрочнения по патенту RU 2359124, Е21С 37/00, опубл. 20.06.2009, включающее корпус, в котором выполнены продольные окна и перекрестно установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны, и пружину возврата толкателя. Режущие органы установлены с возможностью выхода режущих частей из продольных окон корпуса по указанным уклонам при перемещении толкателя. Перекрестные оппозитные направляющие уклоны имеют фигурный профиль и выполнены на толкателе, который установлен с возможностью входа в корпус.
Недостатком этого устройства является сниженная надежность за счет того, что в конструкции отсутствует решение, обеспечивающее фиксацию режущих органов в исходном положении, что может привести к самопроизвольному выходу режущего органа из корпуса и, как следствие, заклиниванию устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является щелеобразователь по патенту RU 129148, Е21С 37/00, опубл. 20.06.2013, включающий корпус с продольными окнами, в которых установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны, пружину возврата толкателя и пружину для фиксации режущих органов. Режущие органы установлены с возможностью выхода режущих частей из продольных окон корпуса по оппозитным направляющим уклонам при перемещении толкателя. Пружина фиксации режущих органов выполнена в виде винтовой цилиндрической пружины сжатия и установлена между торцовыми частями режущих органов и толкателем через направляющую втулку, при этом торцовые части режущих органов выполнены прямолинейными и перпендикулярными к оси толкателя при максимально вдвинутом положении режущих органов.
Недостатком этого устройства является сложность изготовления и эксплуатации вследствие большого количества узлов и деталей. Это не гарантирует надежную работу щелеобразователя такой конструкции. При истирании режущих органов их замена без полной разборки корпуса невозможна.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение надежности работы устройства.
Повышение надежности работы щелеобразователя предполагается за счет исключения несанкционированного срабатывания устройства. При этом упрощается конструкция, а также достигается возможность быстрой замены режущих органов при износе.
Предлагается щелеобразователь, включающий корпус с продольными окнами и перекрестно установленные в них режущие органы, шток, перекрестные оппозитные направляющие уклоны, пружину возврата штока и, режущие органы, установленные с возможностью выхода режущих частей из продольных окон корпуса по оппозитным направляющим уклонам при перемещении штока.
Отличием является то, что дополнительно в продольных окнах установлены штифты, имеющие круглое сечение диаметром до 3 мм для фиксации режущих органов в исходном положении относительно указанных уклонов, а режущие органы закреплены на штоке разборной осью.
Режущие органы установлены с возможностью выхода режущих частей из продольных окон корпуса по оппозитным направляющим уклонам при перемещении штока. Согласно техническому решению при перемещении штока внутренняя часть резца поддерживается штифтом, а внешняя - направляющими уклонами.
Указанная совокупность признаков позволяет существенно повысить надежность работы щелеобразователя и упростить его изготовление. Предложенная конструкция щелеобразователя обеспечивает быструю замену режущих органов при их износе.
Сущность технического решения поясняется описанием конструкции щелеобразователя и чертежами фиг. 1-3, где:
На фиг. 1 изображен общий вид щелеобразователя в продольном разрезе с положением режущих органов в сжатом состоянии;
На фиг. 2 показан щелеобразователь с положением режущих органов в раздвинутом состоянии;
На фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1.
Щелеобразователь включает цилиндрический корпус 1 (фиг. 1, 2), в котором выполнены продольные вырезы (окна) 2, штифты 3, предназначенные для предотвращения самопроизвольного выпадения резцов. Штифты имеют круглое сечение и диаметр до 3 мм, что является удачным конструктивным решением. Штифты, не перегружая конструкцию щелеобразователя, надежно предотвращают от самопроизвольного выпадения резцы. Штифты 3 выполнены из стали, т.е. в данном случае способны прочно удерживать вес резцов, имеют круглое сечение диаметром до 3 мм, что конструктивно является достаточным для поддержания резцов и их фиксации, т.е. повышается надежность работы щелеобразователя, исключается несанкционированное его срабатывание. При этом диаметр до 3 мм является в данном случае оптимальным, штифты, имеющие круглое сечение и диаметр более 3 мм в данном случае не приемлемы из-за общих параметров предлагаемой полезной модели, что затруднит ее использование по целевому назначению, приведет к увеличению ее размеров и стоимости. В прототипе для поддержания резцов используется пружина возврата. Признаки полезной модели «в продольных окнах установлены штифты, имеющие круглое сечение диаметром до 3 мм для фиксации режущих органов в исходном положении относительно указанных уклонов», являются существенными и находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом, способствуют повышению надежности работы устройства.
На внутренней поверхности корпуса 1, в его головной части, профрезерованы перекрестные оппозитные (противоположные) направляющие уклоны 4 (далее - направляющие уклоны). Внутри корпуса 1 установлен шток 5. Шток 5 с одной стороны имеет резьбу для присоединения к буровому ставу, а с противоположной - проушину 6, на которой посредством разборной оси 7 закреплены режущие органы 8. Разборная ось 7 состоит из двух элементов, соединенных между собой резьбовым соединением (не показано). Разборная ось 7 закреплена на штоке 5, что конструктивно оправдано. Шток 5 является основой для формирования всей конструкции щелеобразователя. Наличие разборной оси 7 позволяет своевременно заменять режущие элементы 8, надежно закреплять их, что повышает надежность работы устройства в целом. Наличие разборной оси 7, состоящей из двух элементов соединенных резьбовым соединением позволяет осуществлять замену режущих элементов 8 без разборки корпуса щелеобразователя. Следовательно, сокращается время ремонта, отсутствует необходимость использования щелеобразователя с дефектными резцами (из-за экономии времени), что значительно повышает надежность работы устройства, исключается выпадение резцов, т.к. обеспечивается их своевременная замена. Признак «режущие органы закреплены на штоке разборной осью» является существенным и находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.
Пружина возврата штока 9 установлена на штоке 5 между упорным кольцом 10 и торцом корпуса 1. Наличие одной пружины вместо двух, как в прототипе (отличие) значительно упрощает конструктивное решение полезной модели. Для фиксации штока 5 в корпусе 1 щелеобразователя используется подпорная гайка 11, фиксация гайкой 11 штока 5 повышает надежность его закрепления, а, следовательно, и надежность работы всего устройства.
Щелеобразователь работает следующим образом: к штоку 5 посредством резьбового соединения присоединяется жесткий став бурового станка, и щелеобразователь вводится в заранее пробуренную скважину до соприкосновения головной части щелеобразователя с забоем скважины. В исходном положении режущие органы 8 при помощи штока 5, проушины штока 6, оси 7 и штифтов 3 находятся во вдвинутом в корпус положении.
При включении подачи бурового става в сторону забоя скважины в щелеобразователе возникает осевое усилие, под действием которого шток 5 начинает поступательно вдвигаться в корпус 1, а режущие органы 8 по направляющим уклонам 4 выходят режущей частью из корпуса 1 через продольные окна 2 и нарезают в стенках скважины инициирующую полость тарельчатой формы. При этом происходит постепенное сжатие пружины 9 возврата. После полного прорезания инициирующей полости проушина штока 6 упирается в торец корпуса 1, останавливая перемещение штока 5 и дальнейший выход режущих органов 8.
Промывка скважины и удаление штыба, образованного при нарезании инициирующей полости, осуществляется промывочно-охлаждающей жидкостью, подающейся через внутренние отверстия бурового става, сквозное отверстие в штоке 5 и направляющие уклоны 4.
После завершения работы шток 5 возвращается в исходное положение под действием пружины 9, и режущие органы 8 под действием штифтов 3 занимают первоначальное положение.
Все признаки полезной модели удачно подобраны и объединены в единое техническое решение. Проведены испытания опытного образца щелеобразователя и на практике подтверждены существенность всех признаков независимого пункта формулы полезной модели. Щелеобразователь удобен в использовании, экономичен, надежен в работе, полностью исключается его несанкционированное срабатывание. Все признаки независимого пункта формулы в совокупности являются существенными, т.к. повышают надежность работы щелеобразователя, т.е. находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.