УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОХОДКИ СКВАЖИН И ВЫРАБОТОК

Предложение относится к горному делу и используемых для проходки пород устройств, воздействующих на разрушаемую среду энергией струй рабочего агента под давлением.
В настоящее время известны принципиальные направления развития устройств и комплексов для проходки скважин и выработок, из которых наиболее представительными являются устройства, содержащие корпус в виде удлиненного цилиндра, в полости которого размещен генератор рабочего агента, программированное устройство управления работой узлов, рабочий орган, соединенный с рабочим пространством генератора и оснащенный породоразрушающими сопловыми насадками, ориентированными к забою, стенкам и устью скважины [RU 45766, 2004; RU 47041, 2005; RU 2222681, 2004; RU 2240420, 2004, МПК Е21В 7/14, 7/18; E21С 37/16]. Последнее из указанных устройств (RU 2240420) является более прогрессивным по отношению к аналогам, а также является наиболее близким по конструкции и достигаемому эффекту к предлагаемому устройству для проходки скважин и выработок.
Очевидными и существенными недостатками аналогов и прототипа являются высокие удельные затраты рабочего времени и расходы рабочего агента на процесс разрушения пород на забое, на формирование восходящего потока бурового шлама и на выполнение спуско-подъемных операций устройства от устья к забою и обратно. Эти технологические недостатки вызваны несовершенной, исходя из современных требований горной промышленности, конструкцией устройства.
Технической задачей и положительным результатом заявляемого устройства является существенная модернизация и усовершенствование конструкций для повышения производительности выполнения основных операций - проходки скважины, а также снижение затрат на спуско-подъемные и вспомогательные операции; на формирование восходящего потока бурового шлама при одновременной экономии рабочего агента на эти технологические операции.
Это достигается за счет того, что устройство для проходки скважин и выработок в осадочных горных породах содержит корпус в виде удлиненного полого цилиндра, размещенный в полости корпуса генератор рабочего агента, программированное устройство управления, рабочий орган, соединенный с рабочим пространством генератора и оснащенный породоразрушающими сопловыми насадками, ориентированными к забою и к устью скважины, при этом в устройстве рабочий орган дополнительно снабжен механическими резцами, закрепленными на его стенках с возможностью вращения на осях с помощью шарового шарнира, размещенного во втулке, в которой также размещены упорные пружины, соединенные с телом шарнира, у кромки резца выполнены сопловые отверстия в теле рабочего органа, эти сопла имеют кольцевые проточки в своей внутренней стенке, оси которых пересекаются с продольной осью сопел, при этом механические резцы выполнены в виде дисков, закреплены на боковых стенках рабочего органа и на его торцевой стенке, обращенной к забою.
Устройство имеет рабочий орган, соединенный с корпусом посредством подшипникового узла, закрепленного на стенке корпуса.
Устройство характеризуется также тем, что его корпус оснащен стабилизаторами в виде криволинейных пластин, закрепленных снаружи корпуса за торцом, обращенным к устью скважины.
На фиг.1 показан общий вид устройства;
на фиг.2 - конструкция рабочего органа;
на фиг.3, 4, 5 - детали рабочего органа на фиг.2.
Устройство содержит корпус 1 с генератором 2 рабочего агента, рабочий орган 3 с породоразрушающими насадками 4, 5, 6 в виде сопел и рабочие насадки в виде резцов 7, имеющих возможность свободного вращения на шаровых шарнирных осях 8; сопла имеют проточки 9 для генерирования колебаний и обработки резцов на забое, которые установлены под углом к плоскости забоя для более эффективной работы, при этом резцы 7 закреплены на боковых сторонах рабочего органа, а резцы 10 - на его нижней торцевой стенке. Рабочий орган 3 смонтирован на корпусе при помощи кольцевого подшипникового узла 11, обеспечивающего вращение при разработке забоя; для этой же цели на обратном торце корпуса закреплены стабилизаторы 12. Такая конструкция устройства обеспечивает наиболее эффективное образование скважин и выработок в осадочных породах и мерзлых грунтах, которому также способствуют подпружиненные - 13 шаровые шарниры 8 и набор сопел вместе с резцами, где оси части сопел ориентированы на режущие кромки резцов, а другая часть сопел ориентирована к забою, к стенкам и к устью скважины. Управление работой устройства осуществляют с помощью программированного устройства управления 14.
Работа устройства осуществляется следующим образом. С помощью устройства 14 бортового компьютера, имеющего шесть управляющих команд (включение, регулирование работы генератора, расхода рабочего агента, давления и температуры на забое; выключение) включают генератор рабочего агента, подают его в рабочий орган 3, из которого, через сопловые насадки 4 и 5 рабочий агент воздействует на забой, а из насадок 6 - формирует восходящий к устью поток бурового шлама.
При вращении рабочего органа с помощью подшипникового узла 11 и с помощью стабилизаторов 12 (установленных под углом к оси корпуса) в работу включают резцы 10 и резцы 7, которые совместно с сопловыми насадками 4 и 5 осуществляют разрушение породы на забое, а сопла 6 формируют восходящий к устью поток бурового шлама. После проходки скважины устройство (фиг.1) извлекают из ствола с помощью троса или - самовыходом к устью скважины; в этих процессах работу генератора 2 и указанных сопел не останавливают до полной очистки ствола скважины от витающих частиц породы.
3
Такое выполнение устройства для проходки скважин и выработок позволяет вести технологические операции с существенным снижением расхода рабочего агента (на 12-15% или на 0,7-1,0 м на 1 пог. м), одновременно увеличивая выработку по разрушению и эвакуации бурового шлама. Это делает конструкцию устройства более прогрессивной при проходке горных пород и мерзлых грунтов в районах Севера, в частности, в зонах вечной мерзлоты.