RU2001268C1 - Скважинный скалолом - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к горному делу и строительству, а именно к скважинным устройствам дл  разрушени  скальных пород и бетона высоким импульсным давлением жидкости.

Известно скважинное устройство дл  разрушени  монолитных объектов импульсным давлением жидкости, включающее корпус с взрывной камерой, ствол с жидкостной камерой, св занной с взрывной камерой, и выхлопные отверсти .

Эффективность действи  этого устройства невысока и характеризуетс  удельным импульсом, приближенно равным

I

РтГ ,

О)

где Рт - амплитуда импульсного давлени  на стенки скважины. МПа;

г- врем  действи  импульса, с.

Величина амплитуды импульсного давлени  в этом выражении, инициируема  давлением пороховых газов во взрывной камере ,  вл етс  важнейшим фактором, определ ющим не только прот женность зоны разрушени , но и саму возможность разрушени  р да материалов с высокой прочностью .

Однако в известном устройстве из-за потери части энергии пороховых газов на сжатие жидкости в жидкостной камере и выхлопных отверсти х амплитуда импульсного давлени  всегда ниже давлени  пороховых газов во взрывной камере. Это снижает эффективность действи  устройства .

Известно также скважинное устройство дл  разрушени  монолитных объектов, включающее взрывную камеру с пороховым зар дом, соединенную с ней жидкостную камеру, выхлопные отверсти  и размещенные в скважине под выхлопными отверсти ми камеры с дополнительными пороховыми зар дами, имеющими торцовые взрыватели, срабатывающие от ударной волны в жидкости.

Эффективность действи  этого устройства также невысока, хот  в нем удаетс  избежать потерь энергии пороховых газов на сжатие жидкости в жидкостной камере и выхлопных отверсти х.

Пороховой зар д по взрывной камере этого устройства играет роль лишь источника гидравлического удара, необходимого дл  срабатывани  торцовых взрывателей, воспламен ющих дополнительные пороховые зар ды в скоажине. Поэтому потери его энергии на сжатие жидкости в жидкостной

камере существенно не вли ют на работу устройства.

В то же врем  пороховые газы дополнительных пороховых зар дов воздействуют непосредственно на расположенные против них стенки скважины без гидравлических потерь.

Амплитуда импульсного давлени , развиваема  этими зар дами, может быть определена по формуле

f Д 10

1 -«Д

-6

(2)

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где Рт - амплитуда импульсного давлени  пороховых газов, МПа; f - сила пороха. Дж;

АШ,

Д у - плотность зар жани  (отношение массы порохового зар да о) к объему V, в котором происходит горение зар да), кг/м3;

а- коволюм пороховых газов, м /кг.

Поскольку сила пороха и коволюм пороховых газов дл  типа примен емого пороха посто нны, давление можно увеличить, лишь варьиру  плотностью зар жани , причем увеличение массы порохового зар да при неизменной плотности зар жани  не приводит к повышению давлени . Вместе с тем, возможность увеличени  плотности зар жани  в известном устройстве ограничена величиной гравиметрической (насыпной) плотности ДГр , завис щей от формы и размеров пороховых зерен. Это обсто тельство не позвол ет получить амплитуду импульсного давлени  в скважине сверх определенной величины (500-700 МПа) и снижает эффективность действи  рассматриваемого известного устройства особенно при разрушении весьма прочных материалов.

Перечисленные недостатки устранены в предлагаемом скважинном скалоломе. В этом скалоломе, включающем взрывную камеру с основным пороховым зар дом и выхлопным отверстием, и размещенную в скважине под выхлопным отверстием камеру с дополнительным пороховым зар дом, последн   снабжена газопроницаемой перегородкой , установленной с возможностью перемещени  в сторону дополнительного порохового зар да под действием пороховых газов основного зар да .

Такое выполнение скважинного скало- лома позвол ет значительно увеличить плотность зар жани  в камере с дополнительным пороховым зар дом (по сравнению с гравиметрической плотностью) как за счет

повышени  его компактности при перемещении газопроницаемой перегородки под действием пороховых газов основного зар да истекающих из взрывной камеры, так и за счет заполнени  свободного пространства между пороховыми зернами дополнительного зар да этими газами, проникающими через газопроницаемую перегородку . При этом раскаленные пороховые газы основного зар да воспламен ют дополнительный пороховой зар д, обеспечива  высокий темп его сгорани  в сокращенном , по сравнению с начальным, объеме, что значительно повышает амплитуду импульсного давлени  в скважине, а также величину удельного импульса.

Предлагаемое устройство  вл етс  изобретением , поскольку обладает следующими отличительными признаками: камера с дополнительным пороховым зар дом снабжена газопроницаемой перегородкой; газопроницаема  перегородка установлена с возможностью перемещени  под действием пороховых газов основного зар да в сторону дополнительного порохового зар да.

Указанные отличительные признаки обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие критерию новизна , так как проведенный патентный поиск не вы вил аналогичных устройств с такой же совокупностью признаков.

Предлагаемый скважинный скалолом соответствует критерию изобретательский уровень, так как данное устройство, характеризуемое названной совокупностью отличительных признаков, не следует  вным образом из уровн  техники, и дл  доказательств его преимуществ по сравнению с аналогичными устройствами необходимо провести сравнительный анализ.

Предлагаемое устройство соответствует критерию промышленно применимо, так как благодар  реализации отличительных признаков у за вл емого скважинного скалолома по вл ютс  новые свойства, обеспечивающие расширение возможности разрушени  материалов любой прочности, в том числе железобетонных массивов, железной руды, прочных базальтов и т.п.

На чертеже представлен продольный разрез одного из вариантов выполнени  рассматриваемого скважинного скалолома.

Во взрывной камере 1. закрытой затвором 2, размещен основной пороховой зар д 3. Камера 1 имеет ствол 4 с выхлопным отверстием 5, установленный в заполненной жидкостью скважине 6, выполненной в разрушаемом объекте 7. Под выхлопным отверстием 5 в скважине 6 размещена камера 8 с дополнительным пороховым зар дом 9 и

перегородкой 10, установленной между зар дом 9 и выхлопным отверстием 5 с возможностью перемещени  в сторону зар да 9. В перегородке 10 выполнено отверстие

11, сообщающее полость камеры 8 с выхлопным отверстием 5. Дл  герметизации порохового зар да 9 и отверсти  5 относительно жидкости в скважине 6 камера 8 может быть выполнена, например, в виде резиновой или

0 пластмассовой оболочки. Дл  удержани  скалолома в скважине при выстреле устройство снабжено приспособлением, выполненным в виде консольно прикрепленного к взрывной камере 1 инерционного элемента

5 12.

Скважинный скалолом работает следующим образом.

После воспламенени  порохового зар да 3 высокотемпературный поток порохо0 вых газов со сверхзвуковой скоростью устремл етс  из взрывной камеры 1 через выхлопное отверстие 5 в сторону камеры 8. Достигнув перегородки 10, эти пороховые газы смещают ее мощным ударным давле5 нием в сторону порохового зар да 9, сжима  его и проника  через сквозное отверстие 11 перегородки 10, заполн ют свободное пространство между пороховыми зернами зар да 9. воспламен   его и

0 резко повыша  давление в камере 8. При этом плотность зар жани  дополнительного зар да 9 значительно превосходит гравиметрическую , как за счет сокращени  занимаемого им объема, так и за счет при5 текающей через отверстие 11 дополнительной массы пороховых газов из камеры 1. В результате чрезвычайно быстрого нарастани  давлени  пороховых газов в камере 8 обеспечиваетс  ускоренный темп сгорани 

0 зар да 9. завис щий, в основном, от давлени  в объеме сгорани . К моменту полного сгорани  зар да 9 пороховые газы разрывают оболочку камеры 8 и, воздейству  на стенки скважины 6, разрушают объект 7.

5 При этом в отличие от известного решени  полностью используетс  энерги  пороховых газов основного зар да 3, нагнетаемых в ту же зону разрушени , что и пороховые газы дополнительного зар да 9.

0Удержание скалолома в скважине обеспечиваетс  инерционным элементом 12, создающим благодар  консольному закреплению расклинивающий эффект. Степень повышени  эффективности

5 промышленного применени , достигаема  предложенным скалоломом по сравнению с прототипом, видна из анализа его работы с конкретными величинами.

Дл  обычно примен емого в технологических пороховых устройствах пироксилинового охотничьего пороха Сокол, зерна которого представл ют собой пластинки толщиной 0,15 мм размером 2 2 мм; f 9 105 Дж/кг; « 0,8 м3/кг; кг/м , максимальна  амплитуда импульсного давлени  дополнительных пороховых зар дов в известном устройстве (прототипе) не может превышать величины Рт 630 МПа.

В то же врем  обьем свободного пространства между пороховыми зернами в камерах этих пороховых зар дов, выраженный в безразмерной форме знаменателем формулы (2), в два раза превышает обьем, занимаемый самими пороховыми зернами о этих камерах.

Поскольку в предлагаемом скоажинном скалоломе это свободное пространство в камере 8 заполн етс  пороховыми газами основного зар да из взрывной камеры 1 и одновременно сокращаетс  начальный обьем камеры 8 за счет перемещени  перегородки 10, плотность зар жани  в камере 8 значительно возрастает и может в два и более раза превышать гравиметрическую начальную плотность.

Тогда, обознача  амплитуду импульсного давлени  при полном сгорании дополнительного зар да 9 через Рт2, получим выражение дл  сравнительного анализа амплитуд импульсного давлени , развиваемого предлагаемым скважинным скалоломом и известным устройством

Ргл2 2(1 -а Дгр)

Рт (1 -а 2 Дгр)

(3)

Подстановка в это выражение конкретных величин а и Дгр показывает, что при повышении плотности зар жани  в два ра0

5

0

5

0

5

за, величина амплитуды импульсного давлени , развиваемого предлагаемым скважин- ным скалоломом, превышает амплитуду импульсного давлени , развиваемого известным устройством в 4,57 раза, т е. достигает значени  величины РГП2 - 2879 МПа.

Кроме того, возрастает и врем  действи  импульсного давлени  за счет полного использовани  энергии пороховых газов дополнительного и основного зар дов дл  работы разрушени .

Следовательно, реализаци  отличительных признаков предлагаемого скважинного скалолома позвол ет повысить амплитуду импульсного давлени  более чем в четыре раза, а неличину удельного импульса примерно в 5 раз, что существенно повышает эффективность предлагаемого скважинного скалолома и позвол ет примен ть его дл  разрушени  материалов любой прочности. При этом, благодар  очень малому времени сгорани  порохового зар да 9, составл ющему всего 1 10J с, услови  его полного сгорани  обеспечиваютс  не прочностью оболочки камеры 8, а инерционностью жидкос1и в скважине. Это позвол ет использовать в качестве оболочки камеры 8 отрезки резиновых шлангов и т.п. материалы .

Предлагаемый скважинный скэлолом сохран ет работоспособность и в сухих скважинах, что расшир ет возможность его использовани  дл  разрушени  трещино- вых и фильтрующих материалов.

(56) Чеченков М.С. Разработка прочных грунтов. Л.: Стройиздат, 1987, с.169-174.

Авторское свидетельство СССР № 1122034, кл. Е 21 С 7/06,1983.

Claims (1)

1. Формула изобретени  СКСАЖИННЫЙ СКАЛОЛОМ,включающий

   взрывную камеру с пороховым зар дом и выхлопным каналом, отличающийс  тем, что скважинный скалолом снабжен камерой с дополнительным пороховым зар дом и газопроницаемой перегородкой, при

   этом газопроницаема  перегородка установлена в камере с дополнительным поро- ховым зар дом с возможностью перемещени  в сторону дополнительного порохового зар да под действием пороховых гозов основного порохового зар да.