RU2229596C1 - Device for directed destruction of rock - Google Patents
Device for directed destruction of rock Download PDFInfo
- Publication number
- RU2229596C1 RU2229596C1 RU2002129857/03A RU2002129857A RU2229596C1 RU 2229596 C1 RU2229596 C1 RU 2229596C1 RU 2002129857/03 A RU2002129857/03 A RU 2002129857/03A RU 2002129857 A RU2002129857 A RU 2002129857A RU 2229596 C1 RU2229596 C1 RU 2229596C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydraulic cylinder
- newtonian fluid
- piston
- rock
- nozzle
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для направленного разрушения горной породы с целью добычи ценного кристаллического сырья, строительства дорог и туннелей в гористой местности, разборки завалов и сооружений, дробления негабаритов.The proposed technical solution relates to mining and can be used for directional destruction of rock in order to extract valuable crystalline raw materials, build roads and tunnels in mountainous areas, dismantle debris and structures, crush oversized materials.
Известно скважинное устройство для образования направленных трещин по патенту РФ № 2167295, кл. Е 21 С 37/06, опубл. в БИ №14, 2001. Оно включает трубу, герметизирующую втулку, надетую на конец трубы, узел вращения трубы относительно герметизирующей втулки, шток, размещенный в трубе с возможностью продольного перемещения, вибратор, закрепленный на конце штока, и штуцер для нагнетания рабочей жидкости в трубу. На конце трубы со стороны герметизирующей втулки выполнена коническая резьба, а на другом ее конце надет стакан с центральным отверстием в дне. Шток пропущен через трубу и центральное отверстие в дне стакана и выполнен с кольцевым упором в дно стакана изнутри и кольцевым выступом на свободном от вибратора конце. По всей длине боковой поверхности кольцевого выступа выполнена винтовая канавка. Герметизирующая втулка выполнена из упругопластичного материала. Штуцер для нагнетания рабочей жидкости установлен на трубе между кольцевым упором и кольцевым выступом штока.Known downhole device for the formation of directed cracks according to the patent of the Russian Federation No. 2167295, class. E 21 C 37/06, publ. in BI No. 14, 2001. It includes a pipe, a sealing sleeve, worn on the end of the pipe, a node for rotating the pipe relative to the sealing sleeve, a rod placed in the pipe with the possibility of longitudinal movement, a vibrator mounted on the end of the rod, and a fitting for pumping the working fluid into the pipe. A conical thread is made at the end of the pipe from the side of the sealing sleeve, and a glass with a central hole in the bottom is put on its other end. The rod is passed through the pipe and the central hole in the bottom of the glass and is made with an annular stop in the bottom of the glass from the inside and an annular protrusion at the end free from the vibrator. A helical groove is made along the entire length of the side surface of the annular protrusion. The sealing sleeve is made of an elastoplastic material. The nozzle for pumping the working fluid is installed on the pipe between the annular stop and the annular protrusion of the rod.
Устройство предназначено для образования наплавленных трещин в скважинах. При отсутствии скважин оно не может быть использовано для разрушения горной породы. Это обусловливает относительно низкую эффективность работы устройства и ограничивает область его применения, ибо бурение скважин трудоемко и не всегда возможно.The device is intended for the formation of deposited cracks in the wells. In the absence of wells, it cannot be used to destroy rock. This leads to a relatively low efficiency of the device and limits its scope, because well drilling is time-consuming and not always possible.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для направленного разрушения горной породы по авторскому свидетельству СССР № 1786255, кл. Е 21 С 37/00, 37/12, опубл. в БИ № 1, 1993. Оно включает гидроцилиндр с обратным клапаном, ударный поршень и насадок, установленный в под поршневой части гидроцилиндра и примыкающий своей боковой поверхностью к внутренней поверхности гидроцилиндра с возможностью осевого перемещения. Подпоршневая часть гидроцилиндра выполнена в продольном сечении шестиугольной формы, а насадок выполнен в виде двух раздвижных щек с твердосплавными наконечниками. При этом щеки имеют в продольном сечении форму неправильных четырехугольников, образующих при смыкании клин с обращенным к поршню основанием и треугольным углублением в нем.The closest in technical essence and the achieved result is a device for directed destruction of rock according to the author's certificate of the USSR No. 1786255, class. E 21 C 37/00, 37/12, publ. in BI No. 1, 1993. It includes a hydraulic cylinder with a non-return valve, an impact piston and nozzles installed in the under the piston part of the hydraulic cylinder and adjoining its lateral surface to the inner surface of the hydraulic cylinder with the possibility of axial movement. The under-piston part of the hydraulic cylinder is made in a longitudinal section of a hexagonal shape, and the nozzles are made in the form of two sliding cheeks with carbide tips. At the same time, the cheeks are in the longitudinal section in the form of irregular quadrangles, which, when closed, form a wedge with a base facing the piston and a triangular recess in it.
Устройство предназначено для разрыва горной породы низковязкой жидкостью и лишь в одной плоскости. Имеет обратный клапан, снижающий надежность. Это обусловливает сравнительно низкую эффективность работы устройства.The device is designed to break the rock with a low-viscosity fluid and only in one plane. Has a non-return valve that reduces reliability. This leads to a relatively low efficiency of the device.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в повышении эффективности работы устройства за счет возможности использования для разрыва горной породы неньютоновской жидкости и формирования трещин в нескольких плоскостях одновременно.The problem solved by the present invention is to increase the efficiency of the device due to the possibility of using non-Newtonian fluid to break the rock and the formation of cracks in several planes at the same time.
Задача решается тем, что в устройстве для направленного разрушения горной породы, включающем гидроцилиндр, ударный поршень и насадок в виде раздвижных щек с твердосплавными наконечниками, установленный в под поршневой части гидроцилиндра и примыкающий своей боковой поверхностью к внутренней поверхности гидроцилиндра с возможностью осевого перемещения, согласно предлагаемому техническому решению к гидроцилиндру через радиальное отверстие подсоединен механизм подачи неньютоновской жидкости, на внутренней поверхности гидроцилиндра выполнена винтовая канавка, с помощью которой указанное радиальное отверстие соединено с подпоршневой частью гидроцилиндра, а на внешней поверхности насадка выполнены кольцевые пазы, в которых установлены кольца из упругого материала для устранения продольного перемещения раздвижных щек относительно друг друга.The problem is solved in that in a device for directional rock destruction, including a hydraulic cylinder, an impact piston and nozzles in the form of sliding cheeks with carbide tips, mounted in the under the piston of the hydraulic cylinder and adjoining its lateral surface to the inner surface of the hydraulic cylinder with the possibility of axial movement, according to the proposed a technical solution to the hydraulic cylinder through a radial hole connected to the non-Newtonian fluid supply mechanism on the inner surface of the hydraulic cylinder a helical groove is made, with the help of which the indicated radial hole is connected to the under-piston part of the hydraulic cylinder, and annular grooves are made on the outer surface of the nozzle, in which rings of elastic material are installed to eliminate the longitudinal movement of the sliding cheeks relative to each other.
В результате подсоединения к гидроцилиндру через радиальное отверстие механизма подачи неньютоновской жидкости и выполнения на внутренней поверхности гидроцилиндра винтовой канавки, с помощью которой указанное радиальное отверстие соединено с подпоршневой частью гидроцилиндра, предлагаемое устройство способно осуществлять разрыв горной породы неньютоновской жидкостью. Благодаря кольцевым пазам на внешней поверхности насадка, в которых установлены с возможностью радиального расширения кольца из упругого материала для устранения продольного перемещения раздвижных щек относительно друг друга, насадок можно составлять из множества (более двух) раздвижных щек. В совокупности это повышает эффективность работы устройства за счет разрыва горной породы неньютоновской жидкостью и формирования трещин в нескольких плоскостях одновременно.As a result of connecting to the hydraulic cylinder through the radial hole of the non-Newtonian fluid supply mechanism and performing on the inner surface of the hydraulic cylinder of the helical groove, with the help of which the specified radial hole is connected to the under-piston part of the hydraulic cylinder, the proposed device is capable of breaking the rock with non-Newtonian fluid. Due to the annular grooves on the outer surface of the nozzle, in which the rings of elastic material are mounted with the possibility of radial expansion to eliminate the longitudinal movement of the sliding cheeks relative to each other, the nozzles can be composed of many (more than two) sliding cheeks. Together, this increases the efficiency of the device due to the fracture of the rock by a non-Newtonian fluid and the formation of cracks in several planes simultaneously.
Целесообразно, чтобы раздвижные щеки образовывали усеченный конус, к большему основанию которого примыкает правильная пирамида, и чтобы при этом плоскости взаимных контактов раздвижных щек проходили через ось усеченного конуса и ребра правильной пирамиды, а малое основание усеченного конуса было обращено к ударному поршню. Это позволяет ориентировать плоскости разрыва горной породы, а через зазоры, образующиеся между раздвижными щеками при их расхождении в радиальном направлении, подавать неньютоновскую жидкость в формируемые трещины.It is advisable that the sliding cheeks form a truncated cone with a regular pyramid adjacent to the larger base, and so that the planes of mutual contacts of the sliding cheeks pass through the axis of the truncated cone and the edges of the regular pyramid, and the small base of the truncated cone faces the shock piston. This makes it possible to orient the planes of rock fracture, and through the gaps formed between the sliding cheeks when they diverge in the radial direction, apply non-Newtonian fluid to the formed cracks.
Целесообразно, чтобы при этом правильная пирамида была бы треугольной. Это позволяет одновременно образовывать три трещины под углом 120° друг к другу и тем самым обеспечивать условие устойчивого развития системы трещин таким образом, что формируемые трещины способствуют взаимному росту.It is advisable that the regular pyramid be triangular. This allows you to simultaneously form three cracks at an angle of 120 ° to each other and thereby provide a condition for the sustainable development of the system of cracks in such a way that the formed cracks contribute to mutual growth.
Целесообразно корпус механизма подачи неньютоновской жидкости выполнить в виде трубы с продольной прорезью и снабдить штоком. установленным с возможностью возвратно-поступательного движения. Это позволяет подавать неньютоновскую жидкость порциями заданного объема, запирать канал подвода неньютоновской жидкости в гидроцилиндр во время действия ударной нагрузки, осуществлять дозаправку механизма подачи неньютоновской жидкости в процессе работы.It is advisable to make the case of the non-Newtonian fluid supply mechanism in the form of a pipe with a longitudinal slot and provide it with a stock. installed with the possibility of reciprocating motion. This allows you to supply non-Newtonian fluid in portions of a given volume, to lock the channel for supplying non-Newtonian fluid to the hydraulic cylinder during shock, to refuel the non-Newtonian fluid supply mechanism during operation.
Целесообразно корпус механизма подачи неньютоновской жидкости снабдить емкостью с каналом подвода ее содержимого к продольной прорези трубы. Это дает возможность механизировать заправку механизма подачи неньютоновской жидкости.It is advisable to provide the body of the non-Newtonian fluid supply mechanism with a container with a channel for supplying its contents to the longitudinal slot of the pipe. This makes it possible to mechanize the filling of the non-Newtonian fluid supply mechanism.
Целесообразно в корпусе механизма подачи неньютоновской жидкости выполнить радиальное отверстие, в котором установить штуцер для нагнетания жидкого компонента неньютоновской жидкости. Это позволяет изменять соотношение компонентов неньютоновской жидкости и тем самым регулировать ее текучесть в процессе работы устройства.It is advisable in the housing of the non-Newtonian fluid supply mechanism to make a radial hole in which to install a fitting for pumping the liquid component of the non-Newtonian fluid. This allows you to change the ratio of the components of non-Newtonian fluid and thereby regulate its fluidity during operation of the device.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежами.The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design and drawings.
На фиг.1 показано устройство для направленного разрушения горной породы, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.Figure 1 shows a device for directional destruction of rock, a longitudinal section; figure 2 is a section aa in figure 1.
Устройство для направленного разрушения горной породы (фиг.1) состоит из гидроцилиндра 1 с конусным расширением 2 на конце, продольными прорезями 3, винтовой канавкой 4 на внутренней поверхности гидроцилиндра 1 и радиальным отверстием 5. На конце гидроцилиндра 1 со стороны конусного расширения 2 по окружности выполнены дополнительные отверстия 6. В гидроцилиндре 1 установлен насадок 7, примыкающий своей боковой поверхностью к внутренней поверхности конусного расширения 2 с возможностью осевого перемещения. Насадок 7 состоит из раздвижных щек 8 (фиг.2), образующих усеченный конус, к большему основанию которого примыкает правильная пирамида. Со стороны малого основания усеченного конуса в насадке 7 выполнено несквозное осевое отверстие 9. На боковой поверхности усеченного конуса имеются кольцевые пазы 10, в которых установлены кольца 11 из упругого материала, исключающие возможность продольного перемещения раздвижных щек 8 относительно друг друга. В дополнительных отверстиях 6 установлены штыри 12 от выпадения насадка 7 из гидроцилиндра 1 во время транспортирования устройства. В гидроцилиндр 1 введен ударный поршень 13 (далее поршень 13) с двухступенчатым кольцевым выступом 14 на выходящем из гидроцилиндра 1 конце, поперечным отверстием 15 и кольцевым пазом 16, в котором установлено уплотнительное кольцо (не обозначено). При этом насадок 7 расположен в под поршневой части гидроцилиндра 1. Поршень 13 пропущен через шайбу 17, установленную на свободном от конусного расширения 2 торце гидроцилиндра 1. На поршень 13 между ступенью (с большим радиусом) кольцевого выступа 14 и шайбой 17 надета пружина 18. В поперечном отверстии 15 через продольные прорези 3 установлен стержень 19, длина которого больше диаметра поршня 13. К отверстию 5 подсоединен механизм подачи неньютоновской жидкости, который имеет корпус 20 в виде двух соединенных торцами и имеющих единую ось труб с разными диаметрами. В корпусе 20 установлен притертый к внутренней его поверхности шток 21 с кольцевым выступом 22, который выполняет функцию поршня. На корпус 20 со стороны торца с большим диаметром навинчен стакан 23 с отверстием (не обозначено), в котором установлен штуцер 24. Для установки штока 21 в исходное положение в корпусе 20 выполнено радиальное отверстие с резьбой (не обозначено), в котором установлен штуцер 25. Механизм подачи неньютоновской жидкости снабжен емкостью 26 с каналом подвода ее содержимого к продольной прорези (не обозначена), выполненной в трубе (корпусе 20). Свободный от стакана 23 конец корпуса 20 подсоединен к гидроцилиндру 1 с помощью втулки 27 и стопорной гайки 28. Емкость 26 заполнена сыпучим материалом 29. В корпусе 20 выполнено радиальное отверстие с резьбой (не обозначено), в которое вкручен штуцер 30 для нагнетания в зону приготовления неньютоновской жидкости 31 ее жидкого компонента. Гидроцилиндр 1 своим торцом со стороны конусного расширения 2 уперт в поверхность 32 горной породы, в которой образуют лунку 33 и трещины 34.A device for the directed destruction of rock (Fig. 1) consists of a hydraulic cylinder 1 with a conical extension 2 at the end, longitudinal slots 3, a helical groove 4 on the inner surface of the hydraulic cylinder 1 and a radial hole 5. At the end of the hydraulic cylinder 1 from the side of the conical expansion 2 around additional openings are made 6. In the hydraulic cylinder 1, nozzles 7 are installed, adjoining with their lateral surface to the inner surface of the conical extension 2 with the possibility of axial movement. Nozzles 7 consists of sliding cheeks 8 (figure 2), forming a truncated cone, to the larger base of which adjoins the regular pyramid. From the side of the small base of the truncated cone, a non-through axial hole 9 is made in the nozzle 7. On the lateral surface of the truncated cone there are annular grooves 10 in which rings 11 of elastic material are installed that exclude the possibility of longitudinal movement of the
Малое основание усеченного конуса насадка 7 обращено в сторону поршня 13. Плоскости взаимных контактов щек 8 проходят через ребра правильной пирамиды и ось усеченного конуса. Количество щек 8 определяет число одновременно формируемых трещин 34. Щеки 8 выполнены из твердого сплава либо снабжены твердосплавными вставками (не показано), которые расположены в вершине правильной пирамиды. Кольца 11 из упругого материала для устранения продольного перемещения раздвижных щек 8 относительно друг друга изготовлены из одного или нескольких витков стальной проволоки. Они позволяют щекам 8 свободно раздвигаться в радиальном направлении, но исключают возможность их продольного перемещения относительно друг друга.The small base of the truncated cone nozzle 7 is facing the piston 13. The plane of mutual contact of the
Высоту ступени с меньшим диаметром кольцевого выступа 14 поршня 13 выбирают такой, чтобы при ее контакте с шайбой 17 пружина 18 не подвергалась динамическому воздействию ударной нагрузки. Ход поршня 13 задают расстоянием от стержня 19 до кольцевого выступа 14. Продольную прорезь 3 в гидроцилиндре 1 делают длиннее хода поршня 13.The height of the step with a smaller diameter of the annular protrusion 14 of the piston 13 is chosen so that when it contacts the washer 17, the spring 18 is not subjected to dynamic impact loads. The stroke of the piston 13 is set by the distance from the rod 19 to the annular protrusion 14. The longitudinal slot 3 in the hydraulic cylinder 1 is made longer than the stroke of the piston 13.
Отверстие 5 соединено с подпоршневой частью гидроцилиндра 1 витовой канавкой 4. Ее параметры (поперечное сечение и число витков) определяются требованиями к сопротивлению, которое винтовая канавка 4 должна оказывать неньютоновской жидкости 31 в статическом и динамическом режимах нагнетания.The hole 5 is connected to the under-piston part of the hydraulic cylinder 1 by a spiral groove 4. Its parameters (cross-section and the number of turns) are determined by the requirements for the resistance that the spiral groove 4 must exert non-Newtonian fluid 31 in the static and dynamic injection modes.
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.
Устройство прикрепляют к стреле самоходной машины и с ее помощью со стороны конусного расширения 2 гидроцилиндра 1 придавливают к поверхности 32 горной породы. Через отверстие 5 и винтовую канавку 4 в гидроцилиндр 1 между поршнем 13 и насадком 7 подают неньютоновскую жидкость 31 путем перемещения штока 21 в направлении отверстия 5. Поддавливая шток 21 нагнетаемой через штуцер 24 жидкостью (маслом), к поршню 13 со стороны его кольцевого выступа 14 прикладывают нагрузку ударными импульсами. Ударные импульсы через поршень 13, неньютоновскую жидкость (практически несжимаемую) и насадок 7 воздействуют на поверхность 32 горной породы и образуют в ней лунку 33. Насадок 7 проникает в лунку 33 до упора конусного расширения 2 гидроцилиндра 1 в поверхность 32. После этого дальнейшее проникновение насадка 7 в лунку 33 сопровождается раздвижением его щек 8, между которыми начинает проникать неньютоновская жидкость 31 и оказывать дополнительное силовое воздействие на горную породу. В результате в горной породе от одновременного воздействия на нее неньютоновской жидкости 31 и щек 8 насадка 7 возникают трещины 34. Дальнейшее развитие трещин 34 происходит под действием давления проникающей в них неньютоновской жидкости 31. Максимальные размеры трещин 34, которые можно сформировать в конкретных условиях, определяются техническими параметрами устройства, свойством неньютоновской жидкости 31 и режимом ее нагнетания. Создав трещины 34 предельных (максимальных) размеров, устройство перемещают в другую точку для продолжения работ по разрушению горной породы.The device is attached to the boom of a self-propelled machine and with its help from the conical extension 2 of the hydraulic cylinder 1 is pressed to the surface 32 of the rock. Non-Newtonian fluid 31 is fed through the bore 5 and the helical groove 4 into the hydraulic cylinder 1 between the piston 13 and the nozzle 7 by moving the rod 21 in the direction of the bore 5. Pressing the rod 21 by the fluid (oil) pumped through the fitting 24 to the piston 13 from the side of its annular projection 14 apply load by shock pulses. Impact pulses through the piston 13, non-Newtonian fluid (practically incompressible) and nozzles 7 act on the rock surface 32 and form a hole 33 in it. The nozzle 7 penetrates into the hole 33 until the conical expansion 2 of the hydraulic cylinder 1 stops against the surface 32. After that, the nozzle penetrates further 7 into the hole 33 is accompanied by the extension of its
Предлагаемым устройством разрушение горной породы производят пластичным веществом (неньютоновской жидкостью 31) типа пластилина, обладающего высоким сопротивлением изменению формы. Такие вещества не могут подаваться насосами, предназначенными для нагнетания обычной жидкости. Известные конструкции клапанов также не работают в таких условиях. Поэтому устройство снабжено механизмом подачи неньютоновской жидкости. Вместо клапана на внутренней поверхности гидроцилиндра 1 выполнена винтовая канавка 4 (далее канавка 4), соединяющая радиальное отверстие 5, через которое подается неньютоновская жидкость 31, с подпоршневой частью гидроцилиндра 1. Канавка 4 оказывает слабое сопротивление движению неньютоновской жидкости 31 при статическом режиме ее нагнетания, но очень сильное при импульсном режиме нагнетания. Поршень 13 при перемещении в сторону насадка 7 перекрывает витки канавки 4, резко увеличивая сопротивление движению неньютоновской жидкости 31. Когда поршень 13 находится в верхнем положении, и неньютоновская жидкость 31 через отверстие 5 подается в статическом режиме, сопротивление канавки 4 прохождению через нее неньютоновской жидкости 31 оказывается минимальным. По мере перемещения поршня 13 под действием ударной нагрузки в направлении насадка 7 сопротивление канавки 4 возрастает до максимального значения. Кроме этого, в момент приложения к поршню 13 ударной нагрузки отверстие 5 перекрыто штоком 21, который поддавливается давлением жидкости, подаваемой через штуцер 24. В результате неньютоновская жидкость 31 может вытесняться из гидроцилиндра 1 только через насадок 7 в трещины 34.The proposed device destruction of the rock produce plastic substance (non-Newtonian fluid 31) type plasticine, which has a high resistance to shape change. Such substances cannot be supplied by pumps designed to pump ordinary liquid. Known valve designs also do not work in such conditions. Therefore, the device is equipped with a non-Newtonian fluid supply mechanism. Instead of a valve, a helical groove 4 (hereinafter groove 4) is made on the inner surface of the hydraulic cylinder 1, connecting the radial hole 5 through which the non-Newtonian fluid 31 is supplied with the under-piston part of the hydraulic cylinder 1. The groove 4 has little resistance to the movement of the non-Newtonian fluid 31 during the static pumping mode, but very strong in pulsed discharge mode. When moving toward the nozzle 7, the piston 13 overlaps the turns of the groove 4, sharply increasing the resistance to movement of the non-Newtonian fluid 31. When the piston 13 is in the upper position and the non-Newtonian fluid 31 is fed through the hole 5 in the static mode, the resistance of the groove 4 to the passage of the non-Newtonian fluid 31 through it It turns out to be minimal. As the piston 13 moves under the action of the shock load in the direction of the nozzle 7, the resistance of the groove 4 increases to a maximum value. In addition, at the time of application of the shock load to the piston 13, the hole 5 is blocked by the rod 21, which is pressurized by the fluid supplied through the nozzle 24. As a result, the non-Newtonian fluid 31 can be displaced from the hydraulic cylinder 1 only through the nozzles 7 into the
Лунка 33 задает ориентацию плоскостей, в которых формируются трещины 34 (происходит разрушение). Поэтому ее надо создавать в первую очередь (до воздействия на горную породу неньютоновской жидкостью 31). Для этого насадок 7 имеет форму усеченного конуса, примыкающего боковой поверхностью к внутренней поверхности конусного расширения 2, из-за чего до контакта гидроцилиндра 1 с поверхностью 32 щеки 8 насадка 7 раздвигаться не могут и тем самым образуют непроницаемую для неньютоновской жидкости 31 заглушку. Лунка 33 формируется только в результате внедрения насадка 7 в горную породу под действием ударных импульсов. Ее можно рассматривать как отпечаток насадка 7 на поверхности 32. Количество граней в лунке 33 соответствует форме вершины правильной пирамиды. После контакта гидроцилиндра 1 с поверхностью 32 щеки 8 насадка 7 получают возможность с углублением в лунку 33 расходиться в радиальном направлении. С этого момента они стремятся раздвинуть грани лунки 33 как за счет внедрения насадка 7 в горную породу, так и за счет давления неньютоновской жидкости 31 на поверхность отверстия 9. Из-за того, что плоскости взаимных контактов щек 8 проходят через ребра пирамиды и ось усеченного конуса, по линиям смыкания граней лунки 33 концентрируются и возрастают растягивающие напряжения до разрыва горной породы с образованием трещин 34.Well 33 defines the orientation of the planes in which cracks 34 form (destruction occurs). Therefore, it must be created first of all (before exposure to the rock by a non-Newtonian fluid 31). For this, nozzles 7 have the shape of a truncated cone adjacent to the inner surface of the conical expansion 2 by their lateral surface, because of which, until the hydraulic cylinder 1 contacts the surface 32 of the
Предлагаемым устройством реализуется идея направленного разрушения горной породы путем образования в ней трещин по заданным плоскостям. Согласно механике хрупкого разрушения развивающиеся трещины взаимодействуют между собой. Если угол между двумя трещинами меньше 90°, то каждая из них своим полем сдавливает другую и тем самым мешает ее развитию. В этом случае преимущественно развивается трещина с наибольшими размерами. Вместе с этим существуют условия, при которых трещины способствуют развитию друг друга. Эти условия возникают при веерном расположении трех трещин и угле между двумя любыми трещинами в пределах от 90° до 180°. Причем, как показали эксперименты, наиболее устойчивое и равномерное развитие одновременно трех трещин происходит тогда, когда угол между двумя любыми трещинами составляет 120°. Для выполнения этого условия предполагается щекам 8 насадка 7 придавать такую форму, чтобы примыкающая к большому основанию усеченного конуса правильная пирамида оказывалась треугольной.The proposed device implements the idea of directed destruction of the rock by the formation of cracks in it along predetermined planes. According to the mechanics of brittle fracture, developing cracks interact with each other. If the angle between two cracks is less than 90 °, then each of them compresses the other with its own field and thereby interferes with its development. In this case, the crack with the largest dimensions predominantly develops. Along with this, there are conditions under which cracks contribute to the development of each other. These conditions arise when the fan arrangement of three cracks and the angle between any two cracks ranging from 90 ° to 180 °. Moreover, as experiments have shown, the most stable and uniform development of three cracks simultaneously occurs when the angle between any two cracks is 120 °. To fulfill this condition, it is assumed that the
Известные нагнетательные установки не предназначены для подачи неньютоновской жидкости 31 типа пластилина под большим давлением (100 МПа и более). В предлагаемом устройстве неньютоновская жидкость 31 приготавливается из сыпучего материала (например, сухой глины) и жидкого компонента непосредственно в механизме ее подачи. Для этого корпус 20 выполнен в виде трубы (или двух труб с разными диаметрами) с продольной прорезью, за счет чего можно заправлять устройство без его разборки (во время работы). В корпусе 20 с возможностью возвратно-поступательного движения установлен притертый к его внутренней поверхности шток 21. Благодаря такой конструкции во время действия ударной нагрузки обеспечивается запирание канала подвода неньютоновской жидкости 31 к гидроцилиндру 1 путем воздействия на шток 21 давлением жидкости, нагнетаемой через штуцер 24. Подаваемый через отверстие 5 объем неньютоновской жидкости 31 определяется ходом штока 21, величина которого (хода штока) регулируется втулкой 27 с накидной гайкой 28. Возврат штока 21 в исходное состояние осуществляют нагнетанием жидкости (масла) через штуцер 25.Known injection units are not designed to supply non-Newtonian fluid 31 type plasticine under high pressure (100 MPa or more). In the proposed device, non-Newtonian fluid 31 is prepared from bulk material (for example, dry clay) and the liquid component directly in the feed mechanism. For this, the housing 20 is made in the form of a pipe (or two pipes with different diameters) with a longitudinal slot, due to which it is possible to refuel the device without disassembling it (during operation). In the housing 20, with the possibility of reciprocating motion, the rod 21, which is ground to its internal surface, is installed. Due to this design, during the action of the shock load, the channel for supplying the non-Newtonian fluid 31 to the hydraulic cylinder 1 is locked by exposing the rod 21 to the pressure of the fluid pumped through the nozzle 24. through the hole 5, the volume of non-Newtonian fluid 31 is determined by the stroke of the rod 21, the value of which (the stroke of the rod) is regulated by a sleeve 27 with a union nut 28. The return of the rod 21 to its original state IE carry out the injection of liquid (oil) through the fitting 25.
Корпус 20 механизма подачи неньютоновской жидкости 31 снабжен емкостью 26 с каналом подвода ее содержимого (сыпучего материала 29) к продольной прорези корпуса 20. В то время, когда шток 21 перемещается в крайнее правое положение (в направлении от отверстия 5), через указанную прорезь вовнутрь корпуса 20 под действием собственного веса поступает сыпучий материал 29 (один из компонентов неньютоновской жидкости 31). Отметим, что неньютоновская жидкость 31 может состоять и из одного компонента, например восковых шариков, которые в исходном состоянии являются твердыми и способны перемещаться как сыпучий материал, а под действием давления штока 21 во время его перемещения в направлении отверстия 5 превращаются в пластичную массу.The housing 20 of the non-Newtonian fluid supply mechanism 31 is provided with a capacity 26 with a channel for supplying its contents (bulk material 29) to the longitudinal slot of the housing 20. At the time when the rod 21 is moved to the far right position (in the direction from the hole 5), through the specified slot inward body 20 under the action of its own weight comes bulk material 29 (one of the components of non-Newtonian fluid 31). Note that the non-Newtonian fluid 31 can also consist of one component, for example, wax beads, which are solid in the initial state and are able to move like bulk material, and under the pressure of the rod 21 during its movement in the direction of the hole 5 turn into a plastic mass.
Для приготовления неньютоновской жидкости 31 через штуцер 30 с заданным расходом подают жидкий компонент неньютоновской жидкости, который пропитывает сыпучий материал 29, поступивший через продольную прорезь из емкости 26. При движении штока 21 в направлении отверстия 5 поданный через штуцер 30 жидкий компонент и сыпучий материал 29 перемешиваются, спрессовываются и образуют сплошную пластичную массу (неньютоновскую жидкость 31). Соотношение компонентов неньютоновской жидкости 31, обуславливающее ее текучесть, регулируется расходом подаваемого через штуцер 30 жидкого компонента и периодом возвратно-поступательного движения штока 21. В крайнем левом по чертежу положении штока 21 ни один из компонентов неньютоновской жидкости 31 в зону ее приготовления не подается.To prepare a non-Newtonian fluid 31, a liquid component of a non-Newtonian fluid is supplied through the nozzle 30 at a predetermined flow rate, which impregnates the bulk material 29, which has entered through the longitudinal slot from the container 26. When the rod 21 moves in the direction of the hole 5, the liquid component and the bulk material 29 fed through the nozzle 30 are mixed are compressed and form a continuous plastic mass (non-Newtonian fluid 31). The ratio of the components of the non-Newtonian fluid 31, which determines its fluidity, is controlled by the flow rate of the liquid component supplied through the nozzle 30 and the period of the reciprocating movement of the rod 21. In the position of the rod 21, which is leftmost in the drawing, none of the components of the non-Newtonian fluid 31 is fed into the preparation zone.
Для автоматизации приготовления неньютоновской жидкости 31 и работы устройства в целом шток 21 имеет кольцевой выступ 22, выполняющий функцию поршня, помещенного в ту часть корпуса 20, которая имеет больший диаметр. Из-за этого попеременной подачей жидкости под давлением через штуцера 24 и 25 шток 21 совершает возвратно-поступательное движение.To automate the preparation of non-Newtonian fluid 31 and the operation of the device as a whole, the stem 21 has an annular protrusion 22 that performs the function of a piston placed in that part of the housing 20 that has a larger diameter. Because of this, by alternately supplying liquid under pressure through the fittings 24 and 25, the rod 21 makes a reciprocating motion.
Отметим, что для наглядности и простоты изображения на фиг.1 не показаны неньютоновская жидкость 31 внутри гидроцилиндра 1 и уплотнительные элементы некоторых узлов устройства.Note that for clarity and simplicity of the image in figure 1 not shown non-Newtonian fluid 31 inside the hydraulic cylinder 1 and the sealing elements of some nodes of the device.
Эффективность работы устройства обуславливается также особенностями неньютоновской жидкости 31, которая расклинивает поверхности трещин 34 подобно клиньям. Но в отличие от механических клиньев она не концентрирует напряжения на контакте с горной породой, а проникает в трещины 34 и воздействует на большую площадь поверхности, создавая огромные растягивающие усилия. В то же время по сравнению с обычной жидкостью она обладает высоким сопротивлением движению между двумя сближенными поверхностями. Неньютоновской жидкости 31 легче раздвигать поверхности трещин, чем проникать в них на большую глубину. Преимущественное направление движения неньютоновской жидкости 31 совпадает с направлением действия ударной нагрузки (направлением перемещения поршня 13), т.е. в глубь разрушаемой горной породы. Использование совокупности особенностей неньютоновской жидкости 31, принципов разрушения и новых элементов конструкции позволяет существенно повысить эффективность работы устройства.The efficiency of the device is also determined by the features of the non-Newtonian fluid 31, which wedges the surfaces of the
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002129857/03A RU2229596C1 (en) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | Device for directed destruction of rock |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002129857/03A RU2229596C1 (en) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | Device for directed destruction of rock |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002129857A RU2002129857A (en) | 2004-05-20 |
| RU2229596C1 true RU2229596C1 (en) | 2004-05-27 |
Family
ID=32679178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002129857/03A RU2229596C1 (en) | 2002-11-06 | 2002-11-06 | Device for directed destruction of rock |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2229596C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2668364C1 (en) * | 2018-01-10 | 2018-09-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук | Test bench for energy exchange in rock mass |
| CN108871116A (en) * | 2018-06-28 | 2018-11-23 | 远军热能动力科技有限公司 | A kind of blasting method |
-
2002
- 2002-11-06 RU RU2002129857/03A patent/RU2229596C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2668364C1 (en) * | 2018-01-10 | 2018-09-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук | Test bench for energy exchange in rock mass |
| CN108871116A (en) * | 2018-06-28 | 2018-11-23 | 远军热能动力科技有限公司 | A kind of blasting method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101636551A (en) | The acting device of downhole tool | |
| CN102686820A (en) | Air hammer for a boring machine | |
| RU2351736C1 (en) | Washing unit of drilling bit | |
| CA2053425C (en) | Method and apparatus for gravel packing of wells | |
| RU2229596C1 (en) | Device for directed destruction of rock | |
| US5327970A (en) | Method for gravel packing of wells | |
| US5000517A (en) | Powered member for splitting rock and other bodies | |
| RU2542057C1 (en) | Blade underreamer | |
| RU2211920C2 (en) | Method of hydraulic fracturing of formation and increase of rock permeability and equipment for method embodiment (versions) | |
| CN112177561B (en) | Bridge plug feeder, cementing plug pipe column and cementing plug process | |
| RU2299323C1 (en) | Device for forming directional cracks | |
| EP0935050A2 (en) | Wear resistant crossover | |
| RU2444605C1 (en) | Well reamer | |
| RU133871U1 (en) | CUMULATIVE CUFF PACKER | |
| RU2202040C1 (en) | Gear to form directional fractures | |
| RU2182968C1 (en) | Device for formation of directed fractures in wells | |
| RU2379508C1 (en) | Destruction method of rocks and device for its implementation | |
| RU2730077C1 (en) | Wedge deflector | |
| RU194099U1 (en) | PACKER FOR FASTENING WEDGE-DEFLECTOR WHEN DRILLING NEW TUNES | |
| RU1831568C (en) | Hole device rocks breakage | |
| SE460302B (en) | DEVICE FOR ASTAD COMMANDING OF DIRECT FORCES | |
| RU200029U1 (en) | DEVICE FOR CRUSHING ROCKS | |
| RU2145659C1 (en) | Hydromechanical jar | |
| RU2229595C1 (en) | Device for forming directed cracks in wells | |
| RU2042796C1 (en) | Device for well hydraulic perforation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20051107 |