RU2553023C1 - Test rig to study effect of explosion products with launching device - Google Patents

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: test rig to study effect of explosion products on the stem of the blast holes including HP chamber covered from top by lid with membrane connected with blast hole simulator, made in form of pipe, according to the invention HP chamber is additionally provided with launching device for forced destruction of the membrane upon achievement of the set pressure in HP chamber.

EFFECT: assurance of set air pressure on stem in the blast hole simulator by forced destruction of the membrane.

4 dwg

Description

Изобретение относится к лабораторному оборудованию и предназначено для моделирования процессов, происходящих во взрывной полости скважин при ведении взрывных работ.The invention relates to laboratory equipment and is intended to simulate the processes occurring in the blast cavity of wells during blasting.

Известен стенд для исследования запирающей способности забоек взрывных скважин, включающий камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой, и измерительный комплекс [1]. В крышку вмонтирован шаровой кран, соединяющий камеру высокого давления с установленным на крышке имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы с насечками в нижней части, имитирующими трещины в горной породе, прорезями в верхней части, имитирующими разрушенный массив горных пород. Основным недостатком установки является относительно медленный рост давления в имитаторе взрывной скважины из-за затрат времени на полное открытие шарового клапана и сравнительно малого сечения трубопроводов, связывающих шаровой клапан с камерой высокого давления и имитатором взрывной скважины, и малого проходного сечения самого шарового клапана.A well-known stand for the study of the locking ability of the faces of blast holes, including a high-pressure chamber, closed with a lid on top, and a measuring complex [1]. A ball valve is mounted in the lid connecting the high-pressure chamber with a blast hole simulator mounted on the lid, made in the form of a pipe with notches in the lower part simulating cracks in the rock, slots in the upper part imitating the destroyed rock mass. The main disadvantage of the installation is the relatively slow increase in pressure in the blast hole simulator due to the time it takes to fully open the ball valve and the relatively small cross-section of pipelines connecting the ball valve to the high-pressure chamber and the blast hole simulator, and the small passage section of the ball valve itself.

Наиболее близким по существу решаемой задачи является стенд для моделирования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин, включающий камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой со срезным диском, и измерительный комплекс [2]. Крышка соединена с имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы с насечками в нижней части, имитирующими трещины в горной породе, и прорезями в верхней части, имитирующими разрушенный массив горных пород. Однако срезные диски, выполненные даже из одного и того же материала, имеют разную прочность и разрушаются при разных величинах давления воздуха, что снижает точность результатов эксперимента.The closest to the essence of the problem to be solved is a stand for modeling the effect of explosion products on the casing of blast holes, including a high-pressure chamber, closed on top with a cover with a shear disk, and a measuring complex [2]. The cover is connected to a blast hole simulator made in the form of a pipe with notches in the lower part simulating cracks in the rock and slots in the upper part simulating the destroyed rock mass. However, shear disks made even of the same material have different strengths and are destroyed at different values of air pressure, which reduces the accuracy of the experimental results.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является обеспечение заданного давления воздуха на забойку в имитаторе взрывной скважины принудительным разрушением мембраны.The technical problem to which the invention is directed is to provide a predetermined air pressure to the stem in a blast hole simulator by forced destruction of the membrane.

Поставленная задача достигается тем, что в стенде для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин, включающем камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой с мембраной, соединенной с имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы, согласно изобретению камера высокого давления дополнительно снабжена пусковым устройством для принудительного разрушения мембраны в момент достижения заданного давления в камере высокого давления.The task is achieved in that in the stand for studying the effect of explosion products on the bottom hole of blast holes, including a high-pressure chamber, closed on top with a lid with a membrane connected to a blast hole simulator made in the form of a pipe, according to the invention, the high-pressure chamber is additionally equipped with a starting device for forced destruction of the membrane at the time of reaching a predetermined pressure in the high-pressure chamber.

На фиг. 1 схематично изображен стенд для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин в собранном виде; на фиг.2 - узел А, на фиг.3 - пусковое устройство с выдвинутым сердечником электрического двигателя поступательного движения в момент начала движения ударника; на фиг.4 - пусковое устройство после срабатывания.In FIG. 1 schematically shows a stand for studying the impact of explosion products on the casing of blast holes in assembled form; figure 2 - node A, figure 3 is a starting device with an extended core of the electric motor of translational motion at the moment of the beginning of the movement of the striker; figure 4 - starting device after operation.

Стенд для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин представляет собой камеру высокого давления 1, выполненную, например, из толстостенной стальной трубы, к нижнему торцу которой приварен фланец 2, соединенный болтами 3 с рамой 4. На верхнюю часть камеры высокого давления 1 навинчена с помощью резьбы пусковая секция 5 с фланцем 6. Пусковая секция 5 имеет проточку 7 под регулировочное кольцо 8 и мембрану 9, а сверху на нее через герметичную прокладку 10 устанавливают имитатор взрывной скважины 11, выполненный в виде трубы с фланцем 12, который болтами 13 крепится к фланцу 6. В нижней части имитатора взрывной скважины 11 выполнены насечки 14, имитирующие трещины в горной породе, а в верхней части имеются прорези 15, имитирующие разрушенный массив горных пород. Имитатор взрывной скважины 11 снабжен измерительным устройством 16, состоящим из потенциометрического датчика из нихромовой проволоки 17, закрепленной одним концом на металлическом штыре 18 запорного конуса 42 и проходящей сквозь скользящий контакт 20, установленный на имитаторе взрывной скважины 11. Питание потенциометра осуществляется от аккумуляторной батареи 21, в измерительную цепь потенциометра подключен шлейф осциллографа 22.The stand for studying the effect of explosion products on the casing of blast holes is a high-pressure chamber 1 made, for example, of a thick-walled steel pipe, to the lower end of which a flange 2 is welded, bolted 3 to the frame 4. On the upper part of the high-pressure chamber 1 is screwed with using the thread, the start-up section 5 with the flange 6. The start-up section 5 has a groove 7 for the adjusting ring 8 and the membrane 9, and on top of it through the hermetic gasket 10 install the blast hole simulator 11, made in the form of a pipe s with a flange 12 which is bolted to a flange 13 fastened 6. At the bottom of the blasting hole of the simulator 11 are formed notches 14, simulating cracks in the rock, while the upper part 15 are slits that mimic the destroyed rock mass. The blast hole simulator 11 is equipped with a measuring device 16, consisting of a potentiometric sensor of nichrome wire 17, fixed at one end to the metal pin 18 of the locking cone 42 and passing through the sliding contact 20 mounted on the blast hole simulator 11. The potentiometer is supplied from the battery 21, the oscilloscope loop 22 is connected to the measuring circuit of the potentiometer.

К камере высокого давления 1 герметично присоединена пневматическая магистраль 23, снабженная манометром 24 и краном 25, соединяющим магистраль 23 с накопительным ресивером 26. Сжатый воздух в ресивер 26 нагнетает компрессор высокого давления 27.A pneumatic line 23 is tightly connected to the high-pressure chamber 1, equipped with a pressure gauge 24 and a valve 25 connecting the highway 23 with the storage receiver 26. Compressed air is pumped into the receiver 26 by the high-pressure compressor 27.

В камере высокого давления 1 под мембраной 9 на балке 28 установлено пусковое устройство, состоящее из ударника 29 с пятой 30, проходящего через отверстие в балке 28, пружины сжатия 31, одним концом упирающейся в балку 28, другим - в опорное кольцо 32, закрепленное на ударнике 29. К балке 26 также прикреплена направляющая трубка 33, препятствующая перекосу ударника 29. Для фиксации ударника 29 во взведенном состоянии к балке 28 через шарнирное соединение 34 прикреплено коромысло 35 с упором 36, в который упирается пята 30 ударника 29. Для прижатия упора 36 к ударнику 29 установлена возвратная пружина растяжения 37. Также между стенкой камеры высокого давления и коромыслом 35 установлен электрический двигатель поступательного движения 38, выдвигающийся сердечник которого отталкивает коромысло 35 от ударника 29. Питающие электродвигатель 38 провода 40 проходят через загерметизированное, например, эпоксидным клеем и т.п., отверстие 41 в корпусе камеры высокого давления 1.In the high-pressure chamber 1, under the membrane 9 on the beam 28, a starting device is installed, consisting of a hammer 29 with a fifth 30 passing through an opening in the beam 28, a compression spring 31, one end resting against the beam 28, the other end in the support ring 32, mounted on drummer 29. A guide tube 33 is also attached to the beam 26, preventing the tilting of the drummer 29. To fix the drummer 29 in the cocked state, the beam 35 with a stop 36 is attached to the beam 28 through the swivel joint 34, against which the heel 30 of the drummer 29 rests. To press the stop 36 to hit cu 29, a tension return spring 37 is installed. An electric translational motor 38 is also installed between the wall of the high-pressure chamber and the rocker 35, the retractable core of which pushes the rocker 35 from the hammer 29. The electric motor 38 of the wire 40 passes through a sealed, for example, epoxy adhesive, etc. item, hole 41 in the housing of the high pressure chamber 1.

Рассмотрим работу пускового устройства взрывного стенда на примере исследований по определению запирающей способности забоек взрывных скважин различных конструкций.Let us consider the operation of the blasting device launching device using the example of studies to determine the blocking ability of blast hole faces of various designs.

В камере высокого давления 1 взводят пружинное пусковое устройство, перемещая ударник 29 вниз, сжимая пружину сжатия 31. Фиксируется ударник 29 во взведенном положении упором 36 коромысла 35. На проточку 7 укладывают регулировочное кольцо 8, соответствующее заданной толщине устанавливаемой на него мембраны 9. После этого пусковую секцию 5 навинчивают по резьбе на камеру высокого давления 1, затем на пусковой секции 5 закрепляют болтами 13 имитатор взрывной скважины 11.In the high-pressure chamber 1, a spring starting device is cocked by moving the striker 29 downward, compressing the compression spring 31. The striker 29 is fixed in the cocked position with the rest of the rocker arm 35. The adjusting ring 8 is laid on the groove 7, which corresponds to the specified thickness of the membrane 9 installed on it. After that the start-up section 5 is screwed onto the high-pressure chamber 1 by thread, then the simulator of the blast hole 11 is bolted to the start-up section 5.

После этого в имитаторе взрывной скважины 11 размещают элементы модели комбинированной забойки заряда ВВ, например подсыпку 41 из песка или бурового шлама, запорный конус 42, выполненный из модельного материала, например из обожженной глины, гипса, бетона и т.п., и засыпку из крупнокускового модельного материала в виде щебня 43.After that, the blast hole simulator 11 contains elements of the model for combined hammering of the explosive charge, for example, bedding 41 made of sand or drill cuttings, a locking cone 42 made of model material, for example, from calcined clay, gypsum, concrete, etc., and filling from Lumpy model material in the form of crushed stone 43.

Затем открывают кран 25, и воздух, сжатый компрессором высокого давления 27 и накопленный ресивером 26, поступает через отверстие 23 в камеру высокого давления 1. Величина давления фиксируется манометром 24.Then, the valve 25 is opened, and the air compressed by the high-pressure compressor 27 and accumulated by the receiver 26 enters through the opening 23 into the high-pressure chamber 1. The pressure is fixed by a pressure gauge 24.

Предварительно экспериментальным путем определяют толщину мембраны 9, при которой под заданной величиной давления воздуха, находящегося в камере высокого давления 1, мембрана 9 разрушится. Поскольку мембраны одинаковой толщины и выполненные из одного и того же материала, имеют разброс величин прочности и разрушаются при разном давлении воздуха, экспериментально определяется диапазон давления воздуха, при котором происходит разрушение. Включение пружинного пускового устройства осуществляют при достижении 95% от величины минимального разрушающего мембрану 9 давления.Previously experimentally determine the thickness of the membrane 9, at which under a given pressure value of the air in the high-pressure chamber 1, the membrane 9 is destroyed. Since membranes of the same thickness and made of the same material have a variation in strength values and are destroyed at different air pressures, the range of air pressure at which fracture occurs is experimentally determined. The inclusion of a spring starting device is carried out when reaching 95% of the minimum pressure destructive membrane 9.

При достижении заданной величины давления воздуха в камере высокого давления 1 включают электродвигатель 38, выдвигающийся сердечник которого отталкивает коромысло 35 от ударника 29 и выводит из зацепления с пятой 30 упор 36. Под действием пружины сжатия 31 ударник 29 бьет по мембране 9, которая разрушается, и воздух устремляется в имитатор взрывной скважины 11, воздействуя на модель комбинированной забойки. Давление сжатого воздуха через подсыпку 41, смягчающую ударную нагрузку, передается на запорный конус 42, перемещая его вверх по имитатору взрывной скважины 11. При этом запорный конус 42 заклинивается в засыпке из щебня 43, разрушая в ней отдельные куски щебня, далее поднимается вверх, заклинивая новые куски щебня их гранями в насечки 14. Этот процесс постепенно замедляет передвижение запорного конуса 42 вплоть до полной его остановки или разрушения. Отработавший воздух через прорези 15 выходит из имитатора взрывной скважины 11 наружу.Upon reaching a predetermined value of the air pressure in the high-pressure chamber 1, an electric motor 38 is turned on, the extendable core of which pushes the beam 35 from the hammer 29 and disengages the stop 36 from the engagement with the fifth shaft 30. Under the action of the compression spring 31, the hammer 29 hits the membrane 9, which collapses, and air rushes into the blast hole simulator 11, affecting the combined stemming model. The pressure of compressed air through the pad 41, which softens the shock load, is transmitted to the shut-off cone 42, moving it upwards along the simulator of the blast hole 11. At the same time, the shut-off cone 42 is jammed in the filling from crushed stone 43, destroying individual pieces of crushed stone in it, then rises up, jamming new pieces of crushed stone with their faces in the notches 14. This process gradually slows down the movement of the locking cone 42 until it stops completely or breaks down. The exhaust air through the slots 15 leaves the simulator of the blast hole 11 out.

Запирающая способность забоек взрывных скважин различных конструкций оценивается величиной перемещения запорного конуса 42, которое регистрируется измерительным устройством 16. По величине смещения запорного конуса 42, замеренной измерительным устройством 16, оценивают запирающую способность забойки данной конструкции - чем меньше величина смещения, тем запирающая способность забойки выше.The locking ability of the blades of blast holes of various designs is estimated by the displacement of the locking cone 42, which is recorded by the measuring device 16. According to the displacement of the locking cone 42, measured by the measuring device 16, the locking ability of the stemming of this design is evaluated - the smaller the displacement, the higher the locking ability of the jamming higher.

Таким образом, заявляемый стенд для исследования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин с пусковым устройством обеспечивает заданную величину давления воздуха, при которой разрушается мембрана, что повышает точность результатов эксперимента и тем самым позволяет решить поставленную техническую задачу.Thus, the inventive stand for studying the impact of explosion products on the casing of blast holes with a starting device provides a predetermined value of air pressure at which the membrane is destroyed, which increases the accuracy of the experimental results and thereby allows to solve the technical problem.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Российской Федерации №2485599, МПК G09B 25/00.1. Patent of the Russian Federation No. 2485599, IPC G09B 25/00.

2. Патент Российской Федерации №2493546, МПК G01L 5/14, G09B 25/00 (прототип).2. Patent of the Russian Federation No. 2493546, IPC G01L 5/14, G09B 25/00 (prototype).

Claims (1)

Стенд для моделирования воздействия продуктов взрыва на забойку взрывных скважин, включающий камеру высокого давления, закрытую сверху крышкой с мембраной, соединенной с имитатором взрывной скважины, выполненным в виде трубы, отличающийся тем, что камера высокого давления дополнительно снабжена пусковым устройством для принудительного разрушения мембраны в момент достижения заданного давления в камере высокого давления. A bench for simulating the effect of explosion products on blast-hole casing, including a high-pressure chamber, closed on top by a lid with a membrane connected to a blast hole simulator made in the form of a pipe, characterized in that the high-pressure chamber is additionally equipped with a starting device for forced destruction of the membrane at the moment achieving a given pressure in the high-pressure chamber.

Images