Щелеобразователь
Полезная модель относится к подземной угледобыче угля, в частности, к специальным способам и средствам разупрочнения пород основной кровли в условиях ее не подбучивания непосредственной кровли вследствие ее малой мощности. В качестве специального оборудования для разупрочнения пород основной кровли используется щелеобразователь. Посредством щелеобразователя осуществляется направленный гидроразрыв пород основной кровли. Применение направленного гидроразрыва позволяет эффективно разупрочнять прочные породы основной кровли, консольно зависающими за секциями механизированной крепи как с точки зрения габаритных размернов блочных структур, получаемых от разупрочнения, так и с т.з. устранения самопосадки основной кровли при первичном и установившемся шаге посадке пород основной кровли. Это мероприятие повышает уровень безопасности работ при подземной угледобыче.
Техническое решение относится к горному делу и может быть использовано для образования поперечных зародышевых трещин в массиве горных пород для направленного их разупрочнения путем развития плоскости флюидо-разрыва.
Известно устройство для образования поперечных зародышевых трещин в массиве горных пород по патенту RU 2359124, Е21С 37/00, опубл. 20.06.2009, включающий стакан, в котором выполнены продольные окна и перекрестно установлены режущие органы с возможностью перемещения по перекрестным оппозитным направляющим уклонам и выхода их режущих частей из продольных окон стакана по указанным уклонам, причем перекрестные оппозитные направляющие уклоны выполнены на внутренней поверхности стакана, а режущие органы установлены на поршне, размещенном внутри стакана с возможностью осевого перемещения, при этом между поршнем и стаканом размешена пружина возврата.
К недостаткам этого устройства следует отнести отсутствие в его конструкции решения, обеспечивающего фиксацию режущих органов в исходном положении, что может привести к самопроизвольному выпадению режущего органа под собственным весом за пределы габаритов стакана, врезанию в стенки скважины и заклиниванию в ней устройства. Это снижает надежность работы такого устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является щелеобразователь по патенту RU 2263776, Е21С 37/00, опубл. 10.11.2005, включающий стакан с продольными окнами, в котором перекрестно установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны, пружину возврата толкателя, причем режущие органы установлены на общей оси с возможностью выхода их режущих частей из направляющих окон стакана по указанным уклонам при перемещении толкателя и зафиксированы в исходном положении на указанных уклонах с помощью фигурных пружин..
К недостаткам этого щелеобразователя следует отнести то, что входящие в его конструкцию фигурные пружины по своим силовым параметрам в стесненных условиях буровой скважины не могут обеспечить достаточных усилий для фиксации ножей режущего органа в исходном положении относительно уклонов. Это не гарантирует надежную работу щелеобразователя такой конструкции.
Технической задачей предполагаемого решения является повышение надежности работы щелеобразователя за счет применения конструктивного устройства с пружиной, силовые параметры которой обеспечат гарантированную фиксацию режущих органов в исходном положении относительно оппозитных уклонов.
Поставленная задача достигается тем, что в щелеобразователе, включающем стакан с продольными окнами, в которых перекрестие установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны, пружину возврата толкателя и пружину для фиксации режущих органов в исходном положении относительно указанных уклонов, режущие органы установлены с возможностью выхода их режущих частей из продольных окон стакана по оппозитным направляющим уклонам при перемещении толкателя, согласно техническому решению пружина фиксации режущих органов в рабочем положении относительно оппозитных направляющих 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.
Указанная совокупность признаков позволяет существенно повысить надежность работы щелеобразователя, так как силовые параметры введенных в конструкцию щелеобразователя винтовых цилиндрических пружин сжатия, передающих осевое усилие на торцевые прямолинейные части режущих органов через направляющие втулки, обеспечат гарантированную фиксацию режущих органов в исходном положении относительно уклонов оппозитных направляющих.
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 режущего органа в сжатом состоянии;
На фиг.2 - вид А на фиг.1 с положением режущего органа в раздвинутом состоянии;
На фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.
Щелеобразователь включает цилиндрический стакан 1 (фиг.1, 2), в котором выполнены продольные окна 2. На внутренней поверхности стакана 1, в его головной части, профрезерованы перекрестные оппозитные направляющие уклоны 3 (далее направляющие уклоны 3). Внутри стакана 1 установлен толкатель 4. Толкатель 4 с одной стороны имеет резьбовое отверстие 5 для присоединения к буровому ставу, а с противоположной стороны две проушины 6, между которыми посредством оси 7 закреплены режущие органы 8 (фиг.1, 2, 3), торцовая часть 9 которых выполнена прямолинейной. Со стороны проушины 6 в толкателе имеется отверстие, в которое вставлена пустотелая направляющая втулка 10 с пружиной 11. Пустотелая втулка 10 в головке имеет отверстие 12. Между толкателем 4 и стаканом 1 установлена пружина 13 возврата. Толкатель 4 со стороны отверстия 5 по внешнему диаметру снабжен упорным кольцом 14.
Щелеобразователь работает следующим образом. К резьбовому отверстию 5 стакана 1 присоединяется жесткий став бурового станка и щелеобразователь вводится в заранее пробуренную скважину до соприкосновения головой части щелеобразователя с забоем скважины. В исходном положении режущие органы 8 при помощи толкателя 4, проушин токателя 6, оси 7 и пружины 13 возврата находятся во вдвинутом в стакан положении. При этом прямолинейные торцовые части 9 режущих органов 8 прижаты усилием пружины 13 через головку втулки 10 к вертикальной стенке стакана 1, образованной при фрезеровке продольных окон 2, что позволяет зафиксировать положение режущих органов 8 и предотвращает их самопроизвольный выход через продольные окна 2 из стакана 1. Пружина 11 в исходном положении щелеобразователя максимально сжата.
При включении подачи бурового става в сторону забоя скважины в щелеобразователе возникает осевое усилие, под действием которого толкатель 4 начинает поступательно вдвигаться в стакан 1, а режущие органы 8 по направляющим уклонам 3 выходят режущей частью из стакана 1 через продольные окна 2 и нарезают в стенках скважины инициирующую полость тарельчатой формы. При этом происходит постепенное сжатие пружины 13 возврата. В процессе образования инициирующей полости пружина 11 через направляющую втулку 10, контактируя с прямолинейными торцовыми частями 9 режущего органа 8, обеспечивает его фиксацию относительно направляющих уклонов 3 и тем самым предотвращает самопроизвольное выпадение режущего органа 8 из продольных окон 2 стакана 1.
После полного прорезания инициирующей полости упорное кольцо 14 упирается в торец стакана 1, останавливая перемещение толкателя 4 и дальнейший выход режущих органов 8 из стакана 1.
Промывка скважины и удаление штыба, образованного при нарезании инициирующей полости, осуществляется промывочно-охлаждающей жидкостью, подающейся через внутренние отверстия бурового става, сквозное отверстие в толкателе 4 и отверстие 12 в головке направляющей втулки 10.
После завершения работы толкатель 4 возвращается в исходное положение под действием пружины 13 возврата и режущие органы 8 занимают первоначальное положение.
Щелеобразователь, включающий стакан с продольными окнами, в котором перекрестно установлены режущие органы, толкатель, перекрестные оппозитные направляющие уклоны, пружину возврата и пружину для фиксации режущих органов в исходном положении относительно указанных уклонов, режущие органы с возможностью выхода их режущих частей, из продольных окон стакана по оппозитным направляющим уклонам при перемещении толкателя, отличающийся тем, что пружина для фиксации режущих органов в рабочем положении относительно оппозитных направляющих 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 оси толкателя при максимально вдвинутом положении режущих органов.
