Способ образования м.и.циферова выработок в земной поверхности

< ч 522759

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.06.73 (21) 1920252/22-3 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.03.77. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 02.06.77 (51)М.Кл.2 Е 21 D 9 00

E 21 С 37/16

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

53) УДК 622.256:622. ,243,94 (088.8) (72) Автор изобретения

М. И. Циферов (71) Заявитель (54) СПОСОБ М. И. ЦИФЕРОВА ОБРАЗОВАНИЯ

ВЫРАБОТОК В ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Изобретение касается способа образования выработок в земной поверхности и может иметь широкое применение в геологии, строительстве и других областях, где требуется скоростная проходка выработок.

Наиболее целесообразно использовать изобретение при проходке скважин различного назначения.

Известен способ проходки скважин, при котором с целью интенсивного разрушения породы на забое, последний подвергают действию струи газа, выходящего под давлением

500 — 2500 атм из генератора газа, помещаемого на забой. При этом в процессе работы генератор газа находится во взвешенном состоянии относительно стенок и забоя скзажины.

Однако этот способ может быть использован для образования скважин (выработок) только в вертикальном направлении. Кроме того, способ предусматривает использование черезмерно высокого давления газа, что приводит к необходимости создания очень прочной камеры сгорания, увеличению веса и габа рита снаряда, снижению эффективности проходки.

Предлагаемый способ позволяет упростить процесс проходки и повысить его эффективность. Способ образования выработок в земной поверхности предусматриваст воздействие на забой газодинамнческой струи, непрерывно истекающей из сопла снаряда, находящегося во взвешенном состоянии относительно стенок и забоя выработки н перемещающегося по мере углубления забоя. Согласно изобретению, до запуска снаряд (ракету) удерживают в таком положении, что ее сопло находится на некотором расстоянии от поверхности забоя, при котором B .ëoìåíò начала работы снаряда сумма реактивной силы газо. динамической струи и противодавления, возникающего между носовой частью ракеты и забоем, уравновешивается силами перемещения ракеты к забою, выбранными такими, что

15 при прохождении ракетой выработки онн превышают сумму реактивной силы, сил трения о корпус частиц породы ll потока отрабо танных газовых струй, отходящих в зазор

20 между ракетой и выработкой. При этом ко личество газа в газодинамической струе выбирают таким, чтобы скорость потока отработанных газов была выше скорости, при которой частицы разрушаемой породы находи25 лись в состоянии невесомости.

Практически достаточно, если перед запуском расстояние от носового сопла до забоя составляет более четырех диаметров па срезе этого сопла, Для достижения наилучших условий отво30 да газа и разрушенной породы зазор между

522759 стенками ракеты и вь1работкой должен составлять приблизительно половину наибольшего диаметра ракеты.

При небольшом весе ракеты и ее горючего относительно реактивной струи, действующей HB 3360H, целесообраз?10 сформировать дополнительную газодинамическую струю, ис. текающую в направлении, противоположном движению ракеты и увеличивающую усилие прижатия ракеты к забою. ш

При большом весе ракеты и ее горючего относительно силы струи, действующей па заоой, целесообразно сформировать дополнительную газодинамическую струю, распространяющуюся в направлении, совпадающем движением ракеты, для создания дополнительного усилия, способствующего удержанию ракеты пад забоем.

На фпг. 1 схематически изображена ракета для бурения скважп,; в земной поверхности; на фиг. 2 — приспособление для определения рассто?шия от сопла до забоя; па фиг.

3 — положение ракеты в скважине при проходке; на фпг. 4 — положение ракеты в начале работы при горизонтальной проход«е; па фиг. 5 — разрез по А — А на фиг, 4.

Предлагаемый способ может быть реализован с использованием любой, известной в настоящее Lðåìÿ, твердотопливной ракеты, Однако для обеспечения наилучших усгговий для осуществления способа целесообраз но использовать специальную ракету, изобра

?кенную Iia фиг. 1.

Ракета 1 имеет корпус 2 с камерой 8 сгоPa!!i!», В КОтОРОй РаСПОЛОжЕПЫ тОПЛИВНЫе элементы 4.

Ракета 1 имеет рабочий орган 6, снабженный соплом 6, под действием истек" þùåé из которого газодинамической струи происходит разрушение забоя.

Перед запуском ракету 1 устанавливают на некотором расстоянии от поверхности 7 забоя, как показано на фиг. 1, и удерживаю;. с помощью за?кимов 8. Сопло 6 должно быть расположено;а таком расстоянии от поверхiIocTH забоя, при котором в процессе работы ракеты сумма внешних сил, действующих на !

Iee, равна нулю. Теоретически величина может быть определена из следующих сообра?кений. В момент запуска на рабочий орган

6 ракеты 1 воздействуют усилия Р1 веса, веса P ее топлива, реактивной силы Р, газодинамической струи, истекающей из сопла раке7b 1, силы Р1 протиВОдавления, Возникающего . .1е?кду носовой частью ракеты и забоем. Таким образом, должно соблюдаться условие:

ro

В этом ра:;-пстве ьел.; —;. ;1Ы силы протигодавления зависят от расстояния 1, а осталь-, ные величины — от класса ракеты, т. е. имсюцих одинаковое усилие тяги и собственный

; ее. Следовательно, для соблюдения указан".î"o равенства необходимо выбрать расстояние таким, чтобы сопло находилось на таком расстоянии от поверхности забоя, при котором во время работы ракеты сумма реактивной силы газодинамической струи и силы противодавления, возникающего между носовой частью ракеты и забоем, уравновешива",ась силами пермещения ракеты к поверхности забоя, в данном случае силами Р1+Р .

В каждом конкретном случае для ракет заданного класса величина l может быть определена экспериментально с помощью приспособления, показанного на фиг. 2.

Это приспособление имеет масивпое стальное основание 9, на котором вертикально размещена металлическая труба 10, имитирующая скважину. На ракете 1 закреплен стержень 11, а на трубе 10 — рейка 12. Ракету

1 устанавливают на некотором расстоянии от оcнования 9 и запускают. После вхождения двигателя ракеты в расчетный режим ракета стабилизируется в некотором положении. По положению стер?кня 11 относительно рейки

12 можно определить расстояние от сопла 6 ракеты до основания 9. Это расстояние при использовании других ракет этого класса мо?кет быть принято за эталонное. Проведенные эксперименты показывают, что это расстояние l должно сотавлять не менее четырех диаметров среза забойного сопла 6 ракеты.

Таким ооразом, при соблюдении указанного условия в первый момент после запуска ракета 1 будет находиться во взвсшеннох. состоянии относительно забоя. Под действием газодинамической струи, истекающий из сопла 6 и воздействую цей на забой, происходит разрушение породы и формирование скважины. ДВ:1?кение ракеты 1 в сторону забоя, как это видно па фиг. 3, при ппоходке скважгп1ь1 в напраглении к центру Земли, про:1сход11т под действием сил прижатия ракеты в направлении к забою, тогда как реактивная сил"-. газодинамической струи стремится вынести ракету пз скважины. Поэтому необходимо. чтобы с11л 1 при?кати» ракеты к забою I;ссколь1,о превышала реакгивну1о силу газодипамичсской струи. Этой сплой при?кати» ракеты 1 к забо?о является сумма Веса

1(Р1- ;Р,) ракеты и топлива, которая должна гревышать тягу ракеты.

При движении ракеты 13 скважине по»вляется дополнительное усилие, стремящееся

Вьгголкнуть 1?акету пз скВажины. Это усилие возникает за счет сил тоения о корпус ракеты 1 частиц породы и потока отработанного газа газодинамической струи. Поэтому необходимо силы перемещения ракеты к забою. в данном случае всей ракеты и горючего, выбрать такими, чтобы их сумма превышала сумму реактивной силы и сил трения о корi!ye Восходящего потока, содержащего частицы породы и отработанный газ, отходящие в зазор между коргусом ракеты и выработкой.

Для обеспечения устойчивой работы ракеты в скважине целесообразно, чтобы зазор между корпусом ракеты и стенкой скважины был

522759 6 иротллво нодонг авлеиллая создавая рс иаира о ону, с яд

Э сне- о двлл келлли р ирв ким еличллвалоилу струя етьл ст р,о свар ало ил. ло нул „!o c!!<ß как бьл- У !-o, cogpa еииа ал тллвллу саул длла л что >a"e оаз-, боло и, «м акетьл. силврить Ф -е лелло, " частФ р за о " !!eñ 7 Л„цо р о,ь "," и " Й вынос „в go. обствеллиь og95«

О ь Италь оя я yap öeg д g скоро- )g иозЯОЛЙ gg Qg) сква®иньл и и обра ®gg p чллс o< нии обе "яО у00 л едовательно р 6с ае!! и ракеты ле ф о гальего вллвсеиие дь в, вол,лолдъло р и иеобходлллл ллере казьлвалось, скваижи g „силия тяг в у>ке указ лроходке о„ит иод лп >oq! мень ств забоя ври н оисхо, словве ону з н у 3емли р иравле- чить Jc а, и,кат вленви! g ия ракетьл ования исиольз

+ u р. соз а ием сил р в случае,к q вес Р, + Р РВ ьлМИ. сл зни кало зн ухая ф боя котор ° „а фиг. 4, слу сила, вози анной н атриваемом, + p еактввная +es соила кетьл ллва. р весов р . !s гд о> истечения

Иоказ асс акетьл е газов че нои ист акет», .40 -no6b У м.„у реактив текает газ

Ут<„-, 1Np, Ко р Ио Нр о дольре неооходим вьллиала су воздействуло" из сопл а я относительно

5 « тонли ической ус раке ной оси снаряда земли и силы а и сил тр ботаниог зоpÔ a ения 0 о газа, в g оходке скважин ивалот забоилцелл на за иотока корнусоМ ра- 20 ри сти ракету устанавлива т зачастлли иор оды и че ез зазор м между ее и ове хно соилом на таком ке ра сстояиии нт Ьемл . и. Опскв аясииь . ланям словллло правлен у скважФяА р

Илна ИРевьлплать со с довлетвор сил е м1

-сил, у

p,=О, в горлочего и одьл в зазоре

Р Р - sux газов и иородь

p,+ ьвъ б соб моя ет быть и вес раке еты; ва азования горизонтал ная сила г реаитивн ботки а л д

ps между н т аботок струи; отиво б м" за ое ;

3 а чьи ых вьлр

Э к т а гав б ч

O и вьлиол

- еся стабилизато ри ецленио ом отио нлание рал ет1 я во взв го поло ен ия. дер жвньл sap к сква и сква и стеиок . Величины о разо льзовать р ивалот т авливается ьтате

9CCGGO лло ом д с б вернуть р астньлм то b! о разо охотск де б

e - м обеспечить при и сиять этот е го- м ение усилллл с всииьл сква с ак вработке соотно чае когда вес р - P cos а) 2 (p следует созд вы- иэт ллие. оло ире емеилеиии Р за т. е. о формул, ° иолх лерез з еЖд я иа б аженная стенка млл ета, изо ка ле. ЛивНЫе орган, б ивами лес

65 истека аоив ичекает г дом соил i3. 3

522759 хо к по е дки, до запуска ракеты «»OCOIIOe СОПЛо

8 ддеРЖиватт от забоя на не а некото ом боя перед з стоянии, при котором в момент

Рас- четырех 1 ь сос запуско днаtlterpott на ма реактивной силы газодинамической

3. Способ по пп. 1 ма ьакт намической с я тем что пп и 2 о т т зазор ме ду носов ои 1RcTb10 кеты б ве иив а етс и за оем, уравнои составля забо а ется силами перемещени я ракеты к етра а о oло поАМЮ <ет хОЖ ени о, выбранными такими б р что II ПРИ ttpo4 Снос,б Р КетЫ

0 по пп 1,. НаиЖ НИ " и онип евы

Жд нии ракетой выработк

Р . - ся тем ч, 3;=::отлича о умму реактивной силы с

Р щади на мичес то создауот дополнительну о га

ИЛ ТРЕНИЯ О КО П 1 вых ст и ра отанных газоивополОЖном ви

Руи, о ходящих в зазор меж предназна ченн о движению ракетьС и выработкой, при это, меЖду ракетой Жатия нут для увеличения усил ия ракеты к забою и ас чтобы ско ость азодинамической струе выб ира от таким, ааа в ра выработки.

5. и расцтирения диами ас рость потока отработанных г

Способ Ilp IIП. превьпцала скорость, и х газов 1 ся тем и. 1 3, о тли ча разр сцае,, при которой частицы з а 10щifit уцтаемой породы находились в состо невесомости. в состоянии правлен струю, истекатоЩ ии совпад ац)щем дни Кения тем чт

2. пособ по и, 1, о тл отЛИЧатощийся 20

ы, р дназначенную для

® ОЩег Р у на абоем и ускоря оЩего его.

522759

1ф

Риг 5

5 15

Дцг 4

Тип, Харьк. фил. пред. «Патент»

Составитель В. Корнаков

Редактор О. Шепелева Техред В. Рыбакова Корректор И. Симкина

Заказ 267/961 Изд. № 469 Тираж 709 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5