Способ термодинамического раз-рушения горных пород

Способ термодинамического раз-рушения горных пород

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И E >802549

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11.03.79 (21) 2736305/22-03 (51) М. Кл.з

Е 21 С 37/16

Е21 В 714 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Гесударстеенный камнтет (53) УДК 622.243. .94 (088.8) па делам нзебретеннй н еткрытнй

Опубликовано 07.02.81. Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 15.02.81 (72) Авторы изобретения

Е. К. Ястребов и Б. К. Стырон

Казахский политехнический инстит им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) СПОСОБ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ

ПОРОД

Изобретение относится к термодинамическим способам разрушения горных пород и может быть использовано, в частности, для бурения взрывных скважин.

Известен способ термодинамического бурения скважин, при котором на горную породу воздействуют детонационными волнами и следующими за ними продуктами детонации, которые создают непосредственно в камере сгорания, у ее закрытого конца, путем сжигания углеводородного горючего в газообразном окислителе в сверхзвуковом режиме (1) .

Этот способ практически применим для бурения скважин, главным образом в грунтах и глинах, так как механическое действие детонационных волн при использовании обычных компрессоров для подготовки топливной смеси не превышает 400—

600 кг/см2.

Тепловое воздействие продуктов детонации на буримую пробу при этом очень кратковременно и недостаточно для термического ослабления горных пород.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ термодинамического разрушения горных пород одновременным воздеиствием на них сверхзвуковыми высокотемпературными газовыми струями и детонационными волнами, которые создают в результате сжигания топ5 ливной смеси углеводородного горючего и газообразного окислителя (2).

Высокотемпературные газовые струи формируют из продуктов сжигания топливных смесей в двух коаксиально расположенных камерах сгорания в режиме дозвукового гото рения. Детонационные волны создаются непосредственно в истекающих струях газа при их встрече с забоем путем дожигания непрореагировавших в камерах сгорания избытков окислителя и горючего.

Давление таких волн на разрушаемую поверхность не превышает 15 — 20 кг/см, так как их образование протекает в факеле, где объемы достигаемых топливных смесей очень незначительны. Поэтому известные способы не обеспечивают достаточно эффективного разрушения горных пород по изложенным выше причинам.

Цель изобретения заключается в том, чтобы существенно повысить эффективность процесса разрушения.

802549

Эта цель достигается тем, что детонационные волны генерируют непосредственно в камере сгорания у ее закрытого конца в топливной смеси, компоненты которой вводят в камеру сгорания встречными потоками. При этом в камеру сгорания сначала вводят окислитель, а затем горючее.

Вводимые в камеру сгорания встречными потоками топливные компоненты даже при полностью открытой камере увеличивают ее аэродинамическое сопротивление и повышают начальное давление в камере в 2 — 3 ра- 10 за, что приводит к 2 — 3-х кратному повышению механического воздействия детонационной волны на разрушаемую породу.

Предлагаемый способ поясняется на примере сжигания бензовоздушных топливных смесей. 15

На чертеже показана двухкамерная огнеструйная горелка.

Сжатый воздух и бензин под давлением

5 — 7 кгс/см вводят в камеры 1 и 2 сгорания в пропорциях, обеспечивающих подготовку обогащенной топливной смеси с коэффициентом избытка окислителя, равным

0,6 — 0,8 для камеры 1 и 0,9 — 0,95 для камеры 2.

Топливную смесь в камере 1 сгорания сжигают непрерывно в дозвуковом режиме горения. Продукты сгорания формируют в сверхзвуковые струи 3 и под давлением 3—

4 кгс/см выбрасывают из камеры 1 сгорания на разрушаемую породу 4. Температура в зоне торможения струи и образова30 ния отсоединенного скачка уплотнения 5 повышается до внутрикамерной, т. е. до 1300—

1500 С.

Топливные компоненты в камеру 2 сгорания вводят встречными потоками, которые сталкиваются, повышают аэродинамическое Зз сопротивление камеры, увеличивая начальное давление топливной смеси в ней до 2—

3 кгс/см при давлении в скважине около

1,1 кгс/см .

Топливную смесь в камере 2 сгорания воспламеняют у ее закрытого конца электрическим разрядом 6. Образовавшийся фронт 7 пламени ускоряется, и нормальное горение перерастает в детонацию в виде волны 8, которая вместе с продуктами детонации распространяется к открытому концу камеры 2 сгорания со скоростью 1200—

1500 м/с и воздействует на поверхность разрушаемой породы 4 с силой 500 — 600 кгс/см .

Остатки продуктов детонации вытесняются из камеры 2 сгорания воздухом, после чего в камеру 2 вводят горючее, образуют топливную смесь, и цикл генерирования детонационной волны повторяют.

На разрушаемую породу 4 одновременно воздействуют непрерывными струями 3 нагретого до высокой температуры газа и периодической детонацион ной волной 8, которая разрушает скачок уплотнения 5.

В результате, ослабления прочности разрушаемой породы и усиления механического воздействия на нее детонационных волн эффективность разрушения повышается в 1,5

6 раз (в зависимости от физико-химических и минералогических свойств породы) и в значительной мере расширяется диапазон р аз ру ш а емых пород.

Технико-экономическая эффективность данного способа обеспечивается повышением внутрикамерного давления в детонационной камере сгорания и взаимодействием детонационной волны и факела при одновременном их воздействии на разрушаемую породу.

Формула изобретения

1. Способ термодинамического разрушения горных пород одновременным воздействием на них сверхзвуковыми высокотемпературными газовыми струями и детонационными волнами, которые создают в результате сжигания топливной смеси углеводородного горючего и газообразного окислителя, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса разрушения, детонационные волны генерируют непосредственно в камере сгорания, у ее закрытого конца, в топливной смеси, компоненты которой вводят в камеру сгорания встречными потоками.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в камеру сгорания сначала вводят окислитель, а затем горючее.

1.1сточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Англии № 1275264, кл. Е 1 F, опублик. 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 279525, кл. E 21 С 21/00, 1967.

802549

Составитель В.Махаева

Редактор Ж. Рожкова Техред А. Бойкас Корректор С. Щомак

Заказ 10233/41 Тираж 638 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4