устройство газогидроимпульсное

Формула изобретения

Устройство газогидроимпульсное, содержащее корпус с полостью для размещения рабочего агента и инициатора, закрепленный в полости корпуса стакан с отверстиями, закрепленную на головном торце корпуса насадку с выхлопными соплами, установленный с возможностью перемещения в полости насадки поршень, при этом стакан и поршень соединены друг с другом разрывным элементом, отличающееся тем, что устройство снабжено фланцем, закрепленным на хвостовом торце корпуса, во фланце выполнены сообщающиеся каналы для подачи жидкости под давлением на наружную поверхность корпуса, а в насадке выполнен кольцевой канал, при этом полости корпуса и насадки выполнены с возможностью сообщения с кольцевым каналом и выхлопными соплами насадки посредством перемещения поршня в осевом направлении насадки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано для воздействия на угольный пласт с целью интенсификации процесса дегазации и снижения газообильности горных выработок, предотвращения внезапных выбросов угля и газа, снижения пылеобразования в процессе работы горных машин, уменьшения вероятности взрывов газа и пыли, разупрочнения труднообрушаемого слоя угля при подготовке к отработке мощного угольного пласта с выпуском угля верхнего подкровельного слоя и отбойки угля при отработке крутопадающих и крутонаклонных пластов.

Известна установка для генерации гидравлических импульсов давления (патент РФ №2127364, Кл. Е 21 С 37/12, опубл. в бюл. №7, 1999 г.), включающая газогенератор, полый ствол и запорный элемент с седлом, выполненный с возможностью сообщения газогенератора с полым стволом, а также герметизатор ствола и магистральный трубопровод для подачи рабочей жидкости в полый ствол, при этом газогенератор и запорный элемент расположены под углом к продольной оси ствола, близким к 90°. Запорный элемент снабжен подпружиненным со стороны магистрального трубопровода клапаном и дополнительным седлом с возможностью поочередного сообщения газогенератора и магистрального трубопровода с полым стволом, причем газогенератор и запорный элемент закреплены на лафете.

В результате анализа конструкции данной установки необходимо отметить, что она располагается в выработке вблизи устья скважины, имеет большую массу и монтируется на специальном лафете, при этом полый ствол состоит из нескольких частей, соединенных муфтами, и требует точной стыковки газогенератора с помощью салазок на лафете, а лафет имеет системы позициирования ствола с возможностью поворота газогенератора в горизонтальной плоскости на ±20°, а в вертикальной - на ±35°.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство газогидроимпульсное (патент РФ №2147337, Кл. Е 21 В 43/25, опубл. в бюл. №10, 2000 г.), содержащее установленный с зазором в обсадной трубе корпус с полостью для размещения рабочего агента и элемента его инициирования, поршень, установленный в корпусе с возможностью перемещения в полости насадки, при этом стакан и поршень соединены разрывным болтом, разрыв которого предопределяет достижение необходимого давления газов, а также насадку.

В результате анализа конструкции данного устройства необходимо отметить, что она не может без конструктивных доработок обеспечить подачу жидкости под давлением в пластовую скважину, а также осуществлять воздействие газами на жидкость в направлении вдоль оси скважины, т.е. воздействия на массив угля по всей длине скважины.

Задача изобретения заключается в повышении эффективности воздействия на пласт угля с целью обеспечения безопасности подготовительных и очистных работ за счет более интенсивной и полной дегазации угольного пласта и снижения газообильности горных выработок, снижения пылеобразования в процессе работы горных машин, уменьшения вероятности загазирования выработок и взрывов газа и пыли, разупрочнения пласта.

Поставленная задача обеспечивается тем, что в устройстве газогидроимпульсном, содержащем корпус с полостью для размещения рабочего агента и инициатора, закрепленный в полости корпуса стакан с отверстиями, закрепленную на головном торце корпуса насадку с выхлопными соплами, установленный с возможностью перемещения в полости насадки поршень, при этом стакан и поршень соединены друг с другом разрывным элементом. Новым является то, что устройство снабжено фланцем, закрепленным на хвостовом торце корпуса, во фланце выполнены сообщающиеся каналы для подачи жидкости под давлением на наружную поверхность корпуса, а в насадке выполнен кольцевой канал, при этом полости корпуса и насадки выполнены с возможностью сообщения с кольцевым каналом и выхлопными соплами насадки посредством перемещения поршня в осевом направлении насадки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 показана схема устройства газогидроимпульсного, общий вид; на фиг.2 - вид по стрелке А фиг.1; на фиг.3 - вид по стрелке Б фиг.1; на фиг.4 - схема соединения фланца с обсадной трубой; на фиг.5 - сечение А-А фиг.4; на фиг.6 - сечение Б-Б фиг 5; на фиг.7 - скоба; на фиг.8 - насадка устройства.

Устройство газогидроимпульсное содержит фланец 1, в котором выполнено по крайней мере одно гнездо 2 для подвода жидкости. Гнездо 2 каналом 3 и каналом 4 соединено с кольцевой полостью 5, образованной обсадной трубой 6 и корпусом 7 устройства, на одном торце которого смонтирован фланец 1, а на другом - насадка 8, в которой выполнены выхлопные сопла 9, закрытые заглушками 10 и прикрытые пленкой 11, и кольцевой канал 12.

В полости корпуса и насадки расположены соединенные друг с другом разрывным элементом (болтом) 13 с шейкой 14 стакан 15 и поршень 16, имеющий возможность взаимодействия с демпфером 17, установленным в полости насадки 8. Насадка 8 соединена с втулкой 18, которая, в свою очередь, - с корпусом 7.

В стакане 15 выполнены отверстия 19. Во фланце 1 имеется место для установки инициатора 20, воспламеняющего энергоноситель, в качестве которого могут быть использованы заряды твердого топлива.

Устройство газогидроимпульсное работает следующим образом.

Воздействие устройства на угольный пласт осуществляется через скважину, обсаженную металлической трубой у ее устья.

Устройство размещается в устье обсадной трубы и крепится к фланцу 21 обсадной трубы 6. Устройство фиксируется в выработке с помощью опор.

Нагнетание жидкости в скважину производится через каналы 3 и 4 фланца 1, гнездо 2 которого соединено с рукавом высокого давления (не показан). Из канала 4 жидкость поступает в кольцевую полость 5 между обсадной трубой 6 и корпусом 7 устройства. Из кольцевой полости жидкость подается в скважину. Выхлопные сопла 9 до начала процесса нагнетания жидкости в скважину закрыты заглушками 10 и прикрыты пленкой 11, защищающей сопла 9 от проникновения рабочей жидкости (воды). Сопла выполнены с возможностью формирования в столбе жидкости порога уплотнения и волновых процессов.

Для начала реакции рабочего агента (энергоносителя) дистанционно инициируют элемент 20, в качестве которого может быть использован пиропатрон.

В процессе химического превращения рабочего агента образуется нейтральный газ, содержащий до 99,5% азота. Образованный газ проходит через отверстия 19 стакана 15. В полости, образованной внутренней поверхностью насадки, торцами стакана 15 и поршня 16, увеличивается давление газов и, когда оно достигает расчетного значения, разрывается шейка 14 разрывного элемента 13 и под действием газа поршень 16 перемещается в полости насадки до контакта с демпфером 17, открывая при этом доступ газа в радиально расположенный кольцевой канал 12, и далее - к выхлопным соплам 9 насадки 8. Число сопел может быть различным, как правило, не менее шести.

Нейтральный газ (на 99-99,5% азот), проходя под давлением через выхлопные сопла, срывает заглушки 10 и воздействует на столб жидкости, закаченной в скважину.

В процессе импульсной обработки пласта на выходе из генератора создаются струи, воздействующие на жидкость, находящуюся под давлением внутри обсадной трубы и в скважине.

При импульсном воздействии на предварительно обводненный вблизи скважины массив угля жидкостью, являющейся рабочим телом, образуются новые и раскрываются имеющиеся трещины, при этом давление в импульсе может достигать 100-130 МПа. Продолжительность импульса изменяется в зависимости от свойств массива и горно-геологических условий залегания пласта угля и составляет 0,1-0,3 с при максимальных значениях давления газов, а в целом достигает нескольких секунд, радиус трещинообразования - до 10-20 м.

Заряды энергоносителя, выполненные из азотогенерирующих составов, надежно воспламеняются и создают давление газов в генераторе до 150 МПа.

Управление процессом газогидроимпульсного воздействия на массив угля производится дистанционно.

Устройство газогидроимпульсное обладает следующими характеристиками:

- диаметр - 93-105 мм;

- длина - 1,5-1,6 м;

- давление газов - до 150 МПа;

- температура газов - не более 700°С;

- электрический импульс для инициирования заряда - 27±3 В;

- заряд твердого топлива - шашки ТЭШ-4 с таблеткой КЭТ-4;

- воспламенитель твердого топлива - мостик накаливания;

- пиропатрон - ПДО-2, МПДО или аналогичный им;

- масса азота - до 1 кг;

- кратность использования - многократно (с заменой отдельных деталей и заряда).

В процессе проведения патентных исследований технические решения, подобные заявленному, не обнаружены. Считаем, что сведения, изложенные в материалах заявки, достаточны для практического осуществления изобретения.

Интенсификация процесса подземной дегазации не разгруженного от горного давления газоносного угольного пласта, снижение газообильности горных выработок, предварительное увлажнение и разупрочнение пласта способствуют увеличению нагрузки на забои, повышают безопасность отработки пласта по факторам газа, пыли и внезапных выбросов угля и газа, уменьшают вероятность загазирования выработок и взрывов газа и пыли, способствуют извлечению больших объемов кондиционного метана, пригодного для утилизации. Устройство и заряды энергоносителя являются экологически чистыми.