RU200029U1

RU200029U1 - DEVICE FOR CRUSHING ROCKS

Info

Publication number: RU200029U1
Application number: RU2020124955U
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Габов; Андрей Петрович Баталов; Анастасия Викторовна Виленская; Максим Игоревич Тимофеев
Priority date: 2020-07-28
Filing date: 2020-07-28
Publication date: 2020-10-01

Abstract

Полезная модель относится к горному делу и строительству, может быть использована для отбойки блоков от массива, добычи строительного камня и кристаллического сырья. Устройство может быть применено после бурения шпуров, введения в шпуры рабочих органов, к которым прикладывают периодическую ударную нагрузку или постоянный напор вдоль оси шпура.Устройство для разрушения горных пород, включающее цилиндрический корпус и рабочие органы в виде клиньев на его наружной поверхности, в цилиндрическом корпусе выполнено осевое коническое отверстие, в которое вставлен конический плунжер, имеющий на свободном конце ступенчатое утолщение и кольцевой выступ. Осевое отверстие корпуса и плунжер выполнены коническими, а цилиндрический корпус представляет собой цангу с наружным кольцевым выступом в устьевой части и со сквозными продольными разрезами с обоих концов корпуса для образования раздвижных губок, при этом по две губки в устьевой и в донной части корпуса оснащены режущими клиньями в плоскости, параллельной к свободной поверхности блока, а две губки в донной части корпуса, обращенные к свободной поверхности массива, на них установлены режущие клинья донного надреза перпендикулярно к оси корпуса. 4 ил.The utility model relates to mining and construction, can be used for breaking blocks from the massif, mining building stone and crystalline raw materials. The device can be used after drilling holes, introducing working bodies into the holes, to which a periodic shock load or constant pressure is applied along the axis of the hole. A device for crushing rocks, including a cylindrical body and working bodies in the form of wedges on its outer surface, in a cylindrical body an axial conical hole is made, into which a conical plunger is inserted, having a stepped thickening and an annular protrusion at the free end. The axial opening of the body and the plunger are made conical, and the cylindrical body is a collet with an outer annular protrusion in the wellhead part and with through longitudinal cuts at both ends of the body to form sliding jaws, while two jaws in the wellhead and bottom of the body are equipped with cutting wedges in a plane parallel to the free surface of the block, and two jaws in the bottom of the body, facing the free surface of the array, are equipped with cutting wedges of the bottom notch perpendicular to the axis of the body. 4 ill.

Description

Полезная модель относится к горному делу и строительству, может быть использована для отбойки блоков от массива, добычи строительного камня и кристаллического сырья. Устройство может быть применено после бурения шпуров, введения в шпуры рабочих органов, к которым прикладывают периодическую ударную нагрузку или постоянный напор вдоль оси шпура. The utility model relates to mining and construction, can be used for breaking blocks from the massif, mining building stone and crystalline raw materials. The device can be used after drilling holes, introducing working bodies into the holes, to which a periodic shock load or constant pressure is applied along the axis of the hole.

Известно устройство для гидравлического разрушения горных пород (авторское свидетельство SU № 1788236, опубл. 15.01.1993 г.), включающее цилиндрический корпус с радиальными отверстиями, входной штуцер, установленный в торце корпуса, и герметизирующие приспособления, закрепленные на противоположных концах корпуса, при этом, с целью повышения производительности работы за счет совмещения операций герметизации и разрушения, оно снабжено стаканом, герметизирующие приспособления выполнены в виде самоуплотняющихся колоколообразных манжет, стакан размещен на корпусе с возможностью свободного осевого перемещения и насажен на манжету, закрепленную со стороны штуцера, а радиальные отверстия выполнены на уровне полости данной манжеты.A device for hydraulic destruction of rocks is known (copyright certificate SU No. 1788236, publ. 15.01.1993), which includes a cylindrical body with radial holes, an inlet fitting installed at the end of the body, and sealing devices fixed at opposite ends of the body, while , in order to increase the productivity of work due to the combination of sealing and destruction operations, it is equipped with a glass, the sealing devices are made in the form of self-sealing bell-shaped cuffs, the glass is placed on the body with the possibility of free axial movement and is mounted on the cuff fixed from the side of the fitting, and the radial holes are made at the level of the cavity of this cuff.

Недостатками устройства являются: самоуплотняющиеся колоколообразные манжеты со свободно перемещающимся стаканом, насаженным с одной стороны цилиндрического корпуса не обеспечивают надежную работу герметизирующих приспособлений, возможность использования устройства ограничена только монолитной породой без пустот и трещин. При отделении блока породы может произойти разрыв манжет.The disadvantages of the device are: self-sealing bell-shaped cuffs with a freely moving glass fitted on one side of the cylindrical body do not provide reliable operation of sealing devices, the possibility of using the device is limited only by monolithic rock without voids and cracks. Cuff rupture may occur when the rock block is detached.

Ивестно устройство для разрушения горных пород (авторское свидетельство СССР 827783, опубл. 07.03.1981 г.), включающее корпус с перфорацией, входной патрубок, опорный фланец и эластичную оболочку, при этом, эластичная оболочка выполнена в виде отдельных полос, перекрывающих друг друга не менее чем на половину ширины, полосы могут быть расположены вдоль корпуса или расположены на корпусе по спирали. A device for destruction of rocks is known (USSR author's certificate 827783, publ. 03/07/1981), which includes a perforated body, an inlet pipe, a support flange and an elastic shell, while the elastic shell is made in the form of separate strips that do not overlap each other. less than half the width, the stripes can be located along the body or spirally located on the body.

Недостатками устройства являются: заделка вблизи торцов корпуса полос эластичной оболочки создает в них область концентрации напряжений, при подаче высокого давления жидкости или газа через перфорацию корпуса, особенно при раскрытии зазоров между полосами эластичной оболочки будет их разрушать, необходимость работы специальной насосной установки для создания высокого давления, при резком раскрытии трещины в породе при работающем насосе вызывает утечку жидкости и падение давления в магистрали от насосной установки, что не позволит сработать другим устройствам, если одновременно используется их несколько.The disadvantages of the device are: the sealing of the elastic shell strips near the ends of the body creates an area of stress concentration in them, when a high pressure of liquid or gas is supplied through the perforation of the body, especially when the gaps between the strips of the elastic shell are opened, they will destroy them, the need for a special pumping unit to create high pressure , with a sharp opening of a crack in the rock when the pump is running, it causes a fluid leak and a pressure drop in the pipeline from the pumping unit, which will not allow other devices to work if several of them are used at the same time.

Известно устройство для разрушения негабарита (авторское свидетельство SU 1004635, опубл. 15.03.1983 г.), включающее помещаемые в шпур распорные щеки с демпфирующими элементами из низкомодульного материала и клин, вводимый в шпур между щеками, при этом с целью повышения эффективности разрушения негабарита за счет использования импульсного давления жидкости в шпуре, демпфирующие элементы выполнены в виде трубчатого уплотнителя, охватывающего по периметру наружные и внутренние поверхности щек, причем на торце уплотнителя ниже распорных щек установлено эластичное кольцо с круговым сечением, имеющее внутренний диаметр, меньший внутреннего диаметра отверстия трубчатого уплотнителя.Known device for destruction of oversized (copyright certificate SU 1004635, publ. 03/15/1983), which includes spacer cheeks placed in the hole with damping elements made of low modulus material and a wedge inserted into the hole between the cheeks, while in order to increase the efficiency of destruction of oversized for Due to the use of impulse pressure of the fluid in the borehole, the damping elements are made in the form of a tubular seal, covering the outer and inner surfaces of the cheeks along the perimeter, and an elastic ring with a circular section is installed on the end of the seal below the expansion cheeks, having an inner diameter smaller than the inner diameter of the tubular seal hole.

Недостатками устройства являются распорные щеки с клином и с демпфирующими элементами для герметизации шпура, заполненного жидкостью, появление небольшой трещины в стенке шпура после удара по клину резко снижает эффективность передачи импульсного воздействия на породу, демпфирующие элементы распорных щек потребляют часть энергии удара, что снижает эффективность работы устройства. The disadvantages of the device are spacer cheeks with a wedge and with damping elements for sealing a borehole filled with liquid, the appearance of a small crack in the borehole wall after hitting a wedge sharply reduces the efficiency of impulse transmission to the rock, damping elements of the spacer cheeks consume part of the impact energy, which reduces the efficiency devices.

Известно устройство гидроклин для разрушения горных пород (авторское свидетельство СССР № 58032382, опубл. 15.11.1977 г.), включающий привод с корпусом, шток с прикрепленным к нему клином, грани которого, примыкающие к раздвижным щекам, выполнены с выточками, и с целью увеличения распорного усилия гидроклин снабжен мультипликатором, установленном на выходном конце штока, канал высокого давления которого через шток сообщен с полостями, образованными выточками клина.A known device is a hydraulic wedge for destroying rocks (USSR author's certificate No. 58032382, publ. 11/15/1977), including a drive with a body, a stem with a wedge attached to it, the edges of which, adjacent to the sliding cheeks, are made with grooves, and for the purpose for increasing the thrust force, the hydraulic wedge is equipped with a multiplier installed at the outlet end of the rod, the high-pressure channel of which is communicated through the rod with the cavities formed by the recesses of the wedge.

Недостатком устройства является сложность конструкции цилиндра, клина и мультипликатора, а также ограниченная раздвижка щек в нижней обойме корпуса, что не гарантирует надежного отделения блоков породы.The disadvantage of the device is the complexity of the design of the cylinder, wedge and multiplier, as well as the limited spreading of the cheeks in the lower casing of the body, which does not guarantee reliable separation of rock blocks.

Известно устройство для разрушения горных пород (патент RU №2101496, опубл. 01.10.1998 г.), включающее гидроцилиндр двойного действия и рабочий орган в виде размещенного между раздвижными щеками клина, жестко связанного с поршнем гидроцилиндра, пружинную серьгу, в которой установлены раздвижные щеки, отличающееся тем, что устройство снабжено сменными разновеликими по высоте втулками, а верхние части клина и раздвижных щек выполнены с наружными поверхностями, параллельными продольной оси рабочего органа, при этом сменные втулки установлены под пружинной серьгой и с охватом верхней части рабочего органа и выполнены с высотой, не превышающей высоту верхних частей клина и раздвижных щек.A device for destruction of rocks is known (patent RU No. 2101496, publ. 01.10.1998), including a double-acting hydraulic cylinder and a working body in the form of a wedge placed between the sliding cheeks, rigidly connected to the hydraulic cylinder piston, a spring shackle in which sliding cheeks are installed , characterized in that the device is equipped with replaceable bushings of different sizes in height, and the upper parts of the wedge and sliding cheeks are made with outer surfaces parallel to the longitudinal axis of the working body, while the replaceable sleeves are installed under the spring shackle and covering the upper part of the working body and are made with a height not exceeding the height of the tops of the wedge and sliding cheeks.

Недостатками устройства являются: необходимость переустановки сменных втулок при различной глубине погружения рабочего органа в шпур, устройство опирается на поверхность, разрушаемую при его работе, что может вызывать несимметричное нагружение раздвижных щек и деформацию узлов устройства, при раздвижении щек клином вся нагрузка сосредоточена на области перехода параллельных плоскостей в клиновую, что приводит к быстрому местному износу щек и клина.The disadvantages of the device are: the need to reinstall replaceable bushings at different depths of immersion of the working body in the borehole, the device rests on a surface destroyed during its operation, which can cause asymmetric loading of the sliding cheeks and deformation of the device nodes, when the cheeks are spread with a wedge, the entire load is concentrated on the transition region of parallel planes into a wedge, which leads to rapid local wear of the cheeks and wedge.

Известно устройство для образования направленных трещин в скважинах (патент RU № 2229595, опубл.27.05.2004 г.) принятое за прототип, включающее цилиндрический корпус и рабочие органы в виде клиньев на его наружной поверхности, в цилиндрическом корпусе выполнено осевое отверстие, в которое вставлен плунжер, имеющий на свободном конце ступенчатое утолщение и кольцевой выступ, при этом на конце цилиндрического корпуса имеется клин. Принято как прототип.Known device for the formation of directional cracks in wells (patent RU No. 2229595, publ. 27.05.2004) taken as a prototype, including a cylindrical body and working bodies in the form of wedges on its outer surface, an axial hole is made in the cylindrical body, into which is inserted a plunger having a stepped thickening and an annular protrusion at the free end, while there is a wedge at the end of the cylindrical body. Accepted as a prototype.

Недостатками устройства являются цилиндрический корпус с двусторонними клиньями на наружной поверхности в устьевой части, плунжер, рабочий ход которого ограничен ступенчатым выступом, скважина или шпур заполнены специальной жидкостью высокой вязкости; малый ход плунжера должен создать импульсные нагрузки в жидкости для растягивающих усилий в горной породе. Клинья прорезают канавки в боковой стенке устья скважины или шпура, что снижает герметичность в зоне действия специальной жидкости высокой вязкости при давлении плунжера.The disadvantages of the device are the cylindrical body with double-sided wedges on the outer surface in the wellhead, the plunger, the working stroke of which is limited by a stepped projection, the well or borehole is filled with a special high-viscosity fluid; the small stroke of the plunger should create impulsive loads in the fluid for tensile forces in the rock. The wedges cut grooves in the side wall of the wellhead or borehole, which reduces the tightness in the area of action of a special high-viscosity fluid at plunger pressure.

Техническим результатом является повышение эффективности воздействия на горную породу в зоне, где необходимо образовать трещины для отделения блока от массива.The technical result is to increase the efficiency of impact on the rock in the zone where it is necessary to form cracks to separate the block from the massif.

Технический результат устройства достигается тем, что осевое отверстие корпуса и плунжер выполнены коническими, а цилиндрический корпус представляет собой цангу с наружным кольцевым выступом в устьевой части и со сквозными продольными разрезами с обоих концов корпуса для образования раздвижных губок, при этом по две губки в устьевой и в донной части корпуса оснащены режущими клиньями в плоскости, параллельной к свободной поверхности блока, а две губки в донной части корпуса, обращенные к свободной поверхности массива, на них установлены режущие клинья донного надреза, перпендикулярно к оси корпуса. The technical result of the device is achieved by the fact that the axial opening of the body and the plunger are made conical, and the cylindrical body is a collet with an outer annular protrusion in the wellhead part and with through longitudinal cuts at both ends of the body to form sliding jaws, with two jaws in the wellhead and in the bottom part of the body they are equipped with cutting wedges in a plane parallel to the free surface of the block, and two jaws in the bottom part of the body, facing the free surface of the array, are equipped with cutting wedges of the bottom notch, perpendicular to the axis of the body.

Устройство для разрушения горных пород поясняется следующими фигурами: The device for breaking up rocks is illustrated by the following figures:

фиг. 1 – устройство в сборе;fig. 1 - complete device;

фиг. 2 – корпус;fig. 2 - case;

фиг.3 – вид на корпус с донной части;Fig. 3 is a view of the body from the bottom;

фиг.4 – вид на корпус с устьевой части, где:Fig. 4 is a view of the body from the wellhead, where:

1 – плунжер,1 - plunger,

2 – корпус,2 - case,

3 – губки устьевой стороны;3 - mouth side sponges;

4 – режущие клинья устьевой стороны;4 - cutting wedges of the wellhead side;

5 – губки донной стороны;5 - bottom side jaws;

6 – режущие клинья донной стороны;6 - bottom side cutting wedges;

7 – цилиндрическая расточка;7 - cylindrical bore;

8 – компенсационный уступ;8 - compensation ledge;

9 – режущие клинья донного надреза. 9 - bottom notch cutting wedges.

Устройство для разрушения горных пород состоит из корпуса 2 (фиг. 1 - 4) цилиндрической формы, выполненного, например, из стали и рабочих органов в виде режущие клинья устьевой стороны 4 и режущие клинья донной стороны 6 на его наружной поверхности. В корпусе 2 выполнено осевое коническое отверстие, в которое установлен плунжер 1, конической формы, например выполненный из стали. На свободном конце плунжера 1 выполнено ступенчатое утолщение и кольцевой выступ. Корпус 2 представляет собой двустороннюю цангу с наружным кольцевым выступом в устьевой стороне и со сквозными продольными разрезами с устьевой и донной сторон до середины корпуса для образования раздвижных губок и устьевой стороны 3 и губок донной стороны 5. На двух губках донной стороны 5 жестко установлены режущие клинья донного надреза 9, перпендикулярными к оси корпуса, над ними выполнен компенсационный уступ 8.The device for destruction of rocks consists of a body 2 (Fig. 1 - 4) of a cylindrical shape, made, for example, of steel and working bodies in the form of cutting wedges of the mouth side 4 and cutting wedges of the bottom side 6 on its outer surface. In the body 2, an axial conical hole is made, in which a plunger 1 is installed, of a conical shape, for example, made of steel. At the free end of the plunger 1, a stepped thickening and an annular protrusion are made. The body 2 is a double-sided collet with an outer annular ledge in the wellhead side and with through longitudinal cuts from the wellhead and bottom sides to the middle of the body to form sliding jaws and the wellhead side 3 and bottom side jaws 5. Cutting wedges are rigidly mounted on two bottom side jaws 5 bottom notch 9, perpendicular to the axis of the body, a compensation ledge 8 is made above them.

Внутри средней части корпуса, у осевого конического отверстия выполнена цилиндрическая расточка 7. Стальной плунжер 1 изготовлен с конусностью равной или меньшей, чем коническое отверстие в корпусе 2. Inside the middle part of the body, a cylindrical bore 7 is made at the axial conical hole. The steel plunger 1 is made with a taper equal to or less than the tapered bore in the body 2.

Устройство работает следующим образом. В пробуренный шпур вводится корпус до упора фаски в устье шпура, при этом режущие клинья устьевой стороны 4 и режущие клинья донной стороны корпуса 6 должны быть сориентированы параллельно уступу или стороне блока породы, в коническое отверстие корпуса 2 вставляется плунжер 1. The device works as follows. A body is inserted into the drilled hole until the chamfer stops at the mouth of the hole, while the cutting wedges of the wellhead side 4 and the cutting wedges of the bottom side of the body 6 should be oriented parallel to the ledge or the side of the rock block, plunger 1 is inserted into the conical hole of the body 2.

При вдавливании или при нанесении ударов по торцу плунжера 1 его продвижение по сужающемуся внутреннему отверстию корпуса 2 приводит к раздвиганию губок устьевой стороны 3 и губок донной стороны корпуса 5, углубление корпуса ниже устья шпура и созданию напряжений в горной породе в зоне контакта кольцевого выступа устьевой части корпуса и в зоне режущих клиньев донного надреза вплоть до образования трещин.When pressed or when hitting the end of the plunger 1, its advance along the tapering inner opening of the body 2 leads to the expansion of the mouth side jaws 3 and the jaws of the bottom side of the body 5, deepening of the body below the borehole mouth and creating stresses in the rock in the contact zone of the annular protrusion of the wellhead part the body and in the area of the cutting wedges of the bottom notch up to the formation of cracks.

Губки донной стороны корпуса 5 сформированы так, что с начала движения плунжера 1 создаются сдвиговые напряжения в глубине шпура (в донной части шпура), а затем развивается деформация при раздвигание губок устьевой стороны корпуса в устье шпура и увеличивается внедрение режущих клиньев устьевой стороны 4 корпуса, режущих клиньев донной стороны 6, двух режущих клиньев донного надреза 9, что приводит к растягивающим напряжениям в породе. Компенсационный уступ 8 в донной стороне корпуса снижает сопротивление внедрению режущих клиньев донного надреза 9 в породу. Совместное воздействие этих напряженных зон при наличии концентраторов напряжения – надрезов вдоль оси шпура режущими клиньями устьевой 4, режущими клиньями донной стороны 6 и поперечного надреза режущими клиньями донного надреза 9 корпуса позволяет произвести управляемое отделение блока породы от массива при использовании группы таких устройств или локального отделения куска породы при единичном использовании устройства. The jaws of the bottom side of the body 5 are formed so that from the beginning of the movement of the plunger 1, shear stresses are created in the depth of the hole (in the bottom part of the hole), and then deformation develops when the jaws of the wellhead side of the body are pushed apart into the mouth of the hole and the introduction of cutting wedges of the wellhead side 4 of the body increases, cutting wedges of the bottom side 6, two cutting wedges of the bottom notch 9, which leads to tensile stresses in the rock. The compensation ledge 8 in the bottom side of the body reduces the resistance to the penetration of the cutting wedges of the bottom notch 9 into the rock. The combined effect of these stress zones in the presence of stress concentrators - notches along the axis of the borehole by cutting wedges of the wellhead 4, cutting wedges of the bottom side 6 and a transverse notch by cutting wedges of the bottom notch 9 of the body allows for a controlled separation of the rock block from the massif using a group of such devices or local separation of a piece breeds with a single use of the device.

Разная величина конусности плунжера и осевого отверстия корпуса дает возможность собирать их в шпуре близко к такому положению, при котором быстро достигается нагружение контактных зон, и нет протяженных поверхностей скольжения. Для уменьшения сопротивления движению плунжера отверстие корпуса в средней части, обладающей наибольшей жесткостью, обработан на цилиндр – цилиндрическая расточка 7.The different taper of the plunger and the axial bore of the body makes it possible to collect them in the borehole close to such a position at which the loading of the contact zones is quickly achieved, and there are no extended sliding surfaces. To reduce the resistance to the movement of the plunger, the housing bore in the middle part, which has the greatest rigidity, is machined into a cylinder - cylindrical bore 7.

Необходимо периодически производить смазку канала - конического отверстия корпуса. Силовое воздействие на плунжер может быть как вручную, так и с применением отбойного молотка, гидродомкрата или гидромолота.It is necessary to periodically lubricate the channel - the tapered bore of the body. Force action on the plunger can be either manually or using a jackhammer, hydraulic jack or hydraulic hammer.

Преимущество устройства состоит в том, что простая конструкция допускает его использование в любых условиях при широком спектре силового обеспечения – от ручного до механизированного. Увеличивается уверенность в отделении блока породы на всю длину устройства. Прорези на корпусе до термообработки прорезаются не до торца, чтобы избежать коробления и потери формы раздвижных губок, после термообработки прорези требуется дорезать до торцов корпуса. Режущие клинья на наружной части корпуса рекомендуется изготавливать из вставок твердого сплава или производить их щадящую наплавку порошковыми трубчатыми электродами, чтобы увеличить ресурс их режущих свойств. The advantage of the device is that its simple design allows it to be used in any conditions with a wide range of power supply - from manual to mechanized. Increases confidence in separating the rock block over the entire length of the device. The slots on the body before heat treatment are not cut to the end to avoid warping and loss of the shape of the sliding jaws; after heat treatment, the slots must be cut to the ends of the body. Cutting wedges on the outer part of the body are recommended to be made of carbide inserts or to make their sparing surfacing with powder tubular electrodes in order to increase the resource of their cutting properties.

Claims

A device for destroying rocks, including a cylindrical body and working bodies in the form of wedges on its outer surface, an axial conical hole is made in the cylindrical body, into which a conical plunger is inserted, which has a stepped thickening at the free end and an annular protrusion, characterized in that the axial hole the bodies and the plunger are made conical, and the cylindrical body is a collet with an outer annular protrusion in the wellhead and with through longitudinal cuts at both ends of the body to form sliding jaws, while two jaws in the wellhead and in the bottom of the body are equipped with cutting wedges in the plane parallel to the free surface of the block, and two jaws in the bottom of the body, facing the free surface of the array, are equipped with cutting wedges of the bottom notch perpendicular to the axis of the body.