Способ сооружения наклонно-восстающих скважин и буровой агрегат для его осуществления

Способ сооружения наклонно-восстающих скважин и буровой агрегат для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение относится к горному делу и может быть использовано при сооружении наклонно-восстающих скважин из горизонтальных подземных выработок с железобетонным креплением и стальной оболочкой. Сущность изобретения: в процессе бурения скважины осуществляют спуск в скважины длинномерных капсул под электронную аппаратуру, для чего осуществляют совмещение оси захват ных приспособлений с осью скважины путем расфиксации и опускания подъемной рамы буро вого станка, а непосредственно спуск длинномерных капсул производят путем перемещения вращателя бурового стан ка, в захватных приспособлениях которого располагают длинномерные капсулы, при этом захватные приспособления установлены на вращателе и подхвате бурового станка и выполнены в верхней их части, а подъемная рама бурового станка гмеет механизмы крепления и фиксации, катерь: выполнены в виде гидроцилиндрса и GCJ-.V них опорных узлов. 2 с.п.ф-лы, 2 з п ф-лы. 1 ил. Д1

(я) Е 2g С 11/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21)5009868/03 (22) 09,07.91 (46) 15.02.93, Бюл. М 6 (71) Научно-производственное объединение по осушению месторождений полезных ископаемых и специальным горным работам

"ВИОГЕМ" (72) С.И.Беляков, M.Ê.Ïðîíèí, Ю.Н.Сыркин, И.А.Тимошков, В.В.Филатов, А.П,Шемардов, М.Н.Климентов. А.А.Маслов, А.А.Перепечай и В.Л.Топорницкий (73) Специализированное горное строительно-технологическое управление Научнопроизводственного объединения

"ВИОГЕМ" (56) Установка дренажного бурения УДБ-801, r, Белгород, ЦНТИ, информационный листок М 91-3, 1991. (54) СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ НАКЛОННОВОССТА!ОЩИХ СКВАЖИН И БУРОВОЙ АГРЕГАТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к горному делу и может быть использовано

Изобретение относится к горному делу и в частности к сооружению наклонно-восстающих скважин специального назначения из крупногабаритных тоннелей и других горизонтальных подземных выработок с железобетонным креплением и стальной оболочкой.

Целью настоящего изобретения является снижение трудозатрат, повышение производительности и удобства ведения работ при сооружении скважин для установки в них длинномерных труб или длинномерных капсул для размещения электронной аппаратуры, а также удобство ведения работ при установке длинномерных капсул.

„„Я0„„2000011 С при сооружении наклонно-восстающих скважин иэ горизонтальных подземных Bblработок с железобетонным креплением и стальной оболочкой. Сущность изобретения: в процессе бурения скважины осуществляют спуск в скважины длинно>лерных капсул под электронную аппаратуру, для чего осуществляют совмещение оси захватных приспособлений с осью скважины путем расфиксации и опускания подъемной рамы бурового станка, а непосредстсе 1о спуск длинномерных капсул производят путем перемещения вращателя бурового станка, в захватных приспособлениях которого располагают длинномерные капсулы, при этом захватные приспособления установлены на вращателе и подхвате бурового станка и выполнены в верхней их <асти, а подъемная ра)ла 6ypoaoro станка н1леет "1еханиэмы крепления и фиксации, ко-и; ь:.. выполнены в виде гидрацилиндров и ci < них опорных узлов. 2 с.п,ф-лы, 2 з,n." -лы, 1 ил.

Кроме того, цель устройства для осущствления способа — обеспечение надежности работы эа счет исключения релктиг : ix опрокидывающих усилий бурова о с1анка, а такжеудобство работы в зоне устья скг„..;к;1ны на большой высоте, а такхке обл :. ".н.1.работ по установке и сняти о гор.1е- t1,", ру ю щего узла и локального перемещения бурового агрегата от скважины к скваж не.

На фиг.1 изображен предлагае ;ый буровой агрегат в транспортном пол;1;i:сн; н; на фиг,2-то же, в тоннеле; на фиг.3 — схе.ла раскрепления бурового агрегата в 1o«<еле; на фиг.4 — узел I на фиг.2, 2000011

Буровой агрегат включает в себя (фиг,1,2) передвижную платформу 1 с опорным узлом 2. башмаком 3, буровой станок 4, установленный на подъемной раме 5, с вращателем 6. с цилиндром подачи 7 и буровым снарядом 8. размещенным над поворотной рамой 9, снабженной механизмами крепления 10 и элементами фиксации 11 с приводом от гидродомкратов 12, маслостанцию (на черт. не показана), пульт управления 13 с гидроприводом. насос для подачи промывочной жидкости (на черт. не показаны) и герметизирующий узел 14, установЛенный, на устье скважины 15. Механизмы крепления 10 и элементы фиксации 11 выполнены

Г-образной формы с увеличенным рычагом

16. При этом механизмы l0 крепления и элементы фиксации 11, а также башмаки 3 на опорных 2 узлах образуют опоры в пространстве тоннеля 18, выпрлненные в форме спаренной перевернутой трапеции, большие 17 основания которых размещены на уровне заложения наклонно-восстающих скважин 15 (фиг.3).

Поворотная рама снабжена дополнительным гидроцилиндром 19 (фиг,2 и 3), соединенным с кривошипно-шатунным 20 узлом и поворотной опорой 21, которые соединяют и размещают между собой в пространстве тоннеля 18 поворотную 9 и подъемную 5 рамы с фиксацией бурового станка 4 в заданном положении.

Маслостанция выполнена автономно на отдельной вагонетке и сцеплена с передвижной 1 платформой со стороны пульта правления 13, где также установлены вагонетки с запасным буровым снарядом ЗИП и т,п., а с противоположной стороны передвижной платформы 1, где установлен буровой насос, размещаются вагонетки циркуляционной системы для промывочной жидкости (вагонетки на чертежах не показаны). Платформу 1 и вагонетки перемещают по рельсам 22 на типовых колесах 23 с помощью электропоезда или шаговым ходовым узлом (на чертежах не показаны).

Буровой агрегат укомплектован также подъемным краном 24 с крюком 25, размещенным с противоположной стороны относительно пульта управления 13 на передвижной 1 платформе рядом с рамами

5 и 9, а также сварочным аппаратом (на черт. не показан), Для удобства работы в зоне устья скважины 15 на большой высоте подъемная 5 рама бурового станка 4 дополнительно снабжена откидной площадкой (на чертежах не показана), шарнирно установленной между передними механизмами крепления

55 домкратом.

Для удобства обслуживания за счет совместной компановки рукавов гидросистемы, бурового станка 4 и механизмов фиксации ось поворотной 9 рамы станка снабжена проходными каналами в зоне геометрической оси и элементами крепления шлангов гидросистемы, размещенными под платформой со стороны пульта управления и в верхней части оси (на чертежах не показаны). с возможностью фиксации в горизонтальном и вертикальном положениях.

Для удобства работ за счет увеличения зоны обзора бурового агрегата с зоны пульта управления при сооружении скважин на большой высоте передвижная 1 платформа дополнительно снабжена поднятой площадкой П-образной формы, а нижней части которой установлены поперечные

10 гидроцилиндры 28, а в верхней части пульт управления 13 с гидроприводом.

Для облегчения работ по установке и снятию герметиэирующего узла 14 (фиг.4) и повышения надежности изоляции промывочной жидкости у угтья наклонно-восстающей скважины 15 герметиэирующий узел 14 зафиксирован в верхней его части, например, с помощью жестко закрепленного болта 30, дополнительно снабжен двумя подпятниками П-образной формы 31 и опорными элементами 32, установленными радиально (в нижней их части), кинематически взаимодействующими с домкратами 33 (винтовыми или гидравлическими), раэме25 щенными в передней части подхвата бурового стана 4, а также с герметизирующими элементами 35, установленными в кольцевом пазу со стороны стальной облицовки 29 тоннеля.

Для облегчения работ по осевому перемещению длинномерных капсул в наклонно-восстающей скважине буровой станок дополнительно снабжен захватными узлами, выполненными в форме откидных хому35 тов с зажимными плашками, размещенными соосно на вращателе и подхвате в верхней их части с возможностью совмещения длинномерных капсул с осью скважины и перемещения капсул в скважи40 ны 15 с помощью вращателя 6.

Для упрощения локального перемещения бурового агрегата от скважины к скважине откидная опора дополнительно снабжена шаговым ходовым узлом (на чер45 тежах не показан), выполненным в в11де шарнирно подвешенной штанги. размещенной в вертикальной плоскости корпуса опоры с возможностью одновременного кинематического взаимодействия с гидро2000011

Способ сооружения наклонно-восстаю«<их скоажин 15 (фиг.1 и 2) иэ тоннеля 18, закрепленного железобетоном со стальной оболочкой 29, осуществляют с помощью бурового агрегата. который работает следующим образом, Буровой агрегат собирают и в транспортном положении (фиг.1) в сцепке с вагонетками, на которых устанавливают маслостанцию и циркуляционную систему для промывочной жидкости (на черт. не показаны), подгоняют к месту заложения скважин 15, Подготавливают тоннель 18, в котором снимают и убирают из рабочей эоны троллеи и другую оснастку, находящуюся на пути перемещения рабочих узлов агрегата. Затем разворачивают поворотную раму 9 и с помощью дополнительного гидроцилиндра 19 и кривошипно-шатунного механизма 20 выводят подъемную.5 раму на заданную высоту к скважине 15, До этого в стал ьной облицовке 29 (фиг.4) тоннеля 18 по ряду проектных скважин 15 предварительно размечают и вырезают отверстия по размерам начальных диаметров заданных скважин 15 и жестко устанавливают элементы крепления 30 (болт) под герМетизирующий узел 14, а затем с подъемной 5 рамы вводят буровой снаряд 8 в герметизирующий узел 14.

Герметизирующий узел 14 прижимают к стальной оболочке 29 с железобетонным креплением тоннеля 18 и с помощью элел<ентов крепления 30, домкратов 33 и реэьбовых штанг 34 уплотняют герметизирующие элементы 35.

Перед бурением на герметиэирующий узел 14 устанавливают водоотвод 36 для циркуляции промывочной жидкости. Производят контроль кольцевых зазоров между буровым снарядом 8 и стенкой герметизирующего узла 14 при выдерживании заданного «вправления скважины 15, а рэскрепление и фиксацию подъемной рамы бурового станка 4 производят после центровки и введения бурового снаряда в герметизирующ«й узел 14. Для центровки в период раскрепления производят манипулирование высоты подъема передвижной платформы 1 с помощью опорных узлов 2, подъемной рамы 5 и вращателя бурового станка 4 и дополнительно фиксируют с диаметрально противоположных сторон тоннеля 18 с помощью механизма крепления 10 и злеме«тов фиксации 11, распирая их в стаг<ы<ую облицовку 29 тоннеля 18 на уровне герл<етизирующего узла 14.

П р«чел< л<ех,<«изл<ы крепления 10 и фиксации 11, а так>е бац<маки 3 на опорных у.«аx 2 г<Гр..<-

45 перевернутых трапеций (фиг.3) с оч а <««:,,сания А1 — 61-В1-Г1 и Л2 — Б2 — Г2, межд; и оскостями которых на равном расстоян«« размещен вращатель 6 буроного станк» 1, В период создания осевых нагрузок Ро на буровой снаряд для подачи его и разрушения забоя скважины механизмы крепления и фиксации в точках A< — В1 будут воспринимать примерно равную нагрузку

1/2 Ро от реактивных опрокидывающих усилий, Аналогичное равномерное распределение опрокидывающих усилий будет происходить в точках 61 и 62 при расходке или извлечении снаряда и особенно в условиях возможного "прихвата" его в скважине

15, Нагрузка от веса платформы 1 и частично составляющая от Ро также равномерно раскрепляются на опорные узлы 2, а с рельсов

22 нагрузки в основном снимаются. Таким образом, достигается устойчивость и надежность работы бурового стан ка за счет искл ючения реактивных опрокидыва<сщих усилий от бурового станка и равномерного распределения нагрузок.

В централизованном положении бурового снаряда 8 относительно герметизирующего узла 14 и заданного направления скважины 15 подъемную раму 5 бурового станка дополнительно фиксируют с помощью увеличенных рычагов 16 (фиг.2) механизмов крепления 10 и злел<ентов фиксации 11 с диаметрально противоположных сторон тоннеля 18 и производят бурение скважины 15.

В период бурения скваж«иь< 15 (ф«г.2) проходку осуществляют с одно<<рел<е««о< циркуляцией промывочной ж«дкос<и ил« сжатого воздуха. После окончен«я бур:-н« скважины 15 снимают герл<етиз«pyющ узел 14, вь1водят в походное положение ханизмы крепления 10, а подъемную раму бурового станка 4 плавно опускают до совмещения от захватных пр«способлепий с осью скважины 15, Затем устанавливают длинномерную капсулу по заданному направлению захватными пр«спосоГ.;е«<я. « и последовательными ходами вращателя 6 бурового станка 4 перемещают к,.<псу/<ó вдоль оси скважины (захватные пр«способления и капсула не показаны). На заключительных стадиях. сооружения r.ке;<>:,« ь 15 производят цементацию ее вместе с установленной капсулой, в которую ус<а«зал« вают электронную аппаратуру управле«:<ë. ,Для удобства работы в зоне устья скв»жины 15, размещенной на большой е,<соте. откидную площадку бурового ста«ка 4, . лрнирно установленную между перед «л .< . :ханизмами крепления 10, н и .". р, с помощью цепных тяг, отвод т «<

2000011

Формула изобретения

1, Способ сооружения наклонно-восстающих скважин из тоннеля с железобетонным креплением и стальной облицовкой, включающий разметку и задание направления скважины, совмещение осей вращателя и бурового снаряда с заданным пространственным положением скважины, установку герметизирующего узла на устье скважины, раскрепление и фиксацию подьемной рамы бурового станка с помощью гидродомкратов и механизмов крепления, бурение скважины с одновременной циркуляцией промывочной жидкости или сжатого воздуисходное положение механизмы крепления подъемной рамы бурового станка, которую затем опускают до совмещения оси захватных приспособлений бурового станка с осью скважины, размещают в захватных узлах длинномерную капсулу и осуществляют ее спуск в скважину поступательными ходами вращателя вдоль оси скважины, выполнив перед этим дополнительное раскрепление и фиксацию подьемной рамы бурового станка.

2, Буровой агрегат для сооружения нлклонно-восстающиих скважин, включающий передвижную платформу с опорными элементами, размещенные на передвижной платформе поворотную и подъемну о рамы, расположенный на подьемной раме буроBOA cT3HoKc вращателем, подхватом, цилиндром подачи и буровым снарядом, ха, закрепление скважины и установку в ней оборудования, отличающийся тем, что для установки в скважину длинномерных капсул под электронную аппаратуру прерывают процесс бурения, снимают герметизирующий узел с устья скважины, выводят в маслостанцию, пульт управления r гидроt. горизонтальном положении на период процессов бурения, т.к. она была закреплена в вертикальном положении на период подготовки агрегата к транспортному положению.

Для локального перемещения бурового агрегата в. собранном виде от скважины к скважине откидная опора узла 2 дополнительно снабжена шаговым ходовым узлом, выполненным в виде шарнирно подвешенной штанги, размещенной в вертикальной плоскости конуса опоры 2 с возможностью одновременного кинематического взаимодействия с поперечным гидродомкратом 28 (фиг.1). При этом шарнирно подвешенная штанга под воздействием гидродомкрата

28, приводимого в действие гидросистемой от пульта управления 13, периодически упирается в дорожное полотно тоннеля 18 и перемещает передвижную платформу 1, а с ней и весь буровой агрегат в заданном направлении, Для совместной компановки многочисленных рукавов гидросистемы бурового станка и механизмов фиксации, ось поворотной рамы снабжена проходными каналами в зоне геометрической ее оси и элементами крепления шлангов гидросистемы, размещенными под платформой 1 со стороны пульта управления 13 и в верхней части поворотной рамы.

Предложенный способ осуществляют с помощью бурового агрегата, который может быть укомплектован на основе имеющихся буровых установок УДБ-8-01 или УДБ-8-02 с передвижной платформой, конструкции НПО ВИОГМ и СКТБ Главтоннельметрост5

35 роя. Имеется два основных вида сечений тоннеля: круглое диаметром 5,1 м, с расстоянием от рельсового пути до оси выработки

2100 и 1500 мм, подковообразное полигональное диаметром 5,1 м с расстоянием от рельсового пути до оси 1850 и 1550 мм, рельсовый путь с колеей 600 и 900 мм. Крепление тоннеля применяется из железобетонных блоков толщиной 400 мм или монолитного железобетона с облицовкой стальным листом толщиной 8 мм. Стальная арматура крепления представляет собой расположенные по сетке 100 X 100 м стержни диаметром 8 мм на стальном листе, на концах которых пров„ рена сетка иэ стержней (Дм = 8 мм) с соответствующей ячейкой.

Скважины глубиной 4,5-5 м направлены от внутренней поверхности тоннеля вверх радиально под углом 16-21 к горизонту.

Диаметр скважины должен обеспечить посадку капсулы из нержавеющей стали длиной 4 м, Дн = 219 мм. В год сооружается в среднем 400 скважин с расстоянием между ними от 2 до 25 м.

Бурение производят шарошечным долотом (типа Ш 245С) с направляющими или шнековыми трубами с подачей промывочной жидкости или сжатого воздуха.

Таким образом, предложенное техническое решение позволит быстро и надежно выдерживать заданное направление и соответственно снизить трудозатраты, повысить производительность и обеспечить удобство работ в процессе сооружения наклонно-восстающих скважин и в условиях крупногабаритных подземных тоннелях.

2000011

28 приводом, насос для подачи промывочного агента и герметизирующий узел устья скважины. а т л и ч а ю шийся тем, что для спуска в скважину длинномерных капсул с электронной аппаратурой буровой станок снабжен захватными приспособлениями, которые расположены соосно на вращателе и подхвате в верхней их части с возможностью поддержки длинномерных капсул в процессе их спуска в скважину при совмещении осей длинномерных капсул с осью скважины, при этом подъемная рама имеет механизмы крепления и фиксации, которые выполнены в виде гидроцилиндров и верхних опорных узлов для взаимодействия со стенками тоннеля на уровне заложения скважины.

3. Агрегат по и 2, отличающийся тем, что поворотная рама; меет гидроцилиндр, который связан с криьошипно-шатунным узлом, шарнирно размещенным между поворотной и подъемной рамами.

4. Агрегат по п.2, отличающийся тем, что герметизирующий узел выполнен с двумя подпятниками П-образной формы, кинематически связанными посредством домкратов с подхватом бурового станка.

2000011

2000011

Составитель

Техред М.Мортентал

Корректор О.Густи

Редактор

Тираж Подписное, НПО " Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3039

ПрОИЗВОдСтВЕННО-ИЗдатЕЛЬСКИй КОМбИмат "ПатЕНт", Г. ужГОрОд, уЛ.ГаГарИна, 101