Бурильное устройство

Бурильное устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к устройству держателя механизма подачи для использования в бурении и/или в устройстве анкерной крепи. Конкретно, настоящее изобретение относится к устройству держателя механизма подачи и к буровой установке и/или установке выполнения анкерной крепи горной породы.

Предпосылки изобретения

При бурении горной породы и выполнении анкерной крепи горной породы часто используют буровую установку, в которой один или несколько бурильных машин несут соответствующие подвижные манипуляторы или стрелы. Стрелы обычно нежестко прикреплены к ходовой части, такой как транспортное средство, посредством одного или нескольких узлов. Дополнительно, бурильная машина обычно нежестко прикреплена к концу стрелы, отстоящему от ходовой части, одним или несколькими дополнительными узлами.

Обычно бурильная машина не прикреплена непосредственно к стреле, а при обычной эксплуатации, подвижно прикреплена к стреле на подающем блоке, например, состоящем из держателя механизма подачи, который несет ходовую балку, выполненную перемещающейся относительно держателя механизма подачи, и дополнительно, бурильная машина является обычно перемещающейся относительно ходовой балки для достижения значительной степени подвижности при управлении во время бурения благодаря телескопическому действию, без перемещения ходовой части.

В зависимости от типа бурения, такого как для проходки туннелей или добычи руды, используют различные типы буровых установок. Например, для проходки транспортного туннеля часто используют большеразмерные машины с множеством стрел для бурения множества шпуров одновременно или почти одновременно, тогда как, при добыче руды, например, часто необходимо по экономическим причинам добывать руду, вырабатывая только рудное тело, при этом, уменьшая, насколько возможно, количество пустой породы, требующей транспортировки.

Как при проходке туннелей, так и при добыче руды, часто необходимо крепление поверхности породы, обнаженной взрывными работами для уменьшения риска вывала. Данное крепление часто выполняют посредством сначала бурения шпура и затем размещением крепежного анкерного болта в шпуре.

Данное крепление горной породы обычно выполняют с помощью комбинированной буровой установки и установки выполнения анкерной крепи горной породы, где одной установкой сначала бурят шпур, а затем устанавливают анкерный болт. В некоторых вариантах применения, одну буровую установку можно использовать, как для бурения шпуров для взрывных работ для добычи руды/проходки туннелей, так и для последующего выполнения крепи горной породы с установкой анкерных болтов.

В некоторых областях применения, таких как проходка узких рудных тел, горная проходка может проходить с очень малой высотой штольни, с соответствующими требованиями к буровой установке. Например, не только необходимо обеспечивать выполнение функциональных требований, но также существующих конструктивных ограничений. Установку крепи анкерными болтами часто выполняют болтами длиной более 1 метра, и когда буровую установку используют для крепления анкерными болтами в низких/узких штольнях создание блока подачи, обеспечивающего крепление анкерными болтами требуемой длины может быть трудным без вынужденных сложных доработок несущего блока и/или блока подачи.

В патенте США 7,032,686 В2 описана буровая установка и установка выполнения анкерной крепи горной породы, разработанная для использования в шахтах с штольнями малой высоты. Предложенную установку можно использовать для бурения шпура под анкерный болт и затем установки анкерного болта в шпур. Бурильная машина и держатель анкерных болтов расположены на общей окружной, и при переходе от бурения к установке анкерного болта компоновка вращается вокруг оси окружности.

Тем не менее, существует необходимость создания усовершенствованной буровой установки, используемой как для бурения, так и выполнения крепления анкерными болтами для очень узких штолен.

Сущность изобретения

Целью настоящего изобретения является создание устройства держателя механизма подачи, устраняющего вышеупомянутые проблемы.

Согласно изобретению создано устройство держателя механизма подачи для использования в буровой установке и/или установке выполнения анкерной крепи горной породы, содержащей, по меньшей мере, одну стрелу с первым концом и вторым концом, при этом первый конец прикреплен к ходовой части, и второй конец предназначен для опоры ходовой балки посредством устройства держателя механизма подачи, при этом ходовая балка способна устанавливаться с помощью устройства держателя механизма подачи в первом положении бурения в первом направлении бурения и втором положении, отличающееся тем, что устройство держателя механизма подачи дополнительно приспособлено для линейного перемещения ходовой балки во втором направлении, отличном от направления бурения, из первого положения бурения во второе положение, при этом ходовая балка во втором положении установлена в направлении, параллельном первому направлению бурения.

Ходовая балка может быть приспособлена для линейного перемещения во втором направлении под первым углом в интервале 15-90 градусов относительно направления бурения.

Устройство может содержать,по меньшей мере, одну направляющую, и ходовая балка способна линейно перемещаться во втором направлении посредством, по меньшей мере, одной направляющей.

Устройство может перемещаться вдоль, по меньшей мере, одной направляющей во втором направлении, и ходовая балка скреплена с устройством держателя механизма подачи.

Устройство может быть приспособлено для прикрепления к буровой опоре, соединенной со стрелой, и ходовая балка может перемещаться относительно буровой опоры во втором направлении.

Ходовая балка дополнительно может перемещаться относительно устройства держателя механизма подачи в направлении, параллельном направлению бурения.

Линейное перемещение ходовой балки может осуществляться средством привода, таким как гидроцилиндр или гидравлический двигатель.

По меньшей мере, одна первая направляющая может перемещаться через, по меньшей мере, один проходной вкладыш, выполненный в устройстве держателя механизма подачи.

Согласно изобретению создана буровая установка и/или установка выполнения анкерной крепи горной породы, содержащая, по меньшей мере, одну стрелу с первым концом и вторым концом, при этом первый конец прикреплен к ходовой части, и второй конец предназначен для опоры ходовой балки, при этом ходовая балка способна устанавливаться в первом положении бурения в первом направлении бурения и во втором положении, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для линейного перемещения ходовой балки относительно стрелы в направлении, отличном от направления бурения, из первого положения бурения во второе положение, при этом ходовая балка во втором положении устанавливается в направлении, параллельном первому направлению бурения.

Настоящее изобретение имеет преимущество в том, что переход между бурением и последующим выполнением анкерной крепи может осуществляться легко, поскольку ходовая балка линейно перемещается в направлении, отличном от направления бурения. Поскольку перемещение является линейным, можно легко удостовериться, что ходовая балка установлена параллельно направлению бурения даже после перемещения, и, таким образом ходовую балку можно использовать, например, для установки анкерного болта крепи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана буровая установка, разработанная для использования в бурении и/или выполнения анкерной крепи горной породы при очень малой высоте штольни согласно отобранному варианту осуществления настоящего изобретения.

На фиг.2 более детально показан подающий блок фиг.1.

На фиг.3 показан подающий блок фиг.2 с другого ракурса.

На фиг.4 показан альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание отобранных вариантов осуществления

На фиг.1 показана горная машина настоящего изобретения в виде буровой установки 100, наиболее подходящей для использования в бурении и/или выполнении анкерной крепи при работе в очень низких штольнях. Например, существуют штольни с высотой порядка 1,2 м, где анкерную крепь необходимо выполнять анкерными болтами длиной 1,6 м для уменьшения риска завала.

Показанная буровая установка 100 состоит из ходовой части 101 и стрелы 102, один конец 102а которой прикреплен к ходовой части. Стрела 102 состоит из двух секций 102', 102'', соединенных поворотным шарниром 102 с, обеспечивающим высокую степень подвижности при установке во время бурения, при этом, одновременно, внешняя секция 102'' может убираться для осуществления транспортировки (т.е. уменьшая риск соударения с окружающей породой). На конце 102b стрелы 102, удаленном от ходовой части 101, расположена буровая опора 103 с опорной стойкой 104. К буровой опоре 103 прикреплен подающий блок 105, содержащий устройство держателя механизма подачи согласно настоящему изобретению, несущее балку подачи. Буровая опора прикреплена к стреле вращающимся соединительным средством 102d и вращающимся соединительным средством 130. Вращающееся соединительное средство 102d дополнительно увеличивает степень подвижности для установки во время бурения и также облегчает установку в нужное положение подающего блока 105 во время перемещения. Вращающееся соединительное средство обеспечивает бурение не только в направлении вверх, как показано, но в любом радиальном направлении от оси А вращающегося соединения.

Ходовой частью 101 типа, показанного на фиг.1 обычно управляет оператор, не находящийся на борту ходовой части (вследствие относительно малого размера ходовой части), вместо этого буровой установкой 100 оператор может управлять дистанционно с подходящего блока управления, который может быть соединен с буровой установкой кабелем, например, или через беспроводной интерфейс.

Ходовая часть 101 создана как обычно, с функциями, требуемыми для буровой установки, такой как с блоками управления и гидравлическими насосами для привода, например, стрелы/буровой опоры/подающего блока/бурильной машины. Ходовая часть может также иметь средство для приведения в действие гидравлического насоса (насосов), такое как двигатель внутреннего сгорания и/или электродвигатель, который, например, может работать при подключении к соответствующей электролинии.

На фиг.2 более детально показан подающий блок изобретения с устройством держателя механизма подачи. Подающий блок 105 состоит из устройства 106 держателя механизма подачи, которое при выполнении работ крепится к буровой опоре 103 соответствующим способом, описанным ниже, и составляет часть настоящего изобретения.

Ходовая балка 111 состоит из концевых деталей 112, 113, соединенных перемычкой 114 и двумя парами направляющих 115, 116 и 117, 118, и прикреплена к устройству держателя механизма подачи.

Ходовая балка 111 прикреплена с возможностью перемещения к устройству 106 держателя механизма подачи так, что пара направляющих 117, 118 проходит через проходной вкладыш 109а и соответствующий вкладыш 109b, укрытый за ходовой балкой. Ходовая балка 111 перемещается относительно устройства 106 держателя механизма подачи гидроцилиндром (подающим цилиндром) 119, поршень 120 которого прикреплен к концевой детали 113. Работа подающего цилиндра 119 создает "длину хода" ходовой балки, в основном, соответствующую длине имеющейся части направляющей 117.

Кроме того, бурильная машина 121 прикреплена с возможностью перемещения к ходовой балке 111 опорным блоком в виде тележки 122, перемещающимся по направляющим 115, 116. При выполнении работ этим обеспечивается телескопическая подача бурильной колонны или анкерного болта, соединенного с бурильной машиной 121, с общей длиной подачи, состоящей из длины подачи вышеупомянутой боковой балки и, в основном, имеющейся длины направляющих 115, 116 перед тележкой (конечно, вследствие конструктивных факторов, перемещение балки 111 подачи относительно устройства 106 держателя механизма подачи или перемещение тележки 122 относительно ходовой балки 111 должно быть ограничено так, что полную теоретическую длину хода использовать нельзя).

Кроме телескопической подачи фиг.2 также показана дополнительная буровая опора, состоящая из двух рычагов 123, 124, которые не являются частью настоящего изобретения, но которые могут сходиться вместе во время работы так, что захватывающие устройства 125, 126 заключают в себя бурильную колонну или анкерный болт во время бурения/выполнении анкерной крепи для осуществления управления ими.

В традиционных подающих блоках отдельные и независимые активно управляемые механизмы привода, такие как подающий цилиндр 119, используются для приведения в движение балки 111 подачи относительно устройства 106 держателя механизма подачи или для приведения в движение тележки (бурильной машины) вдоль ходовой балки (например, вторым гидроцилиндром, или так называемым цепным подающим устройством, где цепь приводится в движение шестеренчатым гидравлическим двигателем).

Что касается устройства держателя механизма подачи, показанного на фиг.2, оно содержит только одно активно управляемое приводное устройство (подающий цилиндр 119), при этом, перемещение тележки 122 относительно ходовой балки также осуществляется одновременно с перемещением в зависимости от перемещения подающего цилиндра ходовой балки относительно устройства 106 держателя механизма подачи. Это достигается тем, что тележка прикреплена к держателю механизма подачи крепежными устройствами, такими как цепь или трос. Это описано более подробно в параллельной шведской патентной заявке с одинаковой датой регистрации, под названием "Feed unit", заявитель Atlas Сорсо Rock Drills AB и изобретатель Sven-Olov Nystrδm. Поэтому, дана ссылка на упомянутую параллельную заявку для лучшего понимания механизма привода в подающем блоке, показанном на фиг.2.

Хотя примером настоящего изобретения является вариант осуществления, показанный на фиг.2, понятно, что оно не ограничено данным подающим блоком, и также применимо к другим типам подающих блоков, таким, где ходовая балка и тележка приводятся в движение независимо друг от друга отдельным средством привода, и даже не имеющим телескопического действия (т.е., когда бурильная машина может перемещаться относительно ходовой балки, которая не является перемещающейся относительно устройства держателя механизма подачи). Существенным для изобретения является способ линейного перемещения ходовой балки, указанный ниже.

Подающий блок, показанный на фиг.2, является, таким образом, очень компактным, и, следовательно, особенно подходящим для использования в бурении/выполнении крепи анкерными болтами в особенно узких (низких) штольнях.

Обычно, в известных буровых установках, ходовая балка крепится посредством устройства держателя механизма подачи к буровой опоре подходящим соединением, таким как болтовое, но в отобранном варианте осуществления настоящего изобретения на фиг.2 устройство держателя механизма подачи крепится к буровой опоре 103 с использованием отверстий 107, 108, в которые проходят направляющие 301, 302 (фиг.3), и она может перемещаться вдоль направляющих 301, 302 благодаря гидроцилиндру 303, расположенному на устройстве держателя механизма подачи.

Это обеспечивает перемещение бурильной машины после бурения шпура в первом положении вдоль первой оси бурения во второе положение, смещенное в поперечном направлении и возможно также в продольном направлении относительно первого положения, при этом, ходовая балка и, таким образом, бурильная машина остается нацеленным в направлении параллельном первой оси бурения. Это обеспечивает преимущество в том, что подающий блок можно легко использовать для установки анкерных болтов крепи, как дополнительно описано ниже.

Способ устройства крепи горной породы посредством установки анкерных болтов осуществляется следующим образом.

Сначала бурят шпур для последующей установки анкерного болта. Когда шпур пробурен, вставляют картридж со смолой, и затем задавливают анкерный болт в шпур и вращают посредством бурильной машины, пока смола не затвердеет в нужной степени. Вместо смолы можно использовать болты, которые расширяются под воздействием воды, например, таким образом, запрессовывающиеся в шпур и заанкеривающиеся в окружающей горной породе.

Как упомянуто, при установке анкерной крепи в низких штольнях должны использоваться анкерные болты во много раз длиннее высоты штольни для создания необходимой защиты от обрушения массы горной породы. Это достигается использованием разъемных болтов, при этом сначала вставляют первый элемент болта, а затем наращивают один или несколько элементов болта до получения необходимой длины болта. Несмотря на такую возможность удлинения болта, каждая соответствующая часть может иметь такую длину, что пространство от бурильной машины в максимально отодвинутом положении до шпура не достаточно для вставления болта или элемента болта между шпуром и бурильной машиной, такого, что болт можно им задавливать.

Это также означает, что бурильная машина после бурения, но до вставления анкерного болта крепи должна отодвигаться назад перед тем, как анкерный болт крепи можно вставить, и затем перемещаться обратно для завершения установки болта. Данное перемещение может происходить различными путями. В патенте США 7,032,686 В2 показана буровая установка с устройством, где бурильная машина и держатель болта лежат на общем крае окружности. Когда шпур пробурен, и болт нужно вставить, устройство вращается вокруг оси окружности, так что держатель болта можно установить в положение, где ось бурения пересекает край окружности.

Но данный способ может был неоправданно усложненным.

Настоящим изобретением создана компоновка, которая очень простым путем создает переход между бурением и вставлением болтов в случаях, когда расстояние между шпуром и бурильной машиной недостаточно для размещения болта.

Соответственно, ходовая балка перемещается в поперечном направлении так, что бурильная машина может легко перемещаться в положение, где она не находится на траектории вставления болта, таким образом, легко создавая большее расстояние в продолжение наружу шпура, когда ходовая балка и тележка все еще нацелены в направлении бурения при поперечном смещении относительно оси бурения, и, следовательно, могут быть использованы для вставления анкерного болта крепи, как описано ниже.

На фиг.3 на примере подающего блока фиг.2, но с другого ракурса, более подробно показан вариант осуществления изобретения. Как упомянуто выше, подающий блок (устройство 106 держателя механизма подачи) прикреплен к буровой опоре 103 с использованием проходных вкладышей 107, 108, в которые проходят направляющие, и перемещением блока вдоль направляющих управляет гидроцилиндр 303.

Во время бурения устройство держателя механизма подачи перемещается вдоль направляющих 301, 302 так, что подающий блок становится вблизи или даже упирается в останавливающие устройства 304, 305, то есть противоположно показанному на фигуре, где подающий блок отодвинут от останавливающих устройств 304, 305 во время бурения, как описано выше.

С другой стороны, когда вставляют болт в пробуренный шпур, подающий блок перемещается вдоль направляющих 304, 305 в положение, показанное на фиг.3 так, что бурильная машина перемещается поперечно, и болт (или первая секция болта, если болт состоит из нескольких секций) можно разместить против пробуренного шпура (или нарастить на предыдущий элемент болта) с размещением конца болта, удаленного от шпура против опоры 306 болта, расположенной на тележке 122, и затем болт или болт элемент можно задавливать в шпур с приведением в действие ходовой балки 111 и тележки 122 посредством опоры 306 болта. Соответственно, ходовая балка 111 должна автоматически надлежащим образом ориентироваться и, таким образом, ее можно установить в нужное место приведением в действие цилиндра 303 в положении, показанном на фиг.3 для задавливания болта. Поскольку опору болта можно располагать на существенно большем расстоянии от бурящегося шпура в сравнении с передним торцом бурильной машины, изобретением создан простой механизм смещения, таким образом, обеспечивающий установку анкерных болтов крепи большей длины, чем возможно без какого-либо перемещения бурильной машины. После вдавливания болта в шпур, бурильная машина перемещается обратно с помощью смещающего механизма в положение бурения, где бурильную машину можно использовать для надлежащего вращения болта.

В приведенном выше описании механизм перемещения изобретения показан с рабочим перемещением вдоль двух направляющих и, по существу, перпендикулярно направлению бурения. Вместе с тем, перемещение не обязательно должно являться перпендикулярным направлению бурения, в случае если результатом перемещения является линейное поперечное перемещение бурильной машины с сохранением ориентации (т.е., параллельности направлению бурения) тележки.

Например, направляющие 301, 302 можно вместо этого отклонять. Это проиллюстрировано на фиг.4, где показана часть подающего блока фиг.2, и где направляющие 301, 302, проходящие перпендикулярно направлению бурения, показаны схематично пунктирными линиями. Направляющие 401, 402 на фиг.4 вместо этого отклонены назад (от направления бурения), и устройство держателя механизма подачи имеет соответственно перекошенные отверстия 407, 408 так, что бурильная машина во время смещения не только перемещается поперечно параллельно стороне, но также несколько назад, что делает возможным, например, использование дополнительной длины болта (также является возможным отклонение направляющих к шпуру, если приемлемо, так что существует перемещение вперед).

Более того, хотя пример изобретения в описании выше показан для некоторого типа подающего блока, изобретение является одинаково применимым к другим типам подающих блоков. Существенно в изобретении то, что ходовая балка перемещается линейно относительно стрелы или относительно устройства, прикрепленного к стреле, такого как буровая опора и в направлении, отличном от направления бурения так, что ходовая балка после смещения остается параллельной положению до перемещения.

Таким образом, внешний вид устройства держателя механизма подачи может также существенно отличаться от варианта осуществления, показанного на фигурах, в объеме изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения. В теории, устройство держателя механизма подачи может принимать любой необходимый внешний вид при условии, что создает перемещение ходовой балки относительно стрелы согласно изобретению.

Например, устройство может содержать только одну направляющую или иметь полностью отличающийся механизм перемещения, при условии, что линейное поперечное перемещение ходовой балки обеспечено с поддерживаемой ориентацией.

Например, отверстия могут быть встроены в ходовую балку, в данном варианте ходовая балка, следовательно, становится поперечно смещающейся точно так, как описано выше, с отличием в том, что ходовая балка не является перемещающейся в направлении бурения относительно устройства держателя механизма подачи.

Более того, направляющие или соответствующее средство скольжения может плотно соединяться с ходовой балкой, на которой они вместо этого перемещаются в подходящем средстве на стреле или, как в показанном варианте осуществления, средстве, прикрепленном к стреле, таком, как буровая опора. Аналогично, средство привода для перемещения (гидроцилиндр 303), может прикрепляться к стреле или буровой опоре, или ходовой балке.

Кроме того, изобретение описано выше в отношении конкретного типа ходовой балки. Как надо признать, вместе с тем, изобретение можно также использовать для других типов балок подачи, например, балок подачи с большим или меньшим числом направляющих, или балок подачи, тележка которых скользит вдоль скользящих поверхностей и не обязательно на направляющих.

1. Устройство держателя механизма подачи для использования в буровой установке и/или установке выполнения анкерной крепи горной породы, содержащей, по меньшей мере, одну стрелу с первым концом и вторым концом, при этом первый конец прикреплен к ходовой части, и второй конец предназначен для опоры ходовой балки посредством устройства держателя механизма подачи, при этом ходовая балка способна устанавливаться с помощью устройства держателя механизма подачи в первом положении бурения в первом направлении бурения и втором положении, отличающееся тем, что устройство держателя механизма подачи дополнительно приспособлено для линейного перемещения ходовой балки во втором направлении, отличном от направления бурения, из первого положения бурения во второе положение, при этом ходовая балка во втором положении установлена в направлении, параллельном первому направлению бурения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ходовая балка приспособлена для линейного перемещения во втором направлении под первым углом в интервале 15-90° относительно направления бурения.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, одну направляющую, и ходовая балка способна линейно перемещаться во втором направлении посредством, по меньшей мере, одной направляющей.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, одну направляющую, и ходовая балка способна линейно перемещаться во втором направлении посредством, по меньшей мере, одной направляющей.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что способно перемещаться вдоль, по меньшей мере, одной направляющей во втором направлении, и ходовая балка скреплена с устройством держателя механизма подачи.

6. Устройство по 2, отличающееся тем, что способно перемещаться вдоль, по меньшей мере, одной направляющей во втором направлении, и ходовая балка скреплена с устройством держателя механизма подачи.

7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что приспособлено для прикрепления к буровой опоре, соединенной со стрелой, и ходовая балка способна перемещаться относительно буровой опоры во втором направлении.

8. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что ходовая балка дополнительно способна перемещаться относительно устройства держателя механизма подачи в направлении, параллельном направлению бурения.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что ходовая балка дополнительно способна перемещаться относительно устройства держателя механизма подачи в направлении, параллельном направлению бурения.

10. Устройство по любому из пп.1-6, 9 отличающееся тем, что линейное перемещение ходовой балки осуществляется средством привода, таким как гидроцилиндр или гидравлический двигатель.

11. Устройство по п.7, отличающееся тем, что линейное перемещение ходовой балки осуществляется средством привода, таким как гидроцилиндр или гидравлический двигатель.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что линейное перемещение ходовой балки осуществляется средством привода, таким как гидроцилиндр или гидравлический двигатель.

13. Устройство по п.3, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна первая направляющая способна перемещаться через, по меньшей мере, один проходной вкладыш, выполненный в устройстве держателя механизма подачи.

14. Устройство по п.4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна первая направляющая способна перемещаться через, по меньшей мере, один проходной вкладыш, выполненный в устройстве держателя механизма подачи.

15. Буровая установка и/или установка выполнения анкерной крепи горной породы, содержащая, по меньшей мере, одну стрелу с первым концом и вторым концом, при этом первый конец прикреплен к ходовой части, и второй конец предназначен для опоры ходовой балки, при этом ходовая балка способна устанавливаться в первом положении бурения в первом направлении бурения и во втором положении, отличающаяся тем, что дополнительно содержит средство для линейного перемещения ходовой балки относительно стрелы в направлении, отличном от направления бурения, из первого положения бурения во второе положение, при этом ходовая балка во втором положении устанавливается в направлении, параллельном первому направлению бурения.