ИНТЕГРИРОВАННАЯ БУРИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ С ВОДООТВЕДЕНИЕМ ДЛЯ АНКЕРА ПОДОШВЫ ВЫРАБОТКИ
INTEGRATED DRILLING UNIT FOR DRILLING WITH WATER DRAINAGE FOR ANCHOR SOLES PRODUCTION

Область техники
Настоящее изобретение относится к области техники оборудования для горных разработок, в частности к интегрированной бурильной установке для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки.
Уровень техники
Трудно изменить ситуацию, в которой запасы угля являются в долгосрочной перспективе главным источником энергии в Китае. Поскольку экономика в Китае быстро развивается, требуется все больше электроэнергии, при этом угольная промышленность непрерывно развивается в направлении тренда механизации и автоматизации. В большинстве угольных шахт в Китае подошвы выработки сильно повреждаются выпучиванием в большинстве угольных шахт вследствие свойств угленосной породы, глубины залегания и напряжения в геологической среде и т.д. Таким образом, работы на горной выработке испытывают отрицательные воздействия и нарушается безопасность работ в угольных шахтах. При этом упрочнение подошвы является трудной задачей.
В настоящее время анкерное болтовое крепление является наиболее эффективным средством для упрочнения подошвы выработки и управления ею в угольных шахтах в Китае. Выполнено немного исследований анкерного оборудования, специально разработанного для подошв выработки в угольных шахтах в Китае в настоящее время. Бурильные установки для анкера подошвы выработки сталкиваются с трудностями в процессе бурения, но их ключевую функцию в креплении подошвы выработки игнорировать невозможно. Способ бурения с промывкой, применяемый с обычным анкерным оборудованием,  предусматривает непосредственное нагнетание воды под высоким давлением, подаваемой из фиксированного источника воды, во вращающуюся пустотелую бурильную штангу, для выдавливания смеси ила с водой из зазора между бурильной штангой и угольным пластом (пластом горной породы). Такой способ бурения с промывкой имеет некоторые технические недостатки при буровых работах в подошве выработки в угольных шахтах: во-первых, смесь ила с водой, выдавливаемая из зазора, разбрызгивается вокруг, когда бурильная штанга вращается, и не может быть собрана, что отрицательно влияет на обычное перемещение транспортного оборудования и персонала по выработке; в дополнение, усугубляется проблема вспучивания подошвы выработки вследствие размягчения окружающих горных пород, пропитываемых водой; во-вторых, обычные способы бурения могут приводить к застреванию инструмента и блокированию пробуренного отверстия в процессе бурения подошвы выработки, и извлечение бурового долота и работа по очистке пробуренного отверстия являются весьма сложными в процессе бурения; в-третьих, когда применяется способ бурения с промывкой для бурения в подошве выработки, отверстие, пробуренное в подошве, определенно будет заполняться массой воды и порошка горной породы, что обуславливает снижение качества анкерного болтового крепления и уменьшение эффективности укрепления, а также большой непроизводительный расход воды; в-четвертых, в выработках с тяжелыми условиями работы или при ограничениях по применению источника воды обычная система гидрообеспыливания может не обеспечивать нормальных условий эксплуатации; таким образом, угольная (горной породы) пыль в пробуренном отверстии входит в выработку, обуславливая увеличенные трудности в подавлении пыли в выработке и подвергая опасности здоровье рабочих.
Таким образом, специалисту в данной области техники понятно, что существует проблема, требующая решения, т.е. как быстро и эффективно выполнить бурение и упрочнение подошвы выработки с предотвращением непроизводительного расхода воды, своевременным сбором пыли горной породы, полученной в процессе бурения, для предотвращения вреда от пыли здоровью рабочих и откачать воду в пробуренном отверстии, а также улучшить эффективность укрепления.
Раскрытие изобретения
Техническая проблема: для преодоления недостатков уровня техники в настоящем изобретении предложена интегрированная бурильная установка для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки, который выполнен с возможностью эффективного контролирования устойчивости окружающих горных пород подошвы выработки.
Техническая схема: интегрированная бурильная установка для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки, предложенная в настоящем изобретении, содержит цилиндр наддувочного воздуха, двигатель, рычаг управления, регулятор крутящего момента и глушитель; поддерживающее соединительное устройство установлено на цилиндре наддувочного воздуха, передний конец цилиндра наддувочного воздуха соединен с задним концом двигателя, рычаг управления установлен на соединительной части между цилиндром наддувочного воздуха и двигателем, глушитель установлен на внешней части двигателя, передний конец двигателя соединен через регулятор крутящего момента с механизмом оптимальной циркуляции воды, который содержит трансмиссионный вал и циркуляционный насос профильтрованной воды, установленный при помощи муфты на трансмиссионном валу; циркуляционный насос профильтрованной воды содержит короб сбора порошка горной породы, фильтровальная сетка установлена на одной стороне короба сбора порошка горной породы, откачивающий и нагнетательный насос установлен под фильтровальной сеткой, канал для чистой воды, сообщающийся с выпуском откачивающего и нагнетательного насоса, расположен на другой стороне короба сбора порошка горной породы, и отверстие внешней водяной трубы расположено на впуске канала для чистой воды; кольцевая внутренняя канавка с множеством входных отверстий для чистой воды во внутренней стенке расположена на переднем конце трансмиссионного вала, и цилиндрическая внутренняя канавка с множеством поглощающих сточную воду отверстий во внутренней стенке расположена на заднем конце трансмиссионного вала.
Обратный клапан установлен на выпуске откачивающего и нагнетательного насоса.
Положительный эффект: благодаря технической схеме, описанной выше, в настоящем изобретении поглощающие сточную воду отверстия и входные отверстия для чистой воды расположены на трансмиссионном валу, так что порошок горной породы, полученный в процессе бурения, может быть удален с помощью подачи под давлением чистой воды в пробуренное отверстие из входных отверстий для чистой воды через бурильную штангу; при этом можно улучшить эффективность бурения, уменьшить температуру бурового долота и увеличить эксплуатационный ресурс бурового долота. С применением перекачки откачивающим и нагнетательным насосом шлам (смесь воды и порошка горной породы) в пробуренном отверстии может закачиваться во внутреннюю трубу бурильной штанги и в конце концов отводиться через поглощающие сточную воду отверстия в шламовую полость; шламовая полость разделена на две части фильтровальной сеткой, и шлам, входящий в шламовую полость, фильтруется с разделением на порошок горной породы и чистую воду; откачивающий и нагнетательный насос установлен на стороне чистой воды и закачивает чистую воду в канал для чистой воды и затем в бурильную штангу через входные отверстия для чистой воды; при этом реализуется циклическое использование воды, предотвращается непроизводительный расход воды и обеспечивается пылеудаление. В дополнение, способ можно также применять в выработке, где нет воды. Таким образом, шлам в пробуренном отверстии откачивается, улучшается эффективность укрепления и ускоряется сооружение выработки. Способ обеспечивает положительный эффект способа бурения с промывкой и дополнительно решает проблему нормальной работы системы гидрообеспыливания в выработке, где имеются тяжелые условия работы, или применение воды ограничено. Устройство имеет простую конструкцию, надежно в работе и имеет широкую область применения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана принципиальная схема конструкции настоящего изобретения.
На фиг. 2 показана принципиальная схема конструкции системы оптимальной циркуляции воды.
На фигурах:
1 - фильтровальная сетка;
2 - откачивающий и нагнетательный насос;
3 - короб сбора порошка горной породы;
4 - поглощающее сточную воду отверстие;
5 - входное отверстие для чистой воды;
6 - трансмиссионный вал;
7 - цилиндр наддувочного воздуха;
8 - двигатель;
9 - рычаг управления;
10 - поддерживающее соединительное устройство;
11 - регулятор крутящего момента;
12 - глушитель;
13 - отверстие внешней водяной трубы;
14 - обратный клапан;
15 - канал для чистой воды;
16 - шламовая полость;
17 - механизм оптимальной циркуляции воды.
Раскрытие изобретения
Ниже дополнительно описан один пример настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Интегрированная бурильная установка для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки, предложенная в настоящем изобретении, в основном содержит цилиндр 7 наддувочного воздуха, двигатель 8, рычаг 9 управления, регулятор 11 крутящего момента, глушитель 12 и механизм 17 оптимальной циркуляции воды. Поддерживающее соединительное устройство 10 установлено на цилиндре 7 наддувочного воздуха, передний конец цилиндра 7 наддувочного воздуха соединен с задним концом двигателя 8, рычаг 9 управления установлен на соединительной части между цилиндром 7 наддувочного воздуха и двигателем 8, глушитель 12 установлен на внешней части двигателя 8, передний конец двигателя 8 соединен через регулятор 11 крутящего момента с механизмом 17 оптимальной циркуляции воды, который содержит трансмиссионный вал 6 и циркуляционный насос профильтрованной воды, установленный при помощи муфты на трансмиссионном валу 6; циркуляционный насос профильтрованной воды содержит короб 3 сбора порошка горной породы, фильтровальная сетка 1 установлена на одной стороне короба 3 сбора порошка горной породы, откачивающий и нагнетательный насос 2 установлен под фильтровальной сеткой 1, канал 15 для чистой воды, сообщающийся с выпуском откачивающего и нагнетательного насоса 2, расположен на другой стороне короба 3 сбора порошка горной породы, отверстие 13 внешней водяной трубы расположено на впуске канала (15) для чистой воды, и обратный клапан 14 установлен на выпуске откачивающего и нагнетательного насоса 2; кольцевая внутренняя канавка с множеством входных отверстий 5 для чистой воды во внутренней стенке расположена на переднем конце трансмиссионного вала 6, и цилиндрическая внутренняя канавка с множеством поглощающих сточную воду отверстий 4 во внутренней стенке расположена на заднем конце трансмиссионного вала 6. Трансмиссионный вал 6 соединен с двигателем 8, поглощающие сточную воду отверстия 4 и входные отверстия 5 для чистой воды расположены на трансмиссионном валу 6 соответственно, причем поглощающие сточную воду отверстия 4 напрямую сообщаются с шламовой полостью 16 короба 3 сбора порошка горной породы, короб 3 сбора порошка горной породы расположен на дне шламовой полости 16, фильтровальная сетка 1 установлена на шламовой полости 16, откачивающий и нагнетательный насос 2 установлен на стороне чистой воды фильтровальной сетки 1, обратный клапан 14 установлен на выпуске воды откачивающего и нагнетательного насоса 2, канал 15 для чистой воды расположен на другой стороне обратного клапана 14, и канал 15 для чистой воды напрямую сообщается с входными отверстиями 5 для чистой воды.
Принцип работы: проблемы вспучивания подошвы разных уровней существуют в выработках в большинстве угольных шахт в Китае. В выработках с большой глубиной залегания или с подошвой с отрицательными проявлениями литологии, в особенности, вспучивание подошвы и деформация являются настолько резко выраженными, что выработки невозможно нормально эксплуатировать. Деформацию подошвы выработки и окружающей горной породы можно удовлетворительно регулировать с помощью анкерования подошвы выработки, применяя бурильную установку для анкера подошвы выработки, предложенную в настоящем изобретении. Перед применением бурильную установку соединяют через поддерживающее соединительное устройство 10 с опорой, промежуточное отверстие 13 для внешней водяной трубы соединяют с трубой внешнего водоснабжения, двигатель 8 соединяют с воздухопроводом, и передний конец двигателя 8 соединяют с регулятором 11 крутящего момента, при этом скорость вращения двигателя 8 можно регулировать надлежащим образом. Двухслойная бурильная штанга, оснащенная буровым долотом, напрямую вставляется в гнездо крепления бурильной штанги на переднем конце трансмиссионного вала 6; после этого подошву выработки можно бурить. В процессе бурения цилиндр 7 наддувочного воздуха создает осевую силу для перемещения вперед бурильной установки, двигатель создает крутящий момент для вращения бурильной штанги и приведения в действие бурового долота, разрушающего горную породу для бурения отверстия. В процессе бурения чистая вода в канале для чистой воды входит в периферийное кольцо бурильной штанги через входные отверстия для чистой воды и достигает забоя пробуренной скважины, где смешивается с порошком горной породы, получаемым в процессе бурения, для образования шлама, при этом получают эффект пылеудаления; одновременно, откачивающий и нагнетательный насос запускается для откачки шлама через внутренние отверстия бурильной штанги в шламовую полость, шлам, входящий в шламовую полость, фильтруется и разделяется фильтровальной сеткой на порошок горной породы и чистую воду, порошок горной породы напрямую падает в короб сбора порошка горной породы, и короб сбора порошка горной породы может быть в нужное время вытащен и установлен для удобного высыпания порошка горной породы; чистая вода нагнетается под давлением откачивающим и нагнетательным насосом в канал для чистой воды, при этом получают циклическое использование воды. Оборудован обратный клапан на выпуске воды откачивающего и нагнетательного насоса, и канал для чистой воды расположен с другой стороны обратного клапана, так что чистая вода может только закачиваться откачивающим и нагнетательным насосом в канал для чистой воды, но вода в канале для чистой воды не может протекать назад в откачивающий и нагнетательный насос; канал для чистой воды напрямую сообщается с входными отверстиями для чистой воды. При такой методике вред от пыли может быть уменьшен, и вода и порошок горной породы в бурящейся скважине могут проходить очистку; таким образом, может быть улучшена эффективность бурения, ускорено строительство выработки, порошок горной породы, получаемый в процессе бурения, может быть своевременно удален и может быть предотвращено застревание бурового долота. В некоторых особых выработках с ограниченным применением воды способ бурения с промывкой не может применяться, и способ бурения без промывки может создавать множество трудностей в процессе бурения в подошве, кроме того, быстрое бурение становится невозможным, но в таких случаях преимущества интегрированной бурильной установки для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки, предложенной в настоящем изобретении, становятся более значительными.