СПОСОБ КАРЬЕРНОЙ ДОБЫЧИ КАМНЯ ОПРЕДЕЛЕННЫХ РАЗМЕРОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ ПО ОДНОЙ ЛИНИИ
METHOD FOR QUARRY ORGANISATION TO PRODUCE ROCKS OF CERTAIN DIMENSIONS AND RIG TO DRILL BLAST HOLES ALONG SINGLE LINE

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее зобретение относится к способу карьерной добычи камня определенных размеров, содержащему бурение множества шпуров в горной породе или каменном блоке, по меньшей мере, по одной линии шпуров, с необходимым разносом шпуров друг от друга. Для бурения используют установку бурения шпуров по одной линии, содержащую манипулятор, оборудованный бурильным блоком, который, в свою очередь, содержит бурильную машину, направляющую балку и подающее устройство. В бурении по линии безрамной установкой бурильный блок позиционируют по линии шпуров посредством манипулятора от пробуренного шпура к следующему шпуру, подлежащему бурению. После бурения каменный блок определенных размеров отделяют от залегания, определенного линией шпуров, для дополнительной обработки. Изобретение дополнительно относится к установке для бурения шпуров по одной линии для карьерной добычи камня определенных размеров.
Объекты изобретения изображены и более точно определены в преамбулах независимых пунктов формулы изобретения.
Высококачественную горную породу отделяют от горной породы большими блоками, которые раскалывают на необходимые более мелкие блоки. Транспортабельные каменные блоки определенных размеров транспортируют с площадки добычи для дополнительной переработки в плитки внутренней отделки, столешницы, могильные плиты и соответствующие изделия. Для отделения камня определенных размеров бурят одну или несколько линий шпуров в горной породе. После бурения каменный блок определенных размеров можно отделить взрыванием или посредством клиньев. Каменный блок определенных размеров раскалывают соответствующим способом. Бурение проводят установкой для бурения шпуров по одной линии, обычно содержащей машинную раму, позиционируемую на линии направления шпуров, подлежащих бурению, и управляющую бурильным блоком от одного шпура к другому. Вместе с тем, такая установка бурения, содержащая раму, является тяжелой, громоздкой и имеет сложную конструкцию. Соответственно разработана безрамная установка бурения шпуров по одной линии. Установка, например, раскрытая в Европейском патенте 0 551 299-B1, содержит манипулятор, на дальнем конце которого установлен бурильный блок. Бурильный блок позиционируют по линии бурения на начальной точке шпура, подлежащего бурению первым, и на начальной точке шпура, подлежащего бурению последним, и, кроме того, задают разнос шпуров, после чего блок управления установки бурения позиционирует бурильный блок посредством манипулятора на начальные точки шпуров, подлежащих бурению. Вместе с тем, недостатком данного решения является то, что позиционирование бурильного блока на начальные точки начального и конечного шпуров на линии шпуров, подлежащих бурению, происходит медленно. Дополнительно к этому бурильный блок размещен на дальнем конце относительно длинного манипулятора, что делает точное позиционирование манипулятора трудным.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание нового и усовершенствованного способа карьерной добычи камня определенных размеров и новой и усовершенствованной установки для бурения шпуров по одной линии, подходящей для этого.
Способ согласно изобретению отличается использованием установки для бурения шпуров по одной линии, содержащей первое звено манипулятора, второе звено манипулятора, первое сочленение, по существу, с горизонтальной осью между звеньями манипуляторов и второе сочленение, по существу, с горизонтальной осью между вторым звеном манипулятора и бурильным блоком, опиранием опоры на камень между первым звеном манипулятора и вторым звеном манипулятора, выполнением позиционирования установки для бурения шпуров по одной линии вблизи линии шпуров так, чтобы оси первого сочленения и второго сочленения были расположены перпендикулярно линии шпуров, подлежащих бурению, и сохранением данного положения неизменным до окончания бурения, выполнением позиционирования бурильного блока между шпурами, принадлежащими линии шпуров, поворотом второго звена манипулятора вокруг оси первого сочленения, при этом второе звено манипулятора перемещается только по направлению линии шпуров, и бурильный блок на втором звене манипулятора поворачивается по дугообразной траектории движения, и регулированием положения бурильного блока на каждом шпуре, подлежащем бурению, относительно объекта, подлежащего бурению, поворотом бурильного блока относительно второго сочленения.
Установка для бурения шпуров по одной линии согласно изобретению отличается тем, что содержит первое звено манипулятора и второе звено манипулятора, между звеньями манипуляторов установлено соединительное приспособление, содержащее, по меньшей мере, одно первое сочленение, по существу, с горизонтальной осью, вокруг которого может поворачиваться второе звено манипулятора в направлении поперечном относительно продольной оси первого звена манипулятора, между первым звеном манипулятора и вторым звеном манипулятора установлена, по меньшей мере, одна опора на камень, опирающаяся на горную породу, подлежащую бурению во время бурения, между вторым звеном манипулятора и бурильным блоком установлено второе сочленение, по существу, с горизонтальной осью, вокруг которой бурильный блок способен поворачивать относительно второго звена манипулятора, при этом второе звено манипулятора является продольным элементом без каких-либо сочленений между первым сочленением и вторым сочленением, позиционирование бурильного блока на шпуры согласно линии шпуров осуществляется поворотом второго звена манипулятора только по направлению линии шпуров, и положение бурильного блока на каждом шпуре, подлежащем бурению, устанавливается поворотом бурильного блока относительно второго звена манипулятора.
Идея изобретения состоит в использовании безрамной установки для бурения шпуров по одной линии в карьерной добыче камня определенных размеров, содержащей первое и второе звено манипулятора, соединенные вместе посредством соединительного устройства. Участок между звеньями манипуляторов дополнительно содержит опору на камень, которую можно установить на горную породу во время перемещения второго, то есть удаленного звена манипулятора и бурения. Дополнительно идея изобретения состоит в том, чтобы устанавливать второе звено манипулятора в такое положение, чтобы его можно было перемещать по направлению линии шпуров. Такое положение сохраняют до завершения бурения. Бурильный блок перемещают между шпурами, принадлежащими линии шпуров, поворотом второго звена манипулятора вокруг, по существу, горизонтальной оси первого сочленения, заставляя бурильный блок и второе звено манипулятора поворачиваться по дугообразной траектории движения. Дополнительно положение бурильного блока относительно объекта, подлежащего бурению, регулируют на каждом шпуре, подлежащем бурению, поворотом бурильного блока относительно, по существу, горизонтальной оси второго сочленения, установленного между вторым звеном манипулятора и бурильным блоком.
Преимущество изобретения состоит в том, что позиционирование бурильного блока на шпуры, подлежащие бурению, можно осуществлять простыми поворотными перемещениями, и позиционирование не требует каких-либо сложных расчетов в блоке управления. После позиционирования осей первого сочленения и второго сочленения второго звена манипулятора перпендикулярно относительно линии шпуров второе звено манипулятора перемещают по направлению линии шпуров, что делает управление более простым и точным.
Идея варианта осуществления изобретения состоит в том, что второе звено манипулятора является однокомпонентным жестким элементом. В данном варианте осуществления второе звено манипулятора является очень простым по конструкции, что делает его простым в изготовлении и долговечным. Более того, манипулятор такого типа прост в управлении.
Идея варианта осуществления изобретения состоит в том, что все другие сочленения установки для бурения шпуров по одной линии, кроме первого сочленения и второго сочленения, сохраняют неподвижными во время позиционирования, осуществляемого по линии шпуров перемещением второго звена манипулятора по направлению линии шпуров.
Идея варианта осуществления изобретения состоит в том, что сочленение линейного перемещения, то есть так называемый зум, соединено с соединительным приспособленном между первым звеном манипулятора и вторым звеном манипулятора и обеспечивает одновременное перемещение второго звена манипулятора и бурильного блока в линейном направлении относительно первого звена манипулятора. Это также обеспечивает выполнение точного позиционирования в линейном направлении, даже если первое звено манипулятора уже опирается на опору на камень и сохраняется неподвижным.
Идея варианта осуществления изобретения состоит в том, что, по меньшей мере, одно сочленение, по существу, с вертикальной осью, то есть так называемое сочленение в виде поворотного стола соединено с соединительным приспособлением между первым звеном манипулятора и вторым звеном манипулятора, и вокруг оси данного сочленения возможен одновременный поворот второго звена манипулятора и бурильного блока посредством поворотного средства. Данное сочленение обеспечивает простое размещение бурильного блока на направлении линии шпуров, подлежащих бурению.
Идея варианта осуществления изобретения состоит в том, что, по меньшей мере, одно сочленение с горизонтальной осью, обеспечивающее содействие грубому позиционированию устройства бурения, установлено между первым звеном манипулятора и соединительным устройством.
Идея варианта осуществления изобретения состоит в том, что, по меньшей мере, одно сочленение с горизонтальной осью расположено между вторым звеном манипулятора и соединительным приспособлением, обеспечивая наклон второго звена манипулятора относительно камня, подлежащего бурению.
Идея варианта осуществления изобретения состоит в том, что оператор выполняет грубое позиционирование из кабины управления или т.п., расположенного на транспортном средстве. Дополнительно к этому оператор выдает команды, относящиеся к точному позиционированию, позиционированию на шпур и самому бурению посредством переносного пульта дистанционного правления с площадки бурения, где оператор имеет хорошую видимость линии шпуров, подлежащих бурению.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Некоторые варианты осуществления изобретения описаны ниже более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 схематично показаны этапы способа карьерной добычи камня определенных размеров.
На фиг.2 схематично показан вид сбоку установки для бурения по одной линии согласно изобретению, установленной на подвижном транспортном средстве.
На фиг.3 схематично показаны вид сбоку соединительного приспособления между звеньями манипуляторов установки бурения по одной линии изобретения.
На фиг.4 схематично показано на виде с направления M позиционирование бурильного блока по линии шпуров поворотом второго звена манипулятора по дуге.
На фиг.5 схематично показан вид спереди в изометрии части установки для бурения по одной линии согласно изобретению.
На фиг.6a - 6c схематично показан вид спереди установки для бурения по одной линии согласно изобретению, повернутой в разные положения при позиционировании.
Для ясности варианты осуществления изобретения на фигурах показаны упрощенно. Одинаковые части обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 показан способ карьерной добычи камня определенных размеров из горной породы 1. Площадка карьерной добычи обычно содержит уступ 2 карьера, с которого отделяют большой каменный блок 3 и раскалывают на блоки 4 меньшего размера и дополнительно на транспортабельные каменные блоки 5 определенных размеров. Для отделения больших каменных блоков 3 и их раскалывания на более мелкие части можно использовать одну установку бурения или альтернативно для их отделения и раскалывания может существовать специальное оборудование. В карьерной добыче, показанной на фиг.1, множество шпуров 7 относительно небольшого диаметра бурят сверху вниз в уступ 2 карьера по первой линии 6a шпуров и второй линии 6b шпуров, с заданным разносом Е шпуров друг от друга. Бурение можно выполнять с транспортного средства, которое можно загнать на уступ карьера на время бурения. После выполнения этапов бурения большой каменный блок 3 отделяют от уступа 2 карьера подрывом взрывчатого вещества, заложенного в шпуры 7. После отделения большого каменного блока 3 шасси можно перегнать с уступа 2 карьера на его верх, после чего можно начинать раскалывание. В этой точке можно пробурить третью линию 6с шпуров в каменном блоке 3, после чего блок 4 можно отделить взрыванием или расклиниванием. Блок 4 можно опрокинуть на землю, после чего можно продолжить раскалывание на земле посредством бурения четвертой линии 6d шпуров и пятой линии 6е шпуров. Повторным выполнением отделения по линии шпуров можно образовать каменный блок 5 определенных размеров, с габаритами, дающими возможность транспортировки грузовиком и т.п., например, на площадку дополнительной обработки. Следует упомянуть, что вместо решения, показанного на фиг.1, раскалывание можно также выполнять другим подходящим способом. Целью способа является бурение шпуров в линии шпуров по прямой, насколько возможно, линии для образования каменного блока 4 определенных размеров, насколько возможно, прямоугольным, обеспечивая минимизирование отходов камня. Целью способа является откалывание куба или прямоугольного параллелепипеда от каменного блока 4 определенных размеров, по возможности, аккуратно.
На фиг.2 показано раскалывание камня определенных размеров. Установка 8 для бурения шпуров по одной линии может крепиться посредством крепежной части 9 к подвижному транспортному средству 10, экскаватору или горнодобывающей машине, например. Таким образом, установка 8 может быть навесным устройством. Альтернативно ее можно выполнить как встроенную часть транспортного средства 10. Установка 8 содержит первое звено 11 манипулятора и второе звено 12 манипулятора. Первое звено 11 манипулятора может содержать первый участок 11a манипулятора и второй участок 11b манипулятора, между которыми установлено, по меньшей мере, одно сочленение 11c, обеспечивающее перемещение участков звена манипулятора друг относительно друга. Второе звено 12 манипулятора может содержать только одну часть. Первое звено 11 манипулятора можно использовать для выполнения грубого позиционирования устройства вблизи линии 6 шпуров, подлежащих бурению. Грубое позиционирование можно выполнять с управлением оператором из транспортного средства 10, например из кабины управления. Между первым звеном 11 манипулятора и вторым звеном 12 манипулятора установлено соединительное приспособление 13, содержащее одно или несколько сочленений, обеспечивающих различные перемещения второго звена 12 манипулятора в режиме, обеспечивающем тонкое позиционирование устройства бурения точно по направлению линии шпуров. Дополнительно к этому, между первым звеном 11 манипулятора и вторым звеном 12 манипулятора установлена опора 14 на камень, с возможностью опирания на камень после выполнения грубого позиционирования. Опора 14 на камень может представлять собой шип или другой подходящий опорный элемент. После опирания опоры 14 на камень в нужном положении первый манипулятор 11 сохраняют неподвижным и выполняют тонкую регулировку положения устройства и позиционирование на шпуры, подлежащие бурению, посредством соединительного приспособления 13 и второго звена 12 манипулятора. На втором звене 12 манипулятора установлен бурильный блок 15 с возможностью поворота и он содержит, по меньшей мере, направляющую балку 16, вдоль которой может перемещаться бурильная машина 17. Бурильная машина 17 может представлять собой машину ударного бурения, передающую ударные импульсы на инструмент, соединенный с ней, и вращающую инструмент на его продольной оси во время бурения. Фактически бурильная машина 17 может быть любой другой пневматической, гидравлической или электрической бурильной машиной, подходящей для данной цели. В некоторых вариантах второе звено 12 манипулятора может быть оборудовано двумя или более бурильными блоками. Дополнительно является возможным, чтобы две или более установки 8 были установлены на транспортном средстве 10. На фиг.2 дополнительно показано, что оператор 18 имеет возможность управления работой устройства посредством пульта 19 дистанционного управления, что обеспечивает оператору 18 хорошую видимость линии шпуров 6, подлежащих бурению. Беспроводная линия передачи данных может существовать между пультом 19 дистанционного управления и блоком 20 управления на шасси.
На фиг.3 показана структура соединительного приспособления 13 между первым звеном 11 манипулятора и вторым звеном 12 манипулятора. Второй участок 11b первого звена манипулятора может быть соединен с соединительным приспособлением 13 посредством сочленения 21 с горизонтальной осью. Это обеспечивает изменение положения по высоте установки 8 относительно транспортного средства. Дополнительно к этому соединительный механизм 13 может содержать сочленение 22 с вертикальной осью, являющееся так называемым сочленением с поворотным столом, посредством которого соединительное приспособление 13 поворачивают в направлении B в режиме, обеспечивающем совершение позиционирования по направлению линии шпуров 6. Поворот вокруг сочленения 22 можно выполнять после установки опоры 14 на камень. Кроме того, соединительное приспособление 13 может содержать сочленение 23 линейного перемещения, то есть так называемый зум, обеспечивающее одновременное перемещение второго звена 12 манипулятора и бурильного блока 15 линейно в направлении C относительно первого звена манипулятора. Сочленение 23 линейного перемещения обеспечивает проведение тонкого позиционирования установки 8 бурения по одной линии, поскольку второе звено 12 манипулятора и бурильный блок 15 можно переместить в направлении C без преремещения первого звена 11 манипулятора. Соединительное приспособление 13 может дополнительно содержать сочленение 24 с горизонтальной осью поворота, обеспечивающее наклон второго звена 12 манипулятора и бурильного блока 15 в направлении D. Посредством сочленения 24 второе звено 12 манипулятора можно установить перпендикулярно к камню, подлежащему бурению. Между вторым звеном 12 манипулятора и соединительным приспособлением 13 может быть установлено сочленение 25 с горизонтальной осью поворота, обеспечивающее поворот второго звена 12 манипулятора в направлении F, когда бурильный блок 15 устанавливают на шпур 7, подлежащий бурению в линии 6 шпуров. В данном случае бурильный блок 15 выполнен с возможностью перемещения в направлении H по дуге относительно сочленения 25, в то время когда сочленения 22, 23 и 24 соединительного приспособления 13 можно сохранять неподвижными. После тщательного выполнения тонкого позиционирования второе звено 12 манипулятора перемещается по направлению линии шпуров 6, как можно видеть на фиг.4. В данном случае позиционирование на шпуры 7a - 7d, размещенные в пределах досягаемости установки 8, совершается простым поворотным перемещением по направлению H. Кроме того, между вторым звеном 12 манипулятора и бурильным блоком 15 установлено сочленение 26 с горизонтальной осью поворота, обеспечивающее поворот бурильного блока 15 в направлении G в таком режиме, чтобы он был нацелен на камень, подлежащий бурению, вне зависимости от угла поворота второго звена 12 манипулятора. Поскольку положение по высоте самого дальнего конца второго звена 12 манипулятора относительно камня, подлежащего бурению, меняется, когда второе звено 12 манипулятора поворачивается, должно быть возможным перемещение бурильного блока 15 в линейном направлени J относительно конца второго звена 12 манипулятора в режиме, показанном на фиг.3. Направляющая балка 16 может быть установлена посредством сочленения линейного перемещения, такого как люлька 27 или т.п. в соединении 26.
На фиг.4 показано позиционирование бурильного блока 15 на шпуры 7a - 7d на линии шпуров, наблюдаемой с направления M. Позиционирование совершается простым поворотом второго звена 12 манипулятора в направлении H.
На фиг.5 показана установка 8 для бурения шпуров по одной линии согласно изобретению. На фиг.5 показаны, по меньшей мере, некоторые исполнительные механизмы, которыми можно выполнять перемещения установки 8. Исполнительные механизмы могут представлять собой цилиндры с рабочей средой под давлением, двигатели с рабочей средой под давлением или любые другие исполнительные механизмы, подходящие для данной цели. Установка 8 бурения шпуров по одной линии может содержать первый исполнительный механизм 28, которым можно перемещать соединительное приспособление 13 относительно первого звена 11 манипулятора. Дополнительно к этому второй исполнительный механизм 29 может быть установлен соединенным с сочленением в виде поворотного стола 22. На фиг.5 не показан исполнительный механизм сочленения 23 линейного перемещения, исполнительный механизм сочленения 24 регулировки наклона или исполнительный механизм которым можно перемещать направляющую балку 16 в линейном направлении. Вместе с тем, на фиг.5 показан третий исполнительный механизм 30, используемый для поворота второго звена 12 манипулятора. Кроме того, бурильный блок 15 можно поворачивать относительно второго звена 12 манипулятора четвертым исполнительным механизмом 31. Далее на фиг.6a - 6c дополнительно показан исполнительный механизм 32 для перемещения бурильной машины 17 на направляющей балке 16.
На фиг.6a-6c показано позиционирование бурильного блока 15 на шпуры 7a - 7c на линии 6 шпуров. После грубого позиционирования установки 8 бурения вблизи линии 6 шпуров и тонкого позиционирования точно по направлению линии шпуров позиционирование на шпуры 7a - 7c, подлежащие бурению, можно выполнять просто поворотом второго звена 12 манипулятора и позиционированием бурильного блока 15 к камню, подлежащему бурению. Поскольку второе звено 12 манипулятора позиционировано так, что ось первого сочленения 25 и ось второго сочленения 26 выставлены перпендикулярно относительно линии 6 шпуров, второе звено 12 манипулятора и бурильный блок 15 могут перемещаться только по направлению линии 6 шпуров. Направление линии шпуров 6 проходит поперек направления продольной оси первого звена 11 манипулятора. Установка 8 может содержать устройство, автоматически поворачивающее бурильный блок 15 относительно угла поворота второго звена 12 манипулятора после того как необходимое положение бурильного блока 15 относительно камня, подлежащего бурению, уже выбрано один раз. Дополнительно к этому направляющую балку 16 можно перемещать в линейном направлении на камень, после чего можно начать бурение.
Рабочий цикл установки 8 для бурения шпуров по одной линии, т.е. позиционирование на шпуры и бурение может осуществляться ручным управлением, полуавтоматическим управлением или полностью автоматически. В режиме ручного управления оператор 18 управляет исполнительными механизмами с интерфейса пользователя на шасси 10 или пульта 19 дистанционного управления. В полуавтоматическом режиме работы оператор позиционирует бурильный блок 15 на первый шпур, после чего блок 20 управления управляет рабочими фазами бурения автоматически, затем позиционирует бурильный блок 15 на следующий шпур, подлежащий бурению, и остается ожидающим подтверждения команды оператора 18. В полуавтоматическом рабочем цикле оператор 18 может, при необходимости, менять положение следующего шпура перед продолжением бурения. При полностью автоматическом управлении блок 20 управления позиционирует бурильный блок 15 на заранее выбранный первый шпур, выполняет бурение, позиционирует на следующий определенный шпур и продолжает работу, пока все заданные шпуры не будут пробурены. Блоку 20 управления могут быть даны размеры и направления шпуров, разнос шпуров и порядок бурения. Дополнительно возможно давать блоку 20 управления другие необходимые атрибуты управления для бурения и позиционирования. Блок 20 управления может содержать компьютер, программируемую логику или тому подобное в программах, которые могут исполнить различные стратегии управления и которые способны к выполнению вычислений, требуемых для позиционирования.
Следует упомянуть, что первое звено 11 манипулятора и второе звено 12 манипулятора могут представлять собой телескопические звенья манипулятора, которые можно делать длиннее и короче. Вместе с тем, второе звено 12 манипулятора не имеет поворотных сочленений между первым сочленением 25 и вторым сочленением 26. Если необходимо, другие сочленения могут существовать в соединительном приспособлении 13, отличающиеся от показанных на фигурах, и дополнительно к этому вместо представленных сочленений некоторые другие сочленения и соединительные приспособления, подходящие для данной цели, можно использовать. В некоторых случаях признаки, раскрытые в настоящей заявке, можно использовать как есть, вне зависимости от других признаков. С другой стороны, признаки, раскрытые в настоящей заявке, можно комбинировать, при необходимости, для образования различных их комбинаций.
Дополнительно к этому установку бурения шпуров по одной линии, раскрытую в настоящей заявке, можно практически применять для бурения, отличающегося от бурения камня определенных размеров.
Чертежи и относящиеся к ним описания предназначены только для иллюстрации идеи изобретения. Детали изобретения можно изменять в объеме формулы изобретения.