СТВОЛОВАЯ БУРОПОГРУЗОЧНАЯ УСТАНОВКА
SHAFT DRILLING-AND-LOADING PLANT

Изобретение относится к горному делу. Предназначено для увеличения производительности погрузочных и буровых работ при проведении вертикальных стволов средней и большой глубины, проходимых буровзрывным способом. Повышение производительности достигается путем увеличения площади обуривания забоя ствола с одного положения стволовой буропогрузочной установки и применения для погрузки горной массы управляемого грейфера. Увеличение площади обуривания сокращает количество (число) перестановок и снижает затраты времени на выполнение вспомогательных операций, а использование управляемого грейфера сокращает продолжительность отдельного цикла погрузки.
3
Известна буропогрузочная установка КС-12 по НА. Малевич. «Машины и комплексы оборудования для проходки вертикальных стволов». М.: Недра, 1975, с.74-80. Эта установка предназначена для бурения шпуров и уборки горной массы при проходке неглубоких стволов (до 200 м), а также при углубке. В этой установке используется рычажное рабочее оборудование, которое располагается на монорельсе призабойной передвижной опалубки с возможностью кругового перемещения при помощи самоходной каретки. Емкость шестилопастного грейфера 0,25 м, при этом он подвешен на канате к пневмолебедке, смонтированной на конце рукояти. Для бурения шпуров используется бурильная установка БУКС-2 м или БУКС-1у2м с двумя бурильными машинами, которая при бурении шарнирно присоединяется к рукояти рычажного оборудования. Глубина бурения шпуров не превышает 2,75 м. В зависимости от диаметра ствола на опалубке может находиться до трех буропогрузочных машин (установок).
К недостаткам рассматриваемой установки следует отнести: во-первых, ограниченную область применения; во-вторых, малую емкость грейфера, в связи с чем установка имеет невысокую производительность при уборке горной массы; в-третьих, подвеска грейфера на канате снижает эффективность его работы при погрузке различной по крупности горной массы и удлиняет продолжительность погрузочного цикла; в-четвертых, сравнительно небольшую глубину буримых шпуров и отсутствие автономности работы бурильных машин.
Все перечисленное указывает на то, что использование рассматриваемой буропогрузочной установки из-за низкой эффективности будет неэффективно при проходке вертикальных стволов средней и большой глубины.
Наиболее близкими по назначению, области применения и характеру выполняемых работ, а также частично по конструктивному устройству являются стволовые погрузочные машины КС-2у/40, 2КС-2у/40, КС-1МА, 2КС-1МА, работающие в комплексе со стволовыми бурильными установками БУКС-1у2, БУКС-1у3 и БУКС-1у4, известные по Н.А.Малевич. «Машины и комплексы оборудования для проходки вертикальных стволов». М.: Недра, 1975, с.22-30, 59-72. Все перечисленные стволовые погрузочные машины имеют сходную между собой конструкцию. Главные отличительные признаки этих машин: центральная подвеска радиальной рамы и круговое ее перемещение по кольцевому монорельсу, смонтированному на нижней стороне первого этажа проходческого полка. Выше перечисленные стволовые погрузочные машины входят в стволовые комплексы для проходки вертикальных стволов средней и большой глубины, проводимых буровзрывным способом.
Конструкции рассматриваемых стволовых погрузочных машин и бурильных установок имеют общие для них недостатки. Во-первых, при задержке выполнения монтажных работ, выполняемых с верхнего этажа проходческого полка (наращивание трубопроводов вентиляции, водоотлива и др.), погрузочные машины не имеют возможности следовать за опускающимся забоем разрушенной горной массы. В этом случае увеличивается время на подъем и опускание грейфера. Во-вторых, при увеличении расстояния между забоем и кабиной машиниста усложняется процесс управления грейфером как при зачерпывании горной массы, так и при его разгрузке в бадью. Третий недостаток состоит в том, что канатная подвеска грейфера не обеспечивает необходимого напорного усилия при зачерпывании неоднородной по крупности горной массы, а также его устойчивость на забое при таком зачерпывании. В результате требуется перестановка грейфера в новое место, что приводит к увеличению продолжительности отдельного цикла погрузки и к снижению производительности, а следовательно, к снижению темпов проходки ствола.
Стволовые бурильные установки, перечисленные выше по конструктивному устройству аналогичны между собой, но оборудованы разным количеством бурильных машин. Согласно нумерации - двумя, тремя и четырьмя, позволяющими бурить шпуры глубиной до 4,5 м. Бурильные машины в этих установках смонтированы каждая на своей стойке манипуляторов. Последние связаны с распорной раздвижной колонной. Изменение положения бурильных машин под разными углами механизировано и выполняется одновременно.
Недостатками рассматриваемых стволовых бурильных установок являются: во-первых, сложность конструкции манипулятора для одновременного изменения углов установки бурильных машин при производстве буровых работ; во-вторых, отсутствие возможности автономной работы отдельных бурильных машин; в-третьих, шарнирное соединение стволовых бурильных установок с тельфером стволовых погрузочных машин привело к необходимости создания дополнительного узла - раздвижной колонны. Последняя обеспечивает распор бурильных машин между забоем и местом их крепления в процессе бурения шпуров. Наличие раздвижной колонны привело к значительному утяжелению рассматриваемых стволовых бурильных установок, что привело к снижению маневренности при выполнении буровых работ и, следовательно, к снижению производительности.
На основании вышеизложенного имеется необходимость в разработке конструктивной схемы стволовой буропогрузочной установки для механизации процессов бурения шпуров и погрузки горной массы при проведении вертикальных стволов средней и большой глубины, включающей в качестве основных узлов шестилопастный грейфер и стволовую бурильную установку и имеющей жесткую управляемую связь между узлами установки.
Задачами настоящего изобретения является разработка конструктивной схемы стволовой буропогрузочной установки для проходки стволов средней и большой глубины, обладающей высокой маневренностью и обеспечивающей увеличение производительности при выполнении буровых и погрузочных работ путем сокращения числа перестановок за счет увеличения площади (зоны) обуривания с одного положения, а также за счет сокращения времени продолжительности отдельного погрузочного цикла.
Согласно изобретению поставленные задачи достигаются тем, что стволовая буропогрузочная установка с центральной подвеской, включающая радиальную раму, на противоположных концах которой смонтированы самоходная каретка кругового перемещения по кольцевому монорельсу, кабина машиниста и шарнирный узел для соединения с центральной осью; рукоять с шарнирно смонтированным на нижнем конце шестилопастным грейфером и стволовую бурильную установку, отличается тем, что по боковым полкам радиальной рамы, выполненной в виде перевернутой Т-образной конструкции, перемещается самоходная тележка, к которой шарнирно присоединена телескопически раздвижная рукоять с возможностью ограниченного углового поворота в радиальном направлении. Поворот рукояти осуществляется при помощи двух управляющих гидродомкратов, расположенных в плоскости поворота. Телескопическая рукоять состоит из кронштейна, основной и телескопически выдвижной частей. В кронштейне смонтирован реечный гидродомкратный механизм совместного поворота основной и телескопически выдвижной частей относительно их продольной оси. Основная и телескопически выдвижная части связаны между собой шлицевым соединением, обеспечивающим их совместный поворот на угол ±90°. Телескопическая раздвижка рукояти осуществляется гидродомкратом, размещенным внутри телескопически выдвижной части и обеспечивающим максимальную раздвижку частей рукояти. При этом гидродомкрат раздвижки своим цилиндром присоединен к нижней внутренней поверхности телескопически выдвижной части, а штоком к верхней внутренней поверхности кронштейна.
Внизу на телескопически выдвижной части с двух противоположных сторон жестко смонтированы монтажные плиты со шлицами, служащие для соединения с ними двух стволовых навесных бурильных установок, а на ее торце расположен шаровый шарнир для сопряжения шестилопастного управляемого грейфера при помощи двух разнесенных под пространственными углами друг к другу гидродомкратов с возможностью широкого маневрирования относительно оси подвески. Управляющие гидродомкраты соединены со стойками, смонтированными на телескопически выдвижной части рукояти шаровыми шарнирами, а с траверсой шестилопастного грейфера - одинарными.
Каждая стволовая навесная бурильная установка оснащена двумя управляемыми бурильными машинами при помощи двух разнесенных под пространственными углами гидродомкратов каждая с возможностью широкого автономного маневрирования положением их установки.
Самоходная каретка кругового перемещения размещается на кольцевом монорельсе, смонтированном на подвесной призабойной опалубке. При этом автономные перемещения стволовой буропогрузочной установки по вертикали отдельно от проходческого полка осуществляется при помощи двухбарабанной малогабаритной лебедки, смонтированной на верхнем этаже проходческого полка, и центральной подвижной оси, на которой размещен шарнир (подшипниковый узел) радиальной рамы, и имеющей возможность возвратно-поступательного движения внутри центральной опоры проходческого полка, выполненной полой. Существенными отличиями являются:
1. Стволовая буропогрузочная установка, включающая стволовую погрузочную машину с центральной подвеской, состоящую из радиальной рамы с опорами на самоходную каретку кругового перемещения, и подшипниковый узел на центральной подвижной оси. При этом самоходная каретка совершает круговые перемещения по кольцевому монорельсу, смонтированному на подвесной призабойной опалубке.
2. На нижнем конце телескопически выдвижной части рукояти поочередно имеют возможность монтироваться: шестилопастный управляемый грейфер или две стволовые навесные бурильные установки.
3. Отдельная стволовая навесная бурильная установка оснащена двумя управляемыми бурильными машинами при помощи двух разнесенных под пространственными углами гидродомкратов каждая.
4. Увеличение зоны обуривания с одного места расположения достигается путем поворота основной и телескопически выдвижной частей рукояти совместно со стволовыми навесными бурильными установками на угол ±90° при помощи реечного гидродомкратного поворотного механизма, смонтированного в кронштейне телескопически раздвижной рукояти.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Фиг.1. Общая конструктивная схема стволовой буропогрузочной установки с центральной подвеской, оборудованной шестилопастным управляемым грейфером.
Фиг.2. Общая конструктивная схема телескопически раздвижной рукояти, оборудованной двумя стволовыми навесными бурильными установками.
Фиг.3. Поперечное сечение телескопически раздвижной рукояти (В-В фиг.2).
На фиг.1 представлена общая конструктивная схема стволовой буропогрузочной установки с центральной подвеской, оборудованной шестилопастным управляемым грейфером. Она состоит из радиальной рамы 1 перевернутой Т-образной конструкции. На внешней стороне радиальной рамы 1 смонтированы самоходная каретка 2 кругового перемещения и кабина машиниста 3. На внутренней стороне радиальной рамы 1 смонтирован подшипниковый узел 4. Самоходная каретка 2 кругового перемещения размещается на кольцевом монорельсе 5, смонтированном на подвесной призабойной опалубке 6. Подшипниковый узел 4 смонтирован на подвижной центральной оси 7, которая имеет возможность вертикального перемещения внутри полой центральной опоры 8 проходческого полка 9. Вертикальные перемещения центральной подвижной оси 7 осуществляются при помощи двухбарабанной малогабаритной лебедки 10 и стойки 11 с блоком 12, смонтированных на внешней стороне верхнего этажа проходческого полка 9. На нижнем конце подвижной центральной оси 7 смонтирован упор 13, служащий ограничителем для подшипникового узла 4.
На боковых полках радиальной рамы 1 размещена самоходная тележка 14, служащая для радиального перемещения телескопически раздвижной рукояти 15, которая при посредстве одинарного шарнира 16 связана с самоходной тележкой 14. Телескопически раздвижная рукоять 15 при помощи двух управляющих гидродомкратов 17 имеет возможность ограниченных угловых поворотов в радиальном направлении в обе стороны. Телескопически раздвижная рукоять 15 состоит из кронштейна 18, основной 19 и телескопически выдвижной 20 частей. В кронштейне 18 смонтирован реечный гидродомкратный механизм 21, служащий для одновременного поворота основной 19 и телескопически выдвижной 20 частей вокруг продольной оси на угол ±90°.
На торцевом конце телескопически выдвижной части 20 смонтирован шаровый или карданный шарнир 22 для присоединения шестилопастного управляемого грейфера 23. Управление грейфером 23 осуществляется при помощи двух управляющих гидродомкратов 24, установленных под пространственными углами друг к другу. Управляющие гидродомкраты 24 присоединены к стойкам 25, жестко смонтированным на телескопически выдвижной части 20, при помощи шаровых или карданных шарниров, а к траверсе грейфера 23 одинарными шарнирами. На нижнем конце телескопически выдвижной части 20 с двух противоположных сторон жестко смонтированы монтажные плиты 26 со шлицами для присоединения к ним стволовых навесных бурильных установок.
На фиг.2 представлена общая конструктивная схема телескопически раздвижной рукояти со смонтированными на ней стволовыми навесными бурильными установками. На ее монтажных плитах 26 смонтированы две стволовые навесные бурильные установки 27 и 28. Каждая стволовая навесная бурильная установка оборудована двумя бурильными машинами 29. Отдельная бурильная машина 29 перемещается в пространстве посредством двух пространственно разнесенных гидродомкратов 30. На фиг.2 отдельно представлен реечный гидродомкратный поворотный механизм 21. Он состоит из реечного гидродомкрата 31, в контакте с которым находится шестерня 32, жестко смонтированная на основной части 19 телескопически раздвижной рукояти 15.
На фиг.3 представлено поперечное сечение основной 19 и телескопически выдвижной 20 частей рукояти 15 (В-В фиг.2). Связь между основной 19 и телескопически выдвижной 20 частями рукояти 15 обеспечивается шлицевыми соединениями 33 и 34, а также гидродомкратом телескопической раздвижки 35. Последний своим штоком 36 одинарным шарниром присоединен к верхней внутренней поверхности кронштейна 18, а цилиндром 37 также одинарным шарниром к нижней внутренней поверхности телескопически выдвижной 20 части рукояти 15. Таким образом, гидродомкрат телескопической раздвижки 35 соединяет в единую систему кронштейн 18, основную 19 и телескопически выдвижную 20 части рукояти 15 (фиг.2).
Одинарные шлицы, смонтированные на телескопически выдвижной 20 части, имеют длину, равную величине телескопической раздвижки, а двойные шлицы смонтированы только на нижнем конце основной 19 части рукояти 15.
Принцип работы стволовой буропогрузочной установки.
1. Погрузка горной массы в проходческую бадью совершается шестилопастным грейфером 23. Его перемещение по забою выполняется посредством кругового движения радиальной рамы 1 при помощи самоходной каретки 2, угловых перемещений телескопически раздвижной рукояти 15 посредством своих управляющих гидродомкратов 17, а также телескопических движений по вертикали телескопически выдвижной части 20 рукояти 15 (фиг.1).
2. После завершения выгрузки горной массы из забоя ствола осуществляется демонтаж управляемого шестилопастного грейфера 23 совместно с управляющими гидродомкратами 24 и выдача его на поверхность подъемной лебедкой для профилактического осмотра и ремонта.
3. Подъемной лебедкой из гаража на поверхности в забой ствола последовательно доставляются две стволовые навесные бурильные установки 27 и 28. Осуществляется их присоединение к монтажным плитам 26, размещенным на нижнем конце телескопически выдвижной части 20 рукояти 15 (фиг.2).
4. По завершении монтажа стволовых навесных бурильных установок приступают к бурению шпуров в забое ствола. Перемещение стволовых навесных бурильных установок по забою осуществляется круговым перемещением радиальной рамы 1, перемещением телескопически раздвижной рукояти 15 по радиальной раме 1 при помощи самоходной тележки 14, а также поворотом основной 19 и телескопически выдвижной 20 частей вокруг их продольной оси при помощи реечного гидродомкратного поворотного механизма 21 (фиг.2) на угол ±90°. За счет поворотов расширяется зона обуривания ствола с одного положения стволовой буропогрузочной установки.
5. При выполнении погрузочных работ стволовая буропогрузочная установка по мере опускания поверхности горной массы продолжает осуществлять погрузку за счет телескопической раздвижки рукояти 15. В том случае, когда проходческий полок 9 не может быть опущен из-за задержки монтажных работ по наращиванию трубопроводов водоотлива и вентиляции, а также других работ; стволовая буропогрузочная установка, оснащенная погрузочным управляемым шестилопастным грейфером или стволовыми навесными бурильными установками, может опускаться отдельно (автономно) от проходческого полка. Перед самостоятельным опусканием стволовая буропогрузочная установка своей радиальной рамой 1 располагается так, чтобы самоходная каретка 2 кругового перемещения находилась под прицепным устройством каната малогабаритной двухбарабанной лебедки 10 (фиг.1). Осуществляется зацепление. После этого производится одновременное опускание призабойной подвесной опалубки 6 при помощи своих проходческих лебедок, установленных на поверхности, и малогабаритной двухбарабанной лебедки 10 на величину, не превышающую длину центральной подвижной оси 7 (фиг.1).