БУРИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И УСТАНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ ПОРОДЫ И/ИЛИ ДЛЯ КРЕПЛЕНИЯ ШТАНГОВОЙ КРЕПЬЮ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЕ УСТРОЙСТВО
DRILLING DEVICE AND PLANT FOR ROCK DRILLING AND/OR FOR SUPPORT SETTING WITH ROOF BOLTING, COMPRISING SUCH DEVICE

Настоящее изобретение относится к узлу стрелы для использования в бурении и/или установке штанговой крепи. В частности, настоящее изобретение относится к узлу стрелы, в соответствии с преамбулой п.1 формулы изобретения. Данное изобретение также относится к установке для бурения породы и/или для крепления штанговой крепью, согласно п.25.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
При бурении породы и установке штанговой крепи часто используют буровую установку, в которой одна или несколько бурильных машин установлены на соответствующие подвижные манипуляторы или стрелы.
В зависимости от типа бурения, такого как проходка туннеля или добыча руды, применяются различные типы установок для бурения породы. Например, когда прокладывают туннель, часто используются большие машины со множеством стрел для бурения множества скважин одновременно или прохождения через всю, обычно широкую поверхность поперечного сечения, что требуется для туннеля, с одной несущей позиции.
При добыче руды часто необходимо по экономическим причинам добывать руду таким способом, чтобы разрабатывать только рудное тело, таким образом, по возможности снижая количество излишней породы, которое нужно переработать. Это означает, что при разработке небольшого рудного тела и/или когда лишь малая часть рудного тела содержит необходимую руду, добыча может происходить при очень малой высоте продольного канала с соответствующими требованиями к установке для бурения породы.
Таким образом, различные ситуации выдвигают разные требования к установке для бурения породы и, следовательно, существуют установки для бурения породы, имеющие много разных конструкций и, значит, много различных типов стрел.
Стрела обычно представляет собой вытянутую конструкцию, один конец которой, как правило, прикреплен к опорному элементу, такому как наземное транспортное средство, посредством одной или нескольких тяг. Более того, бурильная машина обычно шарнирно прикреплена к дальнему от опоры концу стрелы с помощью одной или нескольких дополнительных соединительных средств.
Однако, бурильная машина обычно не соединяется со стрелой непосредственно, но, как правило, соединяется со стрелой с возможностью перемещения посредством устройства подачи, состоящего из держателя, несущего ходовую балку (направляющую), расположенную с возможностью перемещения относительно держателя, и, кроме того, бурильная машина обычно может перемещаться относительно ходовой балки (направляющей) для достижения оптимальной свободы регулировки во время бурения без необходимости передвижения опорного элемента.
Несмотря на то, что стрелы вышеуказанного типа хорошо работают во многих областях применения, трудно создать стрелу, которая одновременно удовлетворяла бы обе необходимости и/или оба требования по мобильности и маневренности установки при бурении желательным образом, особенно, для установок для бурения породы, сконструированных для работы в очень узких продольных каналах. Следовательно, существует необходимость в усовершенствованной стреле для использования конкретно в установках для бурения породы, сконструированных для работы в продольных каналах с малой высотой.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание узла стрелы для горного комбайна и/или строительной машины, который решает упомянутую выше проблему. Данная цель достигается с помощью узла стрелы по п.1 формулы изобретения.
Настоящее изобретение предлагает узел стрелы для использования в горном комбайне и/или строительной машине, содержащий первый участок стрелы, имеющий первый и второй концы, при этом первый конец сконструирован для прикрепления к несущему устройству, а второй конец сконструирован для несения бурильной машины, первое вращательное соединительное средство с первой осью вращения и второе вращательное соединительное средство со второй осью вращения. Первое вращательное средство расположено на первом конце первого участка стрелы, а второе вращательное средство расположено на втором конце первого участка стрелы, так что указанные оси вращения неподвижны относительно друг друга, и образуют углы с вертикальным направлением, составляющие от 0 до 45°.
Настоящее изобретение, благодаря указанным осям вращения, являющимся неподвижными относительно друг друга и образующим соответственные углы с вертикальным направлением в интервале от 0 до 45°, имеет преимущество в том, что узел стрелы может изготавливаться так, чтобы не только способствовать надлежащей досягаемости для бурения/постановки крепи, но также способствовать передвижению компактной установки для бурения породы. Такой узел особенно полезен для установок для бурения породы, сконструированных для работы при малой высоте продольного канала, поскольку, при перемещении установок существует большой риск столкновения какой-то части стрелы или устройства подачи с бурильной машиной с окружающей породой.
Данное изобретение также относится к установке для бурения породы и/или для крепления штанговой крепью.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 представляет традиционную установку для бурения породы и/или для крепления штанговой крепью.
Фиг.2 изображает установку для бурения породы, оснащенную стрелой, согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 иллюстрирует более подробно первый участок стрелы, изображенной на фиг.2,.
Фиг.4а иллюстрирует величину полного поворота вращательного соединительного средства, расположенного на первом участке стрелы, представленной на фиг.3.
Фиг.4b изображает зону охвата бурения/установки штанговой крепи для установки для бурения породы, представленной на фиг.2.
Фиг.4с схематически иллюстрирует одно транспортировочное положение для стрелы и устройства подачи установки для бурения породы, представленной на фиг.2.
Фиг.5 иллюстрирует более подробно первый участок стрелы, согласно данному изобретению.
Фиг.6 представляет установку для бурения/крепления штанговой крепью в рабочем положении, снабженная вращательным соединительным средством для соединения с бурильной машиной, машиной для постановки штанговой крепи, так что она способна наклоняться к узлу стрелы в направлении движения установки.
Фиг.7 иллюстрирует установку для бурения/крепления штанговой крепью, представленную на фиг.6, но в положении для транспортировки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг.1 представлен горный комбайн в виде традиционной установки 100 для бурения породы. Установка 100 содержит стрелу 102, один конец 102а которой прикреплен к схематически показанному несущему устройству 110, такому как наземное транспортное средство, а другой конец 102b, которой имеет установленный на нем подающий механизм 103, несущий бурильную машину 104. Бурильная машина 104 способна перемещаться вдоль механизма 103 для дальнейшего улучшения досягаемости/маневренности во время бурения.
Как отмечалось выше, бурение породы при малой высоте продольного канала предъявляет более высокие требования по конфигурации установки, а использование установки согласно фиг.1 при малой высоте или ширине продольного канала имеет тот недостаток, что, из-за протяженности стрелы в продольном направлении, может быть трудно маневрировать/транспортировать без столкновений стрелы 102 и/или бурильной машины 104 с окружающей породой, что в результате может повлечь нежелательные повреждения.
Данное изобретение решает эту проблему при помощи стрелы, показанной на фиг.2, для горного комбайна и/или строительной машины, такой как установка для бурения породы.
Установка 200 для бурения породы, изображенная на фиг.2, особенно подходит для бурения породы и/или постановки штанговой крепи в очень низких и/или ограниченных продольных каналах. Например, существуют каналы, имеющие высоту порядка 1,2 м, где не только должна разрабатываться порода (руда), но также необходимо поставить анкерную крепь при длинах болтов, превышающих высоту канала, чтобы снизить риск, например, обвала внутрь.
Изображенная установка 200 для бурения породы состоит из несущего устройства 201 и стрелы 202, один конец 202а которой прикреплен к несущему устройству. В отличие от стрелы 102, показанной на фиг.1, стрела 202 представляет собой не единственный удлиненный участок, а два участка стрелы, т.е. первый участок 203 стрелы и второй участок 204 стрелы, которые соединены посредством первого вращательного соединительного средства 205 с осью вращения В1, принцип действия которого объяснен ниже.
Несущее устройство 201, изображенное на фиг.1, обычно не управляется оператором на борту несущего устройства 201 (из-за относительно малого размера устройства), а установка 200 для бурения породы может управляться дистанционно оператором с соответствующего узла управления, который может быть соединен с буровой установкой при помощи кабеля, например, или посредством беспроводного интерфейса.
Более того, несущее устройство имеет прямое/обратное (продольные) направления FB и боковые направления S и вертикальное направление V, перпендикулярное направлениям FB, S. Таким образом, вертикальное направление перпендикулярно основанию несущего устройства, по меньшей мере, пока оно расположено горизонтально. Это также означает, что вертикальное направление несущего устройства не обязательно совпадает с «истинным» вертикальным направлением, например, в случаях, когда основание не располагается горизонтально. Следовательно, в данном описании, термин «вертикальное направление несущего устройства» означает вертикальное направление, как указано выше.
Кроме того несущее устройство 201 имеет функциональные возможности, требуемые установкой для бурения породы, такими как узлы управления и гидравлические насосы для приведения в действие стрелы/бурильной опоры/устройства подачи/буровой машины. Несущее устройство также может иметь приспособления для действия гидравлических насосов, такие как, например, двигатель внутреннего сгорания и/или электродвигатель, которые могут управляться путем соединения с надлежащими электрическими сетями.
С другого, дальнего от несущего устройства 201, конца 202b стрелы 202 смонтирована бурильная опора 207 с опорной ногой 208, посредством второго вращательного соединительного средства с осью вращения В2. К опоре 207 прикреплено подающее устройство 209, несущее бурильную машину 210 и обеспечивающее перемещение бурильной машины 210 относительно держателя, зафиксированного на бурильной опоре посредством ходовой балки (направляющей) 211, и ходовая деталь 212, способная перемещаться вдоль ходовой балки (направляющей) 211. Конкретное действие подающего устройства не имеет большого значения для настоящего изобретения и поэтому оно показано лишь схематически на фиг.2.
Вращательные соединительные средства 205, 206 и, таким образом, оси вращения В1, В2 неподвижны относительно друг друга, то есть они не могут поворачиваться относительно друг друга. Более того, оси вращения В1, В2 на чертеже показаны как, по существу, вертикальные, но это не обязательно так, и, когда указанный узел стрелы прикреплен к несущему устройству, они также могут образовывать другие углы (неподвижные относительно друг друга), при условии, что величины этих углов находятся в интервале 0-45° от вертикальной оси V несущего устройства, согласно указанному.
Для лучшего понимания подающего устройства, показанного на фиг.2 можно рассмотреть параллельную заявку на патент Швеции, имеющую ту же дату подачи и название «Подающий механизм», заявителя Atlas Copco Rock Drills AB и автора изобретения Свен-Олов Нистрем. Однако подающее устройство, показанное на фиг.2, является только примером, и подающие механизмы других типов могут быть также присоединены к стреле согласно данному изобретению.
Подающий механизм/бурильная опора прикрепляются к стреле третьим вращательным соединительным средством 213 для обеспечения возможности бурения не только в направлении вверх, как показано, но в любом радиальном направлении, если смотреть от оси А третьего вращательного средства 213.
Стрела 202, согласно данному изобретению, имеет преимущество, состоящее в том, что посредством первого вращательного соединительного средства 205 обеспечивает возможность первого участка 203 стрелы сгибаться/вращаться относительно второго участка 204 стрелы вокруг оси вращения В1, таким образом, обеспечивая установке 200 для бурения породы относительную компактность во время транспортировки, с первым участком 203 стрелы, сложенным внутрь и, следовательно, подающим механизмом, расположенным относительно близко к несущему устройству, как показано на фиг.4b. Это значительно способствует транспортировке в особенно узких или низких продольных каналах.
На фиг.3 стрела, согласно данному изобретению, представлена более подробно. Второй участок 204 стрелы зафиксирован на несущем устройстве 201 с помощью крепежной пластины 220. Кроме того, второй участок стрелы шарнирно прикреплен к несущему устройству посредством четвертого вращательного соединительного средства 221, так что второй участок 204 стрелы можно поднять или опустить относительно несущего устройства вокруг оси вращения С четвертого соединительного средства, у которого поднятие/опускание второго участка стрелы осуществляется с помощью гидравлического цилиндра 222.
Второй участок стрелы также имеет крепежную пластину 223 на его дальнем от несущего устройства конце, который аналогично шарнирно прикреплен ко второму участку 204 стрелы и может вращаться относительно второго участка 204 стрелы посредством пятого вращательного соединительного средства 224, причем, вращение средства 224 управляется гидравлическим цилиндром 225 (почти невидимым на чертеже). Действие гидравлических цилиндров 222 и 225 предпочтительно, таково, что получаемые в результате повороты соединительных средств 221, 224 равны друг другу и противоположны по направлению, так что две крепежных пластины 220, 223 удерживаются в параллельном положении в течение всего времени.
Более того, первый участок 203 стрелы прикреплен к крепежной пластине 223 посредством вращательного соединительного средства 205 с первого конца первого участка 203 стрелы с помощью крепежных устройств 227, 228, расположенных рядом с соединительным средством 205 и зафиксированных с помощью подходящих средств, таких как винтовое/болтовое соединение, на крепежной пластине 223, например, в точках 228а-b, 229а-b крепления (точки 228b, 229b крепления скрыты вращательным средством 205).
Крепежные устройства 227, 228 прикреплены к вращательному соединительному средству 205 и блокированы по направлению вращения, так что первый участок 203 стрелы может вращаться посредством соединительного средства 205 относительно второго участка 204 стрелы.
Соответствующим образом, крепежная пластина 240 прикреплена к вращательному соединительному средству 206, расположенному на дальнем от второго участка конце первого участка стрелы, посредством крепежных устройств 241, 242, размещенных рядом с вращательным средством 206, и которые аналогичным образом, как описано выше, прикрепляются к крепежной пластине 240 в точках 243а-b, 244а-b крепления. Крепежные устройства 241, 242 блокируются на вращательном соединительном средстве 206, для того чтобы следовать его поворотам. Таким образом, крепежная пластина 240 и узлы, прикрепленные к крепежной пластине 240, могут поворачиваться относительно первого участка 203 стрелы.
Как показано на фиг.2 и 3, бурильная опора 207 и подающее устройство 209 прикреплены к стреле (первому участку стрелы) с помощью крепежной пластины 240 (посредством третьего вращательного соединительного средства 213).
На фиг.2 показано, что подающий механизм прикреплен с возможностью поворота под углом относительно вращательного соединительного средства 213. Фиг.2 иллюстрирует выполнение данного поворота под углом с помощью цилиндра. Дополнительные эффективные варианты осуществления данной возможности поворачиваться под углом относительно вращательного соединительного средства 213 представлены на фиг.6 и 7, где показано вращательное соединительное средство с осью вращения К. Данное соединительное средство может, в качестве узла управления, иметь электро- или гидравлическое приводное устройство, такое как гидромотор или электродвигатель. Фиг.6 иллюстрирует стандартное положение при бурении, тогда как на фиг.7 представлено типичное положение при транспортировке. Однако, рабочее положение (бурение или постановка анкерной крепи) также может быть при расположении вращательного соединительного средства 270 под другими углами вокруг оси вращения К. Конструкция, согласно фиг.6 и 7 обеспечивает значительную гибкость в отношении регулировки бурения/постановки анкерной крепи и одновременно значительную компактность во время транспортировки. Кроме того, является преимуществом, если вращательное соединительное средство 270 способно поворачиваться вокруг оси К в интервале от 0 до, по меньшей мере, 135 градусов. Если конструкция изготовлена для интервала поворота от 0 до 180 градусов, можно выполнять перспективное бурение одновременно с возможностью транспортирования при условии, что буровая установка ориентирована назад.
В целом, конструкция, предлагаемая данным изобретением, позволяет подающему механизму буровой опоре двигаться весьма свободно к несущему устройству 201 для обеспечения наибольшей компактности стрелы и подающего механизма во время транспортировки и достижения большой свободы регулировки во время бурения.
Пример этого представлен на фиг.4а, которая показывает сверху стрелу, иллюстрируемую фиг.3, при этом диапазон регулировки первого участка 203 стрелы и второй крепежной пластины 240 показан схематически с помощью стрелок 401, 402. Как показано на фигуре два вращательных соединительных средства 205, 206 имеют диапазон поворота, в основном, ±90° относительно опорных углов R1, R2.
Опорные углы R1, R2 не являются параллельными друг другу и ни один из них не параллелен продольной оси несущего устройства. Это означает, что рабочий диапазон установок для бурения становится частично ассиметричным по отношению к продольному направлению L несущего устройства, как показано схематически на фиг.4b, где изображен вид сверху бурильной установки с периферической линией 403, обозначающей возможные положения, в которых подающий механизм может регулироваться для бурения.
Однако, асимметрия в управлении соответственными вращательными соединительными средствами имеет то преимущество, что стрела и бурильная опора/подающий механизм при транспортировке могут быть расположены весьма компактным образом, поскольку наружное вращательное соединительное средство 206 (с центром вращения 206а) может поворачиваться посредством внутреннего вращательного соединительного средства 205 до точки 404 на фиг.4а. Затем, путем поворота вовнутрь также бурильной опоры/подающего механизма с наружным соединительным средством достигается очень компактное положение для транспортировки, значительно снижающее риск столкновения с окружающей породой во время движения. Положение для транспортировки показано схематически на фиг.4с. Вращательное соединительное средство 206 может быть перемещено в положение, более близкое к несущему устройству, в продольном направлении несущего устройства, чем положение вращательного средства 205. При использовании пневматического цилиндра 222 стрелы весь агрегат может быть слегка приподнят над основанием для дальнейшего снижения риска соударения во время транспортирования. Таким образом, настоящее изобретение предлагает очень компактный узел стрелы/подающего механизма, который существенно способствует транспортировке установки 200 для бурения, кроме того, достигая очень большой зоны охвата (зоны в пределах периферической линии 403 на фиг.4b), особенно, для бурения в боковом направлении.
Также, следует отметить, что диапазон регулирования угла (диапазон вращения) соответственных вращательных соединительных средств 205, 206 не обязательно должен быть ±90°, но и другие величины углов возможны. Большие диапазоны углов обеспечивает дополнительная свобода регулировки, тогда как меньшие диапазоны ограничивают возможности регулировки. Общий интервал угла для соединительных средств 205, 206 не должен быть меньше, чем 135є (±62,5°).
Первый участок стрелы состоит, как показано на фиг.3 и 5, из первого и второго, по существу, пластинообразных элементов 230 и 231, соответственно, которые являются параллельными друг другу, при этом верхние концы вращательных соединительных средств 205, 206 прикреплены к соответственным концам 230а, 230b первого пластинообразного элемента 230, а нижние концы вращательных соединительных средств прикреплены к соответственным концам 231а, 231b второго пластинообразного элемента 231.
Вращательные соединительные средства 205, 206 прикреплены к пластинообразному элементу 230 посредством резьбовых соединений, тогда как выступающие аксиальные участки на соединительных средствах входят в соответствующие пазы в пластинообразном элементе 231. Это обеспечивает возможность простого монтажа первого участка 203 стрелы, но также, разумеется, можно использовать винтовое соединение для фиксации вращательного соединительного средства к нижнему пластинообразному элементу 231. Более того, пластинообразные элементы удерживаются вместе с помощью усиливающего элемента 250, кроме указанных вращательных элементов, а два пластинообразных элемента прикреплены к нему посредством подходящего винтового соединения, например. В качестве альтернативы, пластинообразные элементы 230, 231 и усиливающий элемент 250 могут быть изготовлены как единый блок.
Как лучше всего видно на фиг.3, два пластинообразных элемента также имеют углубления 251, 252, чтобы первый участок 203 стрелы мог приблизиться ко второму участку 204 стрелы без перемещения последнего назад, то есть возможность управления углом увеличивается.
Данное изобретение описано выше по отношению к конкретной конструкции стрелы. Однако, внешний вид стрелы не ограничивается представленным на чертежах, и может отличаться от приведенных примеров в объеме данного изобретения, определенного в формуле изобретения.