ШАГАЮЩАЯ БУРОВАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к горному делу, в частности к устройствам для геологоразведочного бурения при разведке полезных ископаемых на морском дне. Устройство может быть использовано также для геологоразведочных изысканий, бурения горных пород при сложном рельефе месторождения, освоения торфяных месторождений.
Известны устройства для перемещения добычных рабочих органов под водой с помощью канатов или тележек гусеничного, колесного и шнекового типа (Шагающие машины для освоения ресурсов морского дна. Л., 1987 г., с. 12-17).
Недостатками этих устройств являются сложность обеспечения требуемых траекторий движения рабочих органов при системах сплошной разработки полезных ископаемых, а также нарушение экологии при оставлении следов гусениц, колес и шнеков.
Известно добычное шагающее устройство для подводной разработки полезных ископаемых способное переносить рабочие органы по определенным траекториям (авторское свидетельство SU №1027343, E02F 3/88, опубл. 07.07.1983 г.), включающее ферму, установленную на двух опорах с тяговой тележкой и механизмом поворота.
Недостатком добычного шагающего устройства является то, что для обеспечения перемещения устройства требуется специальная тяговая тележка с грузом, механизм ограничения поворота представляет собой упоры на концах консолей фермы, а опоры выполнены в виде дуг. Такое исполнение значительно усложняет конструкцию, создает дополнительные сопротивления при повороте устройства, снижает устойчивость конструкции.
Известна установка для разработки конкреций илов и россыпей со дна морей и океанов (авторское свидетельство SU №1099081, E21C 45/00, опубл. 23.06.84), у которой рама снабжена механизмом поперечного заноса одного конца относительно другого.
Недостатком установки является несущая рама, опирающаяся на две лыжи, которые создают дополнительные сопротивления повороту установки в горизонтальной плоскости и не позволяют вести сплошную разработку морского дна с целью определения запасов полезного ископаемого, так как значительно ограничена зона возможного перемещения установки.
Известна шагающая установка для взятия проб со дна морей и океанов (авторское свидетельство SU №1151675, E21C 45/00, опубл. 23.04.85), содержащая рабочий орган, ферму, тяговую тележку рабочего органа с возможностью продольного возвратно-поступательного движения, два опорных стола с вертикальными и горизонтальными шарнирами и механизмы поворота.
Недостатком устройства является наличие поплавка, что значительно усложняет механизм шагания и ограничивает область применения установки (только под водой), кроме того рабочий орган не позволяет производить отбор проб с необходимой закономерностью.
Известно добычное шагающее устройство для подводной разработки полезных ископаемых (авторское свидетельство SU №471452, E02f 3/88, опубл. 25.05.75), принятое за прототип, включающее ферму, установленную на двух опорах, состоящих из платформы и телескопических штанг, рабочий орган и систему управления. Ферма подвешена к нижней поверхности платформ опор и шарнирно с ними связана, снабжена кронштейнами с роликами, взаимодействующими с кулаками, установленными на платформах опор подвижно, а рабочий орган снабжен тяговой тележкой для перемещения его по ферме.
Недостаток данного устройства заключается в том, что рабочий орган, позволяет брать отбор проб только с поверхности морского дна и вести добычу полезного ископаемого только на участке, ограниченном положением опор, что снижает производительность установки в целом.
Техническим результатом является упрощение конструкции устройства, обеспечение перемещения рабочего органа буровой установки по всей длине фермы, а так же создания возможности отбора проб на различной глубине поверхности морского дна.
Технический результат достигается тем, что ферма выполнена из двух параллельных труб с продольными направляющими и снабжена серьгами шарнирно соединенными с платформами опор, при этом концы труб жестко связаны между собой поперечными балками с размещенными на них блоками, а рабочий орган выполнен в виде тележки с роликами, взаимодействующими с продольными направляющими фермы, с жестко закрепленными на ней буровым станком и двумя лебедками, снабженными гибкими тяговыми элементами (например, тросами), охватывающими блоки поперечных балок, один конец которых закреплен на барабане лебедки, а другой на тележке рабочего органа.
Шагающая буровая установка поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - общий вид буровой установки;
фиг. 2 - вид сверху на буровую установку;
фиг. 3-сечение А-А по опоре;
фиг. 4 - вид Б на рабочий орган;
фиг. 5 - положение установки в начале цикла;
фиг. 6 - вид сверху на буровую установку в начале цикла;
фиг. 7 - положение установки в вертикальной плоскости (рабочий орган на правой консоли);
фиг. 8 - положение установки в горизонтальной плоскости (рабочий орган на правой консоли);
фиг. 9 - положение установки в вертикальной плоскости (рабочий орган на левой консоли);
фиг. 10 - положение установки в горизонтальной плоскости (рабочий орган на левой консоли), где:
1 - несущая ферма;
2 - опора;
3 - рабочий орган;
4 - труба;
5 - продольная направляющая;
6 - серьга;
7 - поперечная балка;
8 - блок;
9 - прямолинейный участок фермы;
10 - консоль;
11 - тележка;
12 - ролик;
13 - проушина;
14 - буровой станок;
15 - лебедка правого хода;
16 - лебедка левого хода;
17 - гибкий тяговый элемент;
18 - опорный стол;
19 - телескопическая штанга;
20 - опорный башмак;
21 - платформа;
22 - вилка;
23 - цилиндрический ролик;
24 - вертикальная ось;
25 - привод платформы;
26 - шестерня;
27 - зубчатое колесо;
28 - ось;
29 - буровой став.
Шагающая буровая установка включает несущую ферму 1 (фиг. 1), установленную на двух опорах 2 и рабочий орган 3. Ферма 1 выполнена из двух параллельных труб 4 (фиг. 2), снабженных продольными направляющими 5 (фиг. 2, 3), имеющими форму швеллера, а в нижней части - серьгами 6 (фиг. 3). Концы труб 4 жестко связаны между собой поперечными балками 7, на которых размещены блоки 8. Ферма 1 имеет прямолинейный участок 9, а концы фермы изогнуты вверх, образуя симметричные консоли 10, левую и правую (фиг. 1, 2). Рабочий орган 3 выполнен в виде тележки 11 (фиг. 2, 3, 4) с роликами 12. В нижней части тележка 11 снабжена проушинами 13. На тележке 11 закреплен буровой станок 14 и две лебедки, правого хода 15 и левого хода 16, снабженные гибкими тяговыми элементами. 17 (тросами), охватывающими блоки 8 поперечных балок 7, один конец которых закреплен на барабане лебедки, а другой - на проушинах 13 тележки 11. Ролики 12 тележки 11 взаимодействуют с направляющими 5 несущей фермы 1 с возможностью возвратно поступательного движения рабочего органа 3 вдоль фермы. При этом обеспечена возможность перемещения рабочего органа вдоль всей длины фермы, включая консоли 10. Каждая из опор 2 (левая и правая) состоит из опорного стола 18 (фиг. 1, 3), снабженного телескопическими штангами 19 с опорными башмаками 20 и платформы 21, выполненной с вилками 22. Поворотная платформа 21 опирается на опорный стол 18 посредством цилиндрических роликов 23 и связана с ним вертикальной осью 24 с возможностью относительного поворота. На опорном столе 18 размещен привод 25 поворота платформы 21, включающий открытую зубчатую передачу, состоящую из шестерни 26 и зубчатого колеса 27, жестко связанного с вертикальной осью 24. Серьги 6 (фиг. 1, 3) связаны с вилками 22 платформ 21 при помощи осей 28, образуя шарнирное соединение фермы 1 с опорами 2.
Работа шагающей буровой установки осуществляется следующим образом. Устройство устанавливается на площадке для обуривания (фиг. 5) (например, на поверхности морского дна, уступе карьера и т.п.) и начинают процесс бурения скважин в соответствии с заданным паспортом бурения. После того как пробурена первая скважина, поднимают буровой став 29 буровой установки (фиг. 1, 5), включают привод правой лебедки 15 и перемещают рабочий орган 3 в новое положение по направляющим 5 несущей фермы 1 на расстояние S, соответствующее шагу расположения разведочных скважин. Далее опускают буровой став 29 и производят бурение следующей скважины.
Процесс продолжается до тех пор, пока рабочий орган 3 не достигнет правой консоли 10 (фиг. 7, 8). В момент достижения рабочим органом 3 конца правой консоли левая опора 2 отрывается от морского дна, происходит поворот несущей фермы 1 в вертикальной плоскости относительно оси 28 шарнира на угол φ (фиг. 7). В указанном положении включают привод 25 поворота платформы 21 (фиг. 3, 8) правой опоры 2 и осуществляют поворот фермы 1 на угол β в горизонтальной плоскости (фиг. 8). Далее включают привод левой лебедки 16 и рабочий орган 3 начинает движение в сторону левой консоли 10. Как только рабочий орган 3 смещается от конца правой консоли 10, нарушается условие равновесия системы и поднятая левая опора 2 опускается и устанавливается на морском дне в новом положении (фиг. 8). Начинают новый цикл бурения скважин последовательным перемещением рабочего органа 3 вдоль фермы 1 по направляющим 5 в соответствием с паспортом бурения. По окончании отработки очередной заходки цикл шагания повторяется перемещением рабочего органа 3 на левую консоль 10 (фиг. 9, 10).
Движение шагающей буровой установки изменением положения его центра масс перемещением рабочего органа с одной консоли на другую позволяет осуществлять бурение скважин в соответствии с заданным паспортом бурения по требуемым траекториям - угловым, прямолинейным, круговым, параллельным и другим с целью определения запасов полезного ископаемого.