СИСТЕМА ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
SYSTEM FOR THE DESTRUCTION OF ROCK FORMATION

Изобретение относится к горной, горностроительной и строительной промышленности к буровой технике, применяется при бурение скважин ударно-вращательным способом и может быть использовано для разрушения твердых пород при бурении взрывных и геологоразведочных скважин буровыми станками.
Известно устройство для бурения (Филиппов Г.С. и др. Обоснование параметров и исследования комбинированного бурового инструмента. В сб.: "Разработка и совершенствование техники и технологии для предприятий горнорудной промышленности". Изд. Гипроникель, Л., 1991, с. 25-33), осуществляющее ударно-вращательное бурение, в котором применяется комбинированный породоразрушающий инструмент, включающий шарошки и долота, а также ударный механизм (погружной пневмоударник), включающий поршень с каналами.
Недостатком устройства является ограничение по стойкости узла крепления шарошки в лапе долота, так как высокие динамические усилия от взаимодействия долота с забоем не позволяют сделать конструкцию лапы с толщинами стенок, позволяющими осуществлять продолжительное бурение по породам высокой крепости с переменными свойствами прослоек.
Известен пневматический ударный механизм по (авторское свидетельство СССР № 998740, опубл. 23.02.1983 г.) содержащий корпус, в котором установлен поршень, образующий с его стенками камеры рабочего и холостого хода, кольцевой эластичный клапан, размещенный в седле и образующий с корпусом канал для подвода энергоносителя в камеру рабочего хода, и инструмент, при этом кольцевой эластичный клапан имеет форму тора и установлен в кольцевой канавке, которая выполнена на наружной поверхности клапанного седла. В механизме установлен дополнительный эластичный клапан, который выполнен в виде тора и образует с внутренними стенками корпуса канал для выпуска воздуха из камеры рабочего хода. Общими признаками аналога и предлагаемого изобретения являются: корпус, поршень, камеры рабочего и холостого хода, кольцевой эластичный клапан, который выполнен в виде тора и образует с внутренними стенками корпуса канал для выпуска воздуха из камеры рабочего хода и служит для выпуска воздуха из этой камеры в период холостого хода.
Недостатком является радиальное отверстие малого диаметра в корпусе приводит к тому, что уменьшается выхлоп энергоносителя, а следовательно уменьшается количество энергоносителя, поступающего на забой скважины. Это ухудшает очистку забоя скважины и приводит к переизмельчению шлама и уменьшению скорости бурения. ю ударной мощности механизма и ограничивает область его применения.
Известно устройство для бурения станками с электровибробурами (Иванов К.И.,Латышев В. А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1987, с. 262-265), работающими на основе эффекта магнитострикции за счет наложения высокочастотной вибрации на долото, такое устройство для бурения включает буровой снаряд, амортизаторы, блоки питания, переходные муфты, каналы для прохода сжатого воздуха, пружины, заключенные в корпусе.
Недостатком устройства является значительное увеличение длины бурового снаряда, необходимость наличия кабельной секции с ртутным контактом, малые по амплитуде ударные импульсы, проходящие по буровому ставу на корпус станка, а также генерирование не оптимального по форме ударного импульса, вызывающего повышенный износ штанг и долот и наличие отраженного импульса.
Известно устройство для разрушения горных пород ударными импульсами (патент РФ № 2720041, опубл. 23.04.2020) содержащее корпус, породоразрущающий инструмент, включающий поршень с внутренней полостью, заполненной тяжелой жидкостью ударник, ударный механизм,который оснащен поршнем с подпружиненным бойком, установленным между поршнем и породоразрушающим инструментом, в котором верхний конец пружин размещен в пазах поршня с закрепленным на нижнем конце бойком.
Недостатком данного устройства является сложность настройки ударного механизма, которая связана с конструкцией ударника, его посадочные поверхности выполнены с зазорами, через которые неизбежно происходит перетечка воздуха. Пружины могут при сильных ударов выйти со строя.
Известно устройство для бурения станками с электровибробурами (Иванов К.И., Латышев В. А., Андреев В.Д. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1987, с. 164-178) принятое за прототип, включает ходовую часть, мачту, кабину машиниста. буровой став, шарошку.
Недостатком устройства является значительное увеличение длины бурового снаряда, необходимость наличия кабельной секции с ртутным контактом, малые по амплитуде ударные импульсы, проходящие по буровому ставу на корпус станка, а также генерирование не оптимального по форме ударного импульса, вызывающего повышенный износ штанг и долот и наличие отраженного импульса.
Техническим результатом является регулирование ударной мощности за счет изменения потока воздуха регулируемой заслонкой.
Технический результат достигается тем, что внутри нижней части бурового става между муфтой бурового става и муфтой шарошки установлен пневмоударник, образуя с внутренними стенками бурового става воздушные каналы, над пневмоударником в нижней части муфты бурового става горизонтально установлена подвижная заслонка, выполненная в виде двух пластин с отверстиями, установленных друг над другом и соединенных единым ободом, в центре подвижной заслонки вертикально закреплен вал привода заслонки, на котором установлены не менее двух пар направляющих упоров, а между ними закреплен червячный механизм с приводом червячного механизма, над приводом червячного механизма на внутренней стенке муфты бурового става жестко закреплен соединенный с ним кабелем блок управления заслонкой, включающий последовательно соединенные приемно-передающее устройство с аккумулятором и переключателем, при этом приемно-передающие устройства также расположены в каждой штанге бурового става и внутри вращателя бурового станка напротив отверстия для подачи воздуха в буровой став, при этом кабина машиниста имеет блок управления с монитором для беспроводного управления заслонкой путем передачи сигнала управления заслонкой через закрепленную снаружи кабины антенну, установленный на мачте ретранслятор, соединенный через отверстие для подачи воздуха с буровым ставом, приемно-передающие устройства вращателя бурового станка и бурового става на приемнопередающее устройство блока управления заслонкой..
Система поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 - общий вид устройство в разрезе;
фиг. 2 - продольный разрез ударного механизма с бойком и пружинами;
фиг. 3 - боек с пружинами и ударник в начальном положении;
фиг. 4 – разрез заслонки
фиг. 5 – заслонка в позиции открыто;
фиг. 6 – заслонка в позиции полуоткрыта;
фиг. 7 – заслонка в позиции закрыта;
фиг. 8 – опорный узел,  где:
1 – шарошка;
2 – пневмоударник;
3 – кабина;
4 – буровой став;
5 – ретранслятор;
6 – приемно-переедающее устройство;
7 – антенна;
8 – муфта;
9 – привод червячного механизма;
10 – хвостовик шарошки;
11 – поршень - ударник;
12 – воздушные каналы;
13 – блок управления с монитором;
14 – вал привода заслонки;
15 – червячный механизм;
16 – направляющие упоры;
17 – блок управления заслонкой;
18 – кабель;
19 – подвижная заслонка;
20 – обод;
21 – ходовая часть;
22 – мачта.
Система для разрушения горных пород включает породоразрушающий инструмент в качестве, которого используют шарошку 1 (фиг. 1) соединенную с возможностью съема с пневмоударником 2. В нижней части муфты 8 горизонтально установлена подвижная заслонка 19. Подвижная заслонка 19 выполнена в виде двух пластин с отверстиями, которые установлены друг над другом и соединены единым ободом 20. В центре подвижной заслонки 19   вертикально закреплен вал привода заслонки 14. На валу привода заслонки 14 установлены не менее двух пар направляющих упоров 16, а между ними  закреплен червячный механизм 15 с приводом червячного механизма  9. К внутренней стенке муфты 8 над приводом червячного механизма 9 жестко закреплен блок управления заслонкой 17, который включает последовательно соединенные приемно-переедающее устройство 6 с аккумулятором и переключателем. Блок управления заслонкой 17 через кабель 18 соединен с  приводом червячного механизма 9 заслонки 19. В муфту вставлен пневмоударник 2 с поршнем - ударником 11 и хвостовиком 10. Пневмоударник 2 установлен внутри нижнего участка бурового става 4 между муфтой 8 и муфтой шарошки 1 с хвоставиком шарошки 10.  Между пневмоударником 2 внутренними стенками нижнего участка бурового става 4 образуются воздушные каналы 12.
На ходовой части 21 установлена кабина 3, которая оснащена блоком управления с монитором 13 связанный с антенной 7 установленной снаружи на кабине 3. Ретранслятор 5 (фиг. 8) установлен снаружи на опорном узле мачты 22 и соединен через отверстие для подачи воздуха с буровым ставом 4. Верхнее приемно-передающее устройство 6 установлено внутри опорного  узла вращателя станка, напротив отверстия для подачи воздуха в буровой став 4. Другие приемно-передающие устройства 6 устанавливаются внутри каждой штанги в зависимости от их количества, которое связано с глубиной бурения.
Система работает при бурении  однородного мягкого массива следующим образом (фиг. 1) заслонка 19 закрыта,  пневмоударник 2 не работает, а воздух, обходя по воздушным каналам 12 пневмоударник 2, идет только на продувку скважины.
При бурении вертикальных скважин массивов крепких пород сложных структур, например, гранита, требуется включение пневмоударника 2 для сохранения высокой скорости бурения. Машинист передает сигнал «Открытия» с блока управления с монитором 13 через антенну 7 на ретранслятор 5, а от него на приемно-переедающее устройства 6, а далее на блок управления заслонкой 17, при этом срабатывает переключатель и подсоединяет аккумулятор, который  через кабель 18 включает  привод червячного механизма 9 подвижной заслонки 19.  После включения червячного механизма 15, приводится в движение вал привода заслонки 14, происходит открытие подвижной заслонки 19 (фиг. 5). Сжатый воздух через компрессор станка по буровому ставу 4 поступает в пневмоударник  2, при этом поршень-ударник 11 начинает наносить удары по хвостовику шарошки 10 и процесс бурения стабилизируется: увеличивается скорость бурения, нормализируется уровень вибрации, устраняется «подклинивание» шарошки в скважине,  интенсифицируется продувка скважины, устраняется «подушка» буровой мелочи на забое, происходит выравнивание поверхности забоя и т.д.  Энергия удара и частота ударов пнемоударника 2 зависит от степени открытия подвижной заслонки 19. Для уменьшения скорости бурения дается сигнал «Закрытия» или «Прикрытия» с блока управления с монитором 13 через антенну 7 на ретранслятор 5, а от него на приемно-переедающее устройства 6 и далее на блок управления заслонкой 17, при этом срабатывает переключатель и подсоединяет аккумулятор и  через кабель 18, включает  привод червячного механизма 9 подвижной заслонки 19.После включения червячного механизма 15, приводится в движение вал привода заслонки 14, происходит частичное или полное закрытие подвижной заслонки 19 (фиг. 6, 7). Струя сжатого воздуха, которая поступает через компрессор, буровой став 4 и воздушные каналы 12 в пневмоударник 2, становится меньше или при полном перекрытии её воздух отсекается от пневмоударника 2.
Управление заслонкой помогает стабилизировать скорость бурения и долговечность шарошки за счет регулирования объема воздуха через пневмоударник, улучшения условий работы шарошки и интенсификации разрушения забоя.