БУРОВОЙ СТАНОК
DRILLING RIG

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровой технике, и может найти применение в конструкции станков для бурения скважин ударно-вращательным способом в подземных условиях.
Известен буровой станок для ударно-вращательного бурения скважин в подземных условиях [1], содержащий распорно-поворотный механизм, лебедку для установки станка на ось бурения, механизм подачи, вращатель (задний патрон) с кулачковым клиновым зажимным патроном, штангодержатель (передний патрон), выполненный в виде кулачкового зажимного патрона, установленного на раме станка, а также буровой инструмент в виде погружного пневмоударника и буровой коронки.
Существенным недостатком данного бурового станка является жесткая кинематическая связь резьбового шпинделя в патроне станка с помощью шлицевого соединения. Данная связь делает патрон не проходным для буровых штанг, что сокращает его область применения и, кроме того, шлицевое соединение, являясь достаточно точным соединением, не защищено от воздействия бурового шлама, вследствие чего оно быстро выходит из строя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является буровой станок для ударно-вращательного бурения скважин в подземных условиях [2], содержащий распорную колонку, лебедку для монтажа станка и установки его на ось бурения, установленный на распорной колонке передний кулачковый клиновой зажимной патрон (редуктор с пневмозахватом) с размещенным на нем пультом управления и задний кулачковый клиновой зажимной патрон (подающий), установленный на направляющих и связанный с механизмом подачи, а также буровой инструмент в виде погружного пневмоударника и коронки.
Недостатком этого бурового станка является то, что передний патрон, не являясь проходным для используемого пневмоударника и коронки, установлен на распорной колонке неподвижным, при этом буровой инструмент присоединяется к буровым штангам, находясь за пределами габаритов бурового станка. Это значительно увеличивает размеры горных выработок, необходимых для ведения буровых работ подобными станками, и приводит в связи с этим к значительному удорожанию горнопроходческих работ. Кроме того, подводящая сжатый воздух муфта привинчивается непосредственно к вращающейся штанге и также находится за габаритами станка, что очень травмоопасно, особенно при возможной заклинке муфты и намотке при этом подводящего шланга непосредственно на штангу. Во избежание травмоопасности конструкция станка имеет в своем составе защитный кожух, что усложняет конструкцию и делает ее не совсем удобной в эксплуатации. Существенным недостатком данной конструкции является также необходимость применения пульта управления (для обеспечения во время бурения подачи буровых штанг методом перехвата), установленного исключительно непосредственно на переднем патроне станка, т.к. персонал при управлении находится в самом травмоопасном и самом загрязненном месте.
Технической задачей предлагаемого изобретения является исключение указанных недостатков путем применения в конструкции бурового станка переднего патрона, подвижного в осевом направлении, имеющего съемное фиксирующее устройство, контактирующее с рамой бурового станка, а также устройство соединения его с задним патроном, причем задний патрон также имеет устройство для соединения с передним патроном и, кроме того, резьбовой шпиндель его выполнен съемным и фиксируется в патроне с помощью кулачков, а подводящая муфта, установленная на шпинделе, выполнена с возможностью фиксации на корпусе патрона.
Поставленная задача достигается тем, что патроны бурового станка снабжены прижимными пластинами с отверстиями, причем отверстия на прижимных пластинах при соединении патронов совмещены, а само соединение зафиксировано крепежными элементами, установленными в совмещенные отверстия, и на переднем патроне установлены съемные фиксаторы с возможностью контакта с рамой станка, а шпиндель заднего патрона выполнен съемным с возможностью фиксации его кулачками, причем подводящая муфта, установленная на шпинделе, фиксируется на корпусе заднего патрона.
Указанная совокупность признаков позволяет соединять патроны между собой и смещать в соединенном положении с помощью механизма подачи в начальное положение, необходимое для свинчивания резьбы шпинделя заднего патрона, с буровой штангой и с буровым инструментом, при этом продольные габариты бурового станка являются предельно минимальными, а следовательно, и габариты горной выработки для такой конструкции станка требуются минимальными. Кроме того, фиксация подводящей муфты на корпусе заднего патрона исключает захлест рукава, подводящего сжатый воздух, при заклинке муфты, а выполнение шпинделя заднего патрона съемным делает патрон проходным и позволяет производить операции по развинчиванию бурового снаряда за счет фиксации буровых штанг кулачками патрона в любом положении патрона относительно рамы станка. Существенным преимуществом также является то, что такая конструкция станка позволяет полностью механизировать процесс развинчивания буровых штанг, причем выполнение операций как по развинчиванию, так и по самому бурению осуществляется с дистанцинного пульта управления, что значительно снижает степень травмоопасности и улучшает санитарно-гигиенические условия на рабочем месте.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного конструктивного исполнения и чертежами, где: на фиг.1 показан буровой станок во время бурения (вид сбоку); на фиг.2 показано сечение А-А по фиг.1; на фиг.3 показано конечное положение заднего патрона на раме бурового станка в момент его соединения с передним патроном; на фиг.4 показано начальное положение соединенных патронов с привинченными к шпинделю буровой штангой и пневмоударником с коронкой; на фиг.5 показано одно из возможных положений заднего патрона относительно рамы бурового станка при развинчивании буровых штанг.
Буровой станок (фиг.1) включает распорно-поворотный механизм 1, лебедку 2 для установки станка на ось бурения, механизм подачи 3, задний патрон 4, передний патрон 5, дистанционный пульт управления 6, буровой инструмент (погружной пневмоударник с коронкой) 7 и буровые штанги 14. Передний патрон снабжен съемными фиксаторами 8, закрепленными на прижимных пластинах 9 с помощью болтов и гаек 10. Задний патрон также имеет ответные прижимные пластины 11 с отверстиями 12, совмещающимися с отверстиями 13 в прижимных пластинах 9 переднего патрона при установке последнего в положение начала бурения или замены бурового инструмента. Съемные фиксаторы, установленные на переднем патроне, контактируют с пазами 15 на раме бурового станка (фиг.3) и таким образом фиксируют его на раме.
Задний патрон (фиг.2) имеет в своем составе съемный резьбовой шпиндель 16, фиксирующийся кулачками 17 патрона, а подводящая муфта 18 зафиксирована с помощью стакана 19 и кронштейна 20 на корпусе патрона. Вращение шпинделя патрона осуществляется с помощью привода 21.
Бурение скважин станком в подземных условиях осуществляется следующим образом. Станок доставляется в горную выработку и монтируется в ней (фиг.1). Работает он следующим образом.
Перед началом бурения задний патрон 4 (фиг.3) из исходного положения с помощью механизма подачи 3 перемещается по раме к переднему патрону 5, при этом отверстия в прижимных пластинах 11 и 9 заднего и переднего патронов совмещаются. Фиксаторы 8 демонтируются с переднего патрона 5, а крепеж 10 в виде болтов и гаек, крепивший фиксаторы 8, устанавливается в совмещенные отверстия 11 и 9 прижимных пластин. Таким образом, патроны соединяются, а сам передний патрон перестает фиксироваться на раме бурового станка. В соединенном положении патроны отводятся в начальное положение (фиг.4), в котором к резьбе на шпинделе переднего патрона привинчивается буровая штанга 14 и буровой инструмент 7 (пневмоударник с коронкой). После этого осуществляется бурение на длину буровой штанги, при этом соединенные патроны перемещаются в положение, показанное на фиг.3. В этом конечном положении патроны рассоединяются, а с помощью демонтированного при рассоединении крепежа на передний патрон 5 устанавливаются фиксаторы 8, контактирующие с пазами 15, выполненными на раме. При этом передний патрон 5 получается зафиксированным относительно рамы бурового станка, и можно произвести удержание буровой штанги 14 в переднем патроне 5 и отвинчивание шпинделя 16 заднего патрона от буровой штанги. После чего задний патрон 4 с помощью механизма подачи 3 отводится в начальное положение, наращивается следующая буровая штанга и производится бурение на длину следующей штанги.
Циклы наращивания штанг и бурения на их длину выполняются до достижения проектной глубины скважины, после чего производится развинчивание буровых штанг и извлечение бурового инструмента из скважины в следующем порядке.
Задний патрон 4 с привинченной к шпинделю 16 штангой, механизмом подачи 3 отводится от переднего патрона 5 и устанавливается на расстоянии от переднего патрона 5, обеспечивающем последующий захват кулачками 17 заднего патрона 4 последней штанги. После этого последняя штанга фиксируется в переднем патроне 5. Реверсируя привод заднего патрона 4, отвинчиваем шпиндель 16 от последней штанги. Разжимаем кулачки 17 заднего патрона и, совершая осевое движение влево, демонтируем шпиндель 16, при этом стакан 19 подводящей муфты 18 снимается с кронштейна 20 и происходит расфиксация подводящей муфты 18 относительно корпуса заднего патрона 4. Производим подачу заднего патрона 4 вперед, фиксируем его кулачками 17 последнюю штангу, разжимаем кулачки переднего патрона 5 и отводим задний патрон 4 с зафиксированной в нем штангой от переднего, при этом резьбовой стык 22 этих двух последних штанг должен быть на расстоянии от переднего патрона 5, обеспечивающем последующий захват кулачками заднего патрона 4 предпоследней штанги 23 (фиг.5). Производим фиксацию бурового става (штанга 23) в переднем патроне 5. Включаем реверс вращения, производим срыв натяга в резьбовом соединении 22 и развинчивание резьбы на 1...3 оборота. Раскрываем кулачки 17 заднего патрона 4, включаем подачу вперед и в правом крайнем положении переднего патрона 5 производим им фиксацию штанги 23, при этом штанга 14 оказывается вне заднего патрона 4, оставаясь свинченной со штангой 23 несколькими витками. Вручную без усилий отвинчиваем штангу 14 и снимаем ее со станка.
Выполняем следующий цикл развинчивания буровых штанг и так до полного развинчивания бурового става, после чего производится операция по извлечению бурового инструмента.
На самом конечном этапе извлечения бурового инструмента опять выполняется операция соединения патронов, демонтирование фиксаторов 8 (фиг.3) и отвод соединенных патронов в начальное положение (фиг.4), после чего можно демонтировать пневмоударник и коронку с бурового станка и произвести демонтаж самого бурового станка в горной выработке.
Управление процессом наращивания буровых штанг, бурения и демонтажа буровых штанг осуществляется с дистанционного пульта управления.
Использование предложенных технических решений в конструкции бурового станка позволяет механизировать процесс замены бурового инструмента, улучшить санитарно-гигиенические условия на рабочем месте, а сам буровой станок по сравнению с известными конструкциями буровых станков аналогичного назначения имеет минимальный продольный габарит и может применяться в минимально возможных сечениях горных выработок, что сокращает затраты на горнопроходческие работы.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №825894, Е21С 1/10 от 20.01.1978.
2. Техника бурения при разработке полезных ископаемых. - 3-е изд., перераб. и доп., Иванов К.И. и др. - Москва, Недра, 1987 г., стр.135, рис.5.1.