БУРОВОЙ СТАНОК
DRILLING MACHINE

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровым станкам, и может быть использовано для бурения шпуров и скважин различного назначения.
Известен вращательно-подающий механизм бурового станка, включающий мачту с верхней связью и направляющие, верхнюю и нижнюю поперечины с гидрозажимами для фиксации относительно направляющих мачты, траверсу с подвижным вращателем и силовые гидроцилиндры подачи, жестко связанные с верхней и нижней поперечинами (Авторское свидетельство СССР №1040105, кл. Е21В 3/02, 1983). Данное техническое решение позволяет осуществлять принудительное давление вращателя с буровым ставом на забой при помощи силовых гидроцилиндров подачи, перемещающихся вместе с поперечинами, обеспечивающими при помощи гидрозажимов возможность фиксирования последних относительно направляющих мачты в определенные моменты.
Недостаток данного технического решения заключается в сложности конструкции и низкой скорости бурения мягких пород из-за сдерживания вращателя с буровым ставом, так как штоки силовых гидроцилиндров подачи имеют постоянную жесткую кинематическую связь через поперечины с направляющими мачты станка и не обеспечивают свободной подачи. При этом отсутствие специального привода (например, канатного) для выполнения маневровых операций с вращателем во время спускоподъемных операций также увеличивает непроизводительные затраты.
Наиболее близким является буровой станок, включающий транспортную базу, мачту с направляющими и верхней связью и установленный с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты, подвижный вращатель с направляющими, размещенными параллельно продольной оси мачты, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные, подвижный и неподвижный блоки, поперечину с зажимами для фиксации относительно направляющих мачты, размещенную ниже верхней связи мачты между подвижным и неподвижным канатными блоками, силовые гидроцилиндры подачи, штоки которых взаимодействуют с поперечиной, а корпуса жестко связаны с направляющими вращателя (патент РФ №2302504, Е21В 3/00, 2007). Данное техническое решение позволяет повысить производительность бурения вертикальных скважин в грунтах с крепкими прослоями породы за счет обеспечения принудительного давления на забой в нужный момент при помощи силовых гидроцилиндров подачи и снижения времени вспомогательных операций по наращиванию очередных звеньев бурового става вследствие наличия быстрого переподъема вращателя при помощи канатно-блочной системы. Это же техническое решение обеспечивает достаточную производительность при бурении мягких грунтов и пород за счет высокой скорости свободной подачи бурового става на забой.
Недостаток этого решения заключается в низкой производительности буровых станков, особенно с высокими мачтами, при бурении наклонных скважин в перемежающихся по крепости породах, так как в этот период может иметь место фактор ожидания свободного перемещения поперечины с упорами для силовых гидроплунжеров подачи, не имеющих постоянной кинематической связи с упорами поперечины, вследствие меньшей массы поперечины с зажимами свободно перемещающейся по мачте, вслед за более тяжелым вращателем с силовыми гидроплунжерами подачи, для создания дополнительного осевого давления бурового става на забой. При этом наличие зажимов поперечины на каждой направляющей мачты в виде гидропатронов предопределяет их индивидуальный гидропривод, регулировки свободного хода зажимных плашек внутри каждого гидропатрона и т.п., что, в свою очередь, при бурении наклонных скважин может приводить к перекосам поперечины. Причем зажимы(гидропатроны), как правило, имеют захватные части(плашки) в виде секторов для монтажа на трубчатые направляющие мачт, а следовательно, применимы не на всех типах мачт буровых станков, например на мачтах с плоскими направляющими.
Заявляемое техническое решение направлено на упрощение конструкции и повышение производительности буровых станков с высокими мачтами при бурении наклонных скважин в перемежающихся по крепости породах путем обеспечения возможности оперативно создавать дополнительное давление бурового става на забой при встрече последнего с крепкими прослоями породы в процессе бурения.
Это достигается тем, что в буровом станке, включающем транспортную базу, мачту с направляющими и верхней связью и установленный с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты подвижный вращатель с направляющими, размещенными параллельно продольной оси мачты, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные, подвижный и неподвижный блоки, поперечину с зажимами для фиксации относительно направляющих мачты, размещенную ниже верхней связи мачты между подвижным и неподвижным канатными блоками, силовые гидроцилиндры подачи, штоки которых взаимодействуют с поперечиной, а корпуса жестко связаны с направляющими вращателя, зажимы на поперечине выполнены в виде рычагов, действующих в плоскости перпендикулярной продольной оси мачты и связанных между собой посредством замыкающего гидроцилиндра двустороннего действия, размещенного в той же плоскости. При этом силовые гидроцилиндры подачи выполнены в виде гидроцилиндров двустороннего действия, штоки которых жестко связаны с поперечиной, а захватные части рычагов зажимов поперечины конгруэнтны охватываемым поверхностям направляющих мачты.
На фиг.1 показан общий вид бурового станка (момент начала бурения); на фиг.2 - то же, момент встречи бурового става с крепким прослоем породы; на фиг.3 показан разрез по А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез по Б-Б на фиг.2.
Буровой станок включает транспортную базу 1, мачту 2 с направляющими 3, верхней связью 4 и установленный с возможностью осевого перемещения по направляющим 3 мачты 2 подвижный вращатель 5 с направляющими 6, размещенными параллельно продольной оси мачты 2, буровой став 7, подъемную лебедку 8, канат 9 и канатные, подвижный 10 и неподвижный 11 блоки, поперечину 12 с зажимами для фиксации относительно направляющих 3 мачты 2, размещенную ниже верхней связи 4 мачты 2 между подвижным 10 и неподвижным 11 канатными блоками, силовые гидроцилиндры подачи 13, штоки 14 которых взаимодействуют с поперечиной 12, а корпуса 15 жестко связаны с направляющими 6 вращателя 5, зажимы на поперечине 12 выполнены в виде рычагов 16, действующих в плоскости, перпендикулярной продольной оси мачты 2, и связанных между собой посредством замыкающего гидроцилиндра 17 двустороннего действия, размещенного в той же плоскости. При этом силовые гидроцилиндры подачи 13 выполнены в виде гидроцилиндров двустороннего действия, штоки 14 которых жестко связаны с поперечиной 12, а захватные части 18 рычагов 16 зажимов поперечины 12 конгруэнтны охватываемым поверхностям направляющих 3 мачты 2.
Станок работает следующим образом.
В начале бурения (фиг.1) штоки 14 силовых гидроцилиндров подачи 13 полностью втянуты, поперечина 12 размещена над вращателем 5 и находится в нерабочем положении, т.е. шток замыкающего гидроцилиндра 17 втянут, а рычаги 16 с захватными частями 18 отведены от поверхностей направляющих 3 мачты 2. Подвижный вращатель 5 совместно с поперечиной 12 при помощи подъемной лебедки 8 и каната 9 через подвижный 10 и неподвижный 11 канатные блоки поднят в крайнее верхнее положение. После установки звена бурового става 7 во вращатель 5 при неизменном положении поперечины 12 и ее рычагов 16 осуществляется свободная подача вращающегося бурового става 7 (с вращателем 5 и поперечиной 12) на забой и производится собственно процесс бурения.
При встрече крепкого прослоя породы (фиг.2) в процессе бурения (резкое снижение скорости свободной подачи става и т.п.) затормаживают подъемную лебедку 8 и вначале включают замыкающий гидроцилиндр 17, который посредством штока поворачивает рычаги 16 и захватными частями 18 фиксирует поперечину 12 относительно направляющих 3 мачты 2. Затем штоки 14 силовых гидроцилиндров подачи 13 начинают выдвигаться относительно поперечины 12 и перемещают вращатель 5 с буровым ставом 7 в сторону забоя, создавая дополнительное усилие на забой. После бурения на полную длину одного звена бурового става 7 (или на полную глубину скважины) происходит быстрое (вследствие небольших зазоров между поверхностью направляющих 3 мачты 2 и захватными частями 18 рычагов 16) втягивание штока замыкающего гидроцилиндра 17, отводящего рычаги 16 поперечины 12 от поверхностей направляющих 3 мачты 2. Затем происходит последующее силовое втягивание штоков 14 силовых гидроцилиндров подачи 13 и перевод поперечины 12 в исходное (нерабочее) положение. После чего осуществляется подъем вращателя 5 вместе с поперечиной 12 в крайнее верхнее положение. Подъем осуществляется при помощи подъемной лебедки 8, каната 9, подвижного 10 и неподвижного 11 канатных блоков. По мере достижения крайнего верхнего положения подъемная лебедка 8 затормаживается, а поперечина 12, в зависимости от принятой технологии, сложности забоя и др. факторов, может либо сразу фиксироваться при помощи рычагов 16 на направляющих 3 мачты 2, либо удерживаться тормозом (не показан) подъемной лебедки 8. После наращивания очередного звена бурового става 7 процесс бурения может возобновляется.
Предлагаемое техническое решение за счет наличия зажимов в виде рычагов, действующих в плоскости, перпендикулярной продольной оси мачты и размещения замыкающего их гидроцилиндра двустороннего действия в той же плоскости, предопределяет упрощение конструкции, т.к. отпадает необходимость дополнительных рычагов, тяг и пр. передаточных устройств, подвода индивидуального гидропривода, например к каждому из зажимов(гидропатронов). При этом наличие рычагов обуславливает возможность выполнения их захватных частей конгруэнтными охватываемым поверхностям направляющих мачт любой конструкции, что расширяет область применения данных механизмов. В конечном итоге наличие канатно-блочной системы в совокупности с выполнением силовых гидроцилиндров подачи двустороннего действия и их жесткой связью с поперечиной, обладающей возможностью быстрого фиксирования на направляющих мачты, позволяет практически исключить фактор ожидания момента перемещения поперечины до соприкосновения со штоками гидроцилиндров подачи при бурении наклонных скважин в перемежающихся по крепости породах, особенно у станков с высокими мачтами, и повысить производительность буровых работ.