УСТАНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ И СПОСОБ БОКОВОЙ УСТАНОВКИ В ЗАДАННОЕ ПОЛОЖЕНИЕ БУРИЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
INSTALLATION FOR DRILLING OF ROCK AND METHOD OF SIDE INSTALLATION IN PREDETERMINED POSITION OF DRILLING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу установки в заданное положение бурильного устройства в подземной выработке. Изобретение также относится к установке для бурения горной породы и компьютерному программному продукту, содержащему программный код для электронного блока управления, связанного с установкой для бурения горной породы для выполнения способа.
Изобретение можно отнести к промышленности, производящей горное оборудование и в общем к горнодобывающей промышленности без ограничения этим.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сегодняшняя технология бурения в горных породах в подземных выработках в некоторых случаях требует широких туннелей (горизонтальных выработок) для буровых установок и транспортных средств, содержащих бурильные устройства, для обеспечения регулировки положения вращательной оси бурильного устройства для бурения вблизи стены туннеля. Разработка широких туннелей обеспечивает установку транспортных средств под углом (образованным осевой линией транспортного средства относительно продолжения туннеля) в туннеле, и бурильное устройство при этом устанавливается вблизи стены туннеля.
Сегодняшняя технология бурения в горных породах в подземных выработках в некоторых случаях требует от оператора перемещения своей буровой установки из горизонтальной выработки где установка в данный момент располагается, в другую горизонтальную выработку над последней для получения возможности бурения вниз. Таким способом исключают работу с громоздким бурильным оборудованием. Сегодняшняя технология также обеспечивает оператору после завершения бурения в первом направлении изменение ориентации бурильного оборудования для бурения во втором направлении, при этом приходится работать с громоздкими и массивными удерживающими конструкциями. Данные удерживающие конструкции для бурильного оборудования обуславливают выполнение большого объема работы в варианте, где оператор поворачивает бурильное оборудование для бурения во втором направлении. Сегодняшняя технология таким образом обуславливают выполнение большого объема работы с бурильным устройством в узких горизонтальных выработках.
В патенте US 3 220 494 раскрыто бурильное устройство, содержащее транспортное средство, известное как ходовая часть, соединенное с бурильным оборудованием. Бурильное оборудование содержит деррик, который крепится болтами к породе в положении для бурения. Бурильное оборудование дополнительно содержит приводную головку, смонтированную между гидравлическими цилиндрами для проходки стволов скважин.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одной задачей настоящего изобретения является создание новаторского и предпочтительного способа установки в заданное положение бурильного устройства, благодаря которому пространство, например, горизонтальной выработки можно оптимально использовать.
Одной задачей изобретения является создание не громоздкой установки для бурения горной породы.
Одной задачей изобретения является получение гибкой установки для бурения горной породы.
Одной задачей настоящего изобретения является создание новаторского и предпочтительного способа установки в заданное положение бурильного устройства которое можно легко транспортировать на транспортном средстве в пространстве с хорошей маневренностью, в частности во время бурения восстающей выработки.
Одной задачей изобретения при этом является перевозка и установка с помощью транспортного средства бурильного устройства возможно ближе к стене горизонтальной выработки, не требующая отсоединения транспортного средства от бурильного устройства для правильной установки в нужное конечное положение бурильного устройства.
Другой задачей изобретения является создание новаторской и предпочтительной установки для бурения горной породы для проходки стволов скважин и предпочтительной компьютерной программы, относящейся к установке для бурения горной породы.
Еще одной задачей изобретения является создание установки для бурения горной породы, которая является экономичной по затратам времени и приемлемой по аспектам безопасности.
Еще одной задачей изобретения является создание установки для бурения горной породы, которая проста в изготовлении и которая может обеспечивать экономическую эффективность.
Еще одной задачей изобретения является создание установки для бурения горной породы и способа удобных для пользователя.
Данные задачи решаются способом установки в заданное положение бурильного устройства по п. 1 формулы изобретения.
Согласно аспекту настоящего изобретения, создан способ установки в заданное положение бурильного устройства, содержащего ось вращения, в горной выработке. Способ содержит:
- создание бурильного устройства, которое несет позиционирующее устройство, жестко соединенное с транспортным средством;
- транспортировку бурильного устройства в заданное место для бурения на транспортном средстве; и
- установку в заданное положение центра вращения бурильного устройства сбоку относительно осевой линии транспортного средства позиционирующим устройством.
Согласно аспекту настоящего изобретения создан способ установки в заданное положение бурильного устройства в горной выработке, содержащего ось вращения, при этом бурильное устройство является устройством для бурения восстающей выработки.
Способ содержит:
- создание бурильного устройства которое несет позиционирующее устройство, соединенное с транспортным средством;
- транспортировку бурильного устройства в заданное место для бурения на транспортном средстве; и
- установку в заданное положение центра вращения бурильного устройства сбоку относительно осевой линии транспортного средства позиционирующим устройством, при этом установка в заданное положение выполняется с помощью линейного перемещения и/или поворота вбок.
Ось вращения бурильного устройства предпочтительно образована осью вращения для зажимного патрона приводной головки бурильного устройства. Таким образом ось вращения образована бурильной осью бурильного устройства.
Таким путем получают гибкий способ и бурильное устройство с экономией занимаемого пространства.
Таким путем создан экономически эффективный и предпочтительный по аспекту оборудования способ. Таким способом ось вращения бурильного устройства для зажимного патрона приводной головки можно устанавливать сбоку от осевой линии носителя, здесь не требуется разработки стены горизонтальной выработки для получения пространства под концевую тележку транспортного средства.
Предпочтительно бурильное устройство выполнено для перемещения бурильной головки в двух проходящих противоположно в горизонтальной выработке скважинах после установки в заданное положение. Бурильное устройство может, например, являться так называемым устройством для бурения восстающей выработки, где проходку (приводной элемент управляет работой приводной головки, содержащей вращающийся зажимной патрон) получают на первом этапе, вдавливая с помощью зажимного патрона вращающееся буровое долото для бурения пилотной скважины и затем на втором этапе проходки в обратном направлении (приводной элемент управляет работой вращающегося зажимного патрона с помощью тягового усилия) с помощью вращения зажимным патроном головки расширителя. С применением данной определяемой на площадке работ функции деррика для вдавливания и вытягивания, где требуется только создавать обратный ход приводной головки относительно деррика для проходки буром в противоположном направлении (или после подходящей настройки деррика в любом другом направлении), не требуется отнимающий время поворот всего бурильного устройства с управлением цилиндрами и т.д. В соединении с данной функциональностью установка в заданное положение вращательной оси бурильного устройства (ось вращения зажимного патрона) относительно осевой линии транспортного средства обеспечивает экономически эффективную горную разработку.
Предпочтительно, этап установки бурильного устройства сбоку выполняется с поворотом. Подходящее позиционирующее устройство содержит поворотное средство в виде поворотного блока, соединенного смежно и снаружи переднего конца транспортного средства, при этом бурильное устройство выполнено поворачивающимся вокруг оси, проходящей в направлении поперек оси передних колес транспортного средства и поперек осевой линия CL.
Соответственно этап установки бурильного устройства сбоку выполняется с линейным перемещением с помощью линейно перемещающегося соединительного средства. Таким образом получено позиционирующее устройство, которое во время транспортировки тяжелого бурильного устройства может удерживать последнее вблизи конца транспортного средства и одновременно, при установке в заданное положение, вдавливать ось вращения (ось вращения зажимного патрона) бурильного устройства прямо сбоку от осевой линии транспортного средства и снаружи периметра транспортного средства.
Предпочтительно этап установки бурильного устройства также содержит перемещение в наклонное положение. Перемещение в наклонное положение, соответственно, содержит вращение вокруг оси, проходящей параллельный оси колес транспортного средства.
Бурильное устройство можно таким образом наклонять в транспортное положение для перемещения бурильного устройства в горизонтальной выработке, а также наклонять на произвольный угол относительно продолжения горизонтальной выработки до установки в заданное положение. Предпочтительно наклоняющее средство выполняется с возможностью обеспечивают наклон бурильного устройства в секторе плюс/минус 45 градусов вокруг оси параллельной оси колес транспортного средства и в направлении продолжения осевой линии транспортного средства. Согласно примеру варианта осуществления, обеспечивается наклон под углом плюс/минус 90 градусов к горизонтальной плоскости. Таким способом можно получать все нужные углы стволов скважин относительно продолжения горизонтальной выработки во время бурения восстающей выработки.
Соответственно этап установки бурильного устройства также содержит вертлюжное перемещение. Вертлюжное перемещение соответственно содержит поворот вокруг оси, которая в исходном положении бурильного устройства до установки в заданное положение совпадает с продолжением осевой линии.
Таким способом бурильное устройство можно поворачивать в плоскости поперечного движения. Предпочтительно вертлюжное средство выполняется с возможностью обеспечивать вертлюжное перемещение. Бурильное устройство можно с помощью вертлюжного средства легко устанавливать с наклоном (или с произвольным поворотом, если смотреть в сечении поперек продольного направления горизонтальной выработки) в пространстве горной породы или горизонтальной выработке.
Соответственно этап установки бурильного устройства содержит одно или несколько перемещений для установки в заданное положение в виде поворотов и/или линейного перемещения и/или перемещения в наклонное положение и/или вертлюжного перемещения. Предпочтительно этап установки бурильного устройства содержит по меньшей мере два перемещения для установки в заданное положение.
Предпочтительно установка в заданное положение бурильного устройства выполняется управляющим действием блока управления. Альтернативно все перемещения для установки в заданное положение выполняются одновременно управляющим действием блока управления.
Предпочтительно способ содержит этап после установки в заданное положение скрепления опорного устройства приводного элемента с бурильным устройством в указанном положении. Таким способом бурильное устройство удерживается и закрепляется в нужном положении в упор к стенам горизонтальной выработки. Соответственно бурильное устройство крепится как на верхнем конце бурильного устройства, так и на нижнем конце бурильного устройства. Крепление можно получать с помощью опорных ног, выполненных на бурильном устройстве. Данным способом получают гибкий и предпочтительный способ установки в заданное положение бурильного устройства.
Деррик имеет приводные элементы в виде, например, гидравлической системы, которая управляет перемещением приводной головки бурильного устройства в направлении, совпадающем с осью вращения зажимного патрона для бурения.
В некоторых вариантах применения бурильное устройство может отсоединяться от позиционирующего устройства и при этом от транспортного средства после установки в заданное положение. Данным способом предотвращают действие сил и вибраций, возникающих во время бурения на позиционирующем устройстве и транспортном средстве. Данное в частности является важным во время бурения восстающей выработки. Предпочтительно бурильное устройство крепится к стенам горизонтальной выработки до отсоединения от позиционирующего устройства, при этом бурильное устройство остается в положении для бурения после отсоединения.
Соответственно способ также содержит этап после установки в заданное положение проходки первого ствола скважины между первым пространством, где бурильное устройство установлено, и вторым пространством, и проходку второго ствола скважины между первым пространством и третьим пространством. Альтернативно способ содержит этап после установки в заданное положение бурильного устройства проходки по меньшей мере одного ствола скважины по меньшей мере в одном направлении. Соответственно бурение выполняется после крепления бурильного устройства в его положении для бурения.
При этом бурильное устройство предпочтительно можно применять во время бурения с расширением ствола, бурения восстающей выработки и другого бурения, где два ствола проходящие от первого пространства подлежат бурению. Два ствола не обязательно должны буриться по одной линии, возможны не нулевые углы между ними. Предпочтительно стволы заканчиваются соответственно во втором и третьем пространстве.
Способ можно соответственно выполнять с помощью управления блоком управления и компьютером, связанным с ним. Блок управления выполняется с возможностью управления оператором.
Альтернативно установка в заданное положение выполняется с помощью блока управления и блокирующих клиньев или другим блокирующим средством управляют для блокирования нужных устройств или устройств для установки в заданное положение (поперечно проходящего линейного перемещения и/или поворотного перемещения и/или перемещения в наклонное положение и/или вертлюжного перемещения).
Предпочтительно установка в заданное положение выполняется полуавтоматически или вручную.
Данные задачи также решаются определенной в преамбуле установкой для бурения горной породы с признаками по п. 6 формулы изобретения.
Согласно аспекту настоящего изобретения, создана установка для бурения горной породы, содержащая позиционирующее устройство и бурильное устройство, данное позиционирующее устройство жестко монтируется на транспортном средстве, при этом позиционирующее устройство выполняется с возможностью управляемой установки в заданное положение оси вращения бурильного устройства для проходки стволов скважин сбоку относительно осевой линии транспортного средства.
Согласно аспекту настоящего изобретения создана установка для бурения горной породы, содержащая позиционирующее устройство и бурильное устройство, при этом бурильное устройство является устройством для бурения восстающей выработки, данное позиционирующее устройство располагается на транспортном средстве, при этом позиционирующее устройство выполнено управляемым для установки в заданное положение оси вращения бурильного устройства для проходки стволов скважин сбоку относительно осевой линии транспортного средства, при этом позиционирующее устройство содержит поворотное средство и/или линейно перемещающееся соединительное средство.
Таким образом, получают экономически эффективное и совместимое с существующим оборудованием устройство. При этом ось вращения бурильного устройства, она же ось зажимного патрона приводной головки, можно устанавливать сбоку относительно осевой линии транспортного средства, что не требует разработки стены горизонтальной выработки для размещения тележки на заднем конце транспортного средства. Носителем является соответственно транспортное средство. С помощью установки бурильного устройства вблизи одной из концевых сторон транспортного средства получен прочный блок, обеспечивающий перемещение бурильного устройства в направлении поперек осевой линии, при этом бурильное устройство расположено смежно с концевой стороной. Перемещение можно выполнять в область сбоку от осевой линии или даже в область снаружи внешнего периметра транспортного средства или снаружи одного из колес или траков гусеницы. Данным способом получено универсальное транспортное средство, приспособленное к узким пространствам, например, туннелям или горизонтальным выработкам горной породы. Бурильное устройство обеспечивает ось вращения для проходки стволов скважин. Транспортное средство может проходить в относительно узких горизонтальной выработке, устанавливая в заданное положение простым и гибким способом бурильное устройство для бурения только одной скважины. Транспортное средство может также проходить в относительно узких горизонтальной выработке, устанавливая в заданное положение под требуемыми углами и бурить две или больше скважин.
Предпочтительно бурильное устройство выполняют для бурения восстающей выработки. Настоящее позиционирующее устройство можно предпочтительно применять с бурильным устройством, выполненным для бурения восстающей выработки, при этом деррик и опорное устройство приводного элемента для закрепления бурильного устройства можно устанавливать простым и экономически эффективным способом с помощью транспортного средства в горизонтальной выработке.
Соответственно позиционирующее устройство содержит поворотное средство и/или линейно перемещающееся соединительное средство. Поворотное средство может содержать поворотный блок, шарнирное соединение, болтовой шарнир, поворотный шарнир или т.п. Линейно перемещающееся соединительное средство может содержать одно или несколько направляющих средств, устройство по типу траверсы и приводные средства разных типов.
Предпочтительно позиционирующее устройство содержит наклоняющее средство и/или вертлюжное средство.
Альтернативно бурильное устройство на позиционирующем устройстве выполняется отсоединяющимся.
Соответственно позиционирующее устройство содержит блок управления, выполненный с возможностью управления осью вращения в положении сбоку от осевой линии с помощью одновременного управления по меньшей мере двумя средствами.
Таким образом получено бурильное устройство, которым можно бурить две скважины в противоположных направлениях из общего пространства экономически эффективным способом. Также получено описанное здесь бурильное устройство, которое можно применять в небольших пространствах, не требующее прижатия бурильного устройства в упор к стене горизонтальной выработки с помощью тросов и держателей деталей. Опорным устройством приводного элемента могут служить ноги системы крепления, содержащие опорные плиты, выполненные для крепления в упор к стенам пространства. Ноги системы крепления в данном случае выполнены с возможностью нести подающий элемент (например, гидравлические цилиндры, пневматические цилиндры и т.д.). Подающий элемент подает приводную головку и при этом элементы бурильной колонны, содержащие бурильный инструмент и буровое долото в направлении ствола скважины. Установка в заданное положение бурильного устройства указанного вида в таком небольшом пространстве требует большого объема работ и часто требует демонтажа различных компонентов и особого объема работ для установки в заданное положение бурильного устройства.
Согласно аспекту изобретения, требуется только относительно простое программирование блока управления для управления приведением установки в заданное положение. Блок управления обеспечивает поворот и линейное перемещение вбок и наклон бурильного устройства относительно транспортного средства. Возможно выполнение вертлюжного перемещения. Данными различными перемещениями можно управлять независимо или одновременно. Блок управления, таким образом обеспечивает установку бурильного устройства в выбранное положение, регулирует и проверяет рабочее давление, относящееся как к управлению работой бурильной колонны в направлении ствола скважины, так и вращению бурильной колонны. Бурильное устройство может управлять бурением одной или нескольких скважин, с установкой в заданное положение.
Указанные задачи также решаются с помощью транспортного средства, содержащего бурильное устройство, данное транспортное средство может являться моторным транспортным средством. Транспортное средство может являться буровой установкой, подходящей для горной разработки.
Согласно аспекту изобретения, создана компьютерная программа, относящаяся к установке для бурения горной породы, при этом компьютерная программа содержит программный код, сохраняемый на машиночитаемом носителе, для выполнения этапов способа по любому из п.п. 1-5 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает в электронном блоке управления, связанном с установкой для бурения горной породы.
Согласно аспекту изобретения, создана компьютерная программа, относящаяся к установке для бурения горной породы, при этом компьютерная программа содержит программный код для выполнения этапов способа по любому из п.п. 1-5 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает в электронном блоке управления, связанном с установкой для бурения горной породы.
Программное обеспечение, содержащее программный код, относящийся к установке для бурения горной породы, можно легко обновлять или заменять. Дополнительно, различные части программного обеспечение можно заменять независимо друг от друга. Данная модульная конфигурация является предпочтительной по эксплуатационным соображениям.
Согласно аспекту изобретения, создан компьютерный программный продукт, содержащий программный код, сохраняемый на машиночитаемом носителе для выполнения этапов способа по любому из п.п. 1-5 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает в электронном блоке управления, связанном с установкой для бурения горной породы.
Согласно аспекту изобретения создана компьютерная программа, относящаяся к установке для бурения горной породы, содержащей позиционирующее устройство и бурильное устройство, при этом позиционирующее устройство жестко устанавливается на транспортном средстве, при этом позиционирующее устройство выполнено управляемым для установки в заданное положение оси вращения бурильного устройства для проходки стволов скважин сбоку относительно осевой линии транспортного средства, при этом компьютерная программа содержит программный код, сохраняемый на машиночитаемом носителе для выполнения этапов способа по любому из п.п. 1-5 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает в электронном блоке управления, связанном с бурильным устройством.
Согласно аспекту изобретения создана компьютерная программа, относящаяся к установке бурения горной породы, содержащей позиционирующее устройство и бурильное устройство, при этом позиционирующее устройство жестко устанавливается на транспортном средстве, при этом позиционирующее устройство выполнено управляемым для установки в заданное положение оси вращения бурильного устройства для проходки стволов скважин сбоку относительно осевой линии транспортного средства, при этом компьютерная программа содержит программный код, сохраняемый на машиночитаемом носителе для выполнения этапов способа по любому из п.п. 1-5 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает в электронном блоке управления, связанном с установкой для бурения горной породы.
Согласно аспекту изобретения создана компьютерная программа, относящаяся к установке для бурения горной породы, содержащей позиционирующее устройство и бурильное устройство, при этом бурильное устройство является устройством для бурения восстающей выработки, при этом позиционирующее устройство соединяется с транспортным средством, при этом позиционирующее устройство выполнено управляемым для установки в заданное положение оси вращения бурильного устройства для проходки стволов скважин сбоку относительно осевой линии транспортного средства, при этом компьютерная программа содержит программный код, сохраняемый на машиночитаемом носителе для выполнения этапов способа по любому из п.п. 1-5 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает в электронном блоке управления, связанном с бурильным устройством.
Согласно аспекту изобретения, создан компьютерный программный продукт, содержащий программный код, сохраняемый на машиночитаемом носителе, для выполнения этапов способа по любому из п.п. 1-5 формулы изобретения, когда компьютерная программа работает в электронном блоке управления, связанном с установкой для бурения горной породы.
Другие задачи, преимущества и новые признаки настоящего изобретения должны стать понятны специалисту в данной области техники из следующих технических признаков и во время практической реализации изобретения. Хотя изобретение описано в следующей формуле изобретения, следует отметить что изобретение не ограничивается данными признаками, дополнительные варианты осуществления и комбинации описанных вариантов осуществления являются возможными. Например, бурильное устройство по существу может содержать дистанционно управляемое транспортное средство, транспортирующее оборудование к назначенному месту работ. Транспортное средство может выполняться для автономного управления. Например, канал связи может являться физической линией, такой как оптоэлектронная линия связи, или не физической линией, такой как беспроводное соединение, например, каналом радиосвязи или микроволновой связи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для понимания настоящего изобретения, его дополнительных задач и преимуществ ниже приведено подробное описание с прилагаемыми схематичными чертежами, где аналогичные позиции принадлежат аналогичным частям на разных фигурах, на чертежах показано следующее.
На фиг.1 показано транспортное средство, несущее бурильное устройство согласно варианту осуществления изобретения.
На фиг.2 показано транспортное средство фиг. 1 во время установки в заданное положение бурильного устройства.
На фиг.3a-3c показано средство бокового перемещения согласно варианту осуществления.
На фиг.4 показано средство бокового перемещения, содержащее два поворотных круга согласно аспекту изобретения.
На фиг.5 показано аспект изобретения в сравнении с известным бурильным устройством.
На фиг.6 показан вариант осуществления для установки в заданное положение, функционирующий, как вертлюг.
На фиг.7a-7d показан аспект изобретения для установки в заданное положение деррика для бурения восстающей выработки.
На фиг.8a и 8b показаны дополнительные аспекты изобретения.
На фиг.9a и 9b показан дополнительный аспект изобретения.
На фиг.10a и 10b показана блок-схема последовательности этапов способов согласно аспекту изобретения.
На фиг.11 показан блок управления согласно варианту осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Детали не существенные для изобретения исключены в чертежах для ясности последних. Соответствующие детали на разных фигурах могут быть показаны отличающимися ссылочными позициями.
На фиг.1 показано транспортное средство 1. Показанное в качестве примера транспортное средство 1 согласно одному варианту осуществления является буровой установкой 3 для горных разработок. Транспортное средство 1 является автотранспортным средством на четырех колесах 5 и оборудовано бурильным устройством 7, которое может выполнять по меньшей мере одну скважину восстающей выработки (не показано) из одного положения бурильного устройства 7. Бурильное устройство 7, показано на фиг. 1 в транспортном положении для перемещения на позицию бурения из пространства 9.
На фиг.2 показано транспортное средство 1 фиг. 1 во время установки в заданное положение бурильного устройства 7. Транспортное средство 1 несет бурильное устройство 7 смежно или вблизи передней части 11 транспортного средства 1. Данное выполняется для уменьшения длины рычага между парой передних колес 5 транспортного средства 1 и бурильным устройством 7. Данное также выполняется для получения компактного блока. Бурильное устройство 7 установлено в заданное положение между двумя участками 8 стен пространства 9, при этом наращивание бурильного устройства 7 ориентируется в направлении скважины, подлежащей бурению. Транспортным средством 1 согласно данному варианту осуществления управляет оператор (не показано) с помощью первого блока 100 управления. Линия связи между бурильным устройством 7 и блоком 100 управления показана ссылочной позицией L100. Второй блок 110 управления выполнен для поддержания связи с первым блоком 100 управления и является внешним блоком управления, применяемым для загрузки программного обеспечения в первый блок 100 управления через линию L110, которая является частью внутренний сети в транспортном средстве 1.
Оператор управляет четырьмя опорными ногами 13 (только две показаны) для крепления в упор к (способом, показанным, например, на фиг.7d) в секцию 8 стены. Подающий элемент 15, например, в виде двух гидравлических цилиндров 17 двустороннего действия, неподвижно скреплен с опорными ногами 13 и между данными гидравлическими цилиндрами 17 расположен приводной блок 19, содержащий двигатель и зубчатый редуктор, также установлен в шарнире зажимной патрон, оборудованный на приводной головке (не показано). Оператор приводит бурильное устройство 7 в первое положение, при этом зажимной патрон поворачивается в положение для бурения первого ствола скважины, и блок 100 управления обеспечивает блокирование приводного блока 19. Первый бурильный инструмент (см. фиг.7d) сцепляется с зажимным патроном на одном конце, его другой конец снабжен буровым долотом. Установка бурильного инструмента выполняется оператором с помощью блока 100 управления.
Блок 100 управления затем обеспечивает при выполнении мониторинга оператором приведение в действие бурового долота и непрерывную проверку гидравлического давления, как подаваемого в гидравлические цилиндры 17, так и приводящего во вращение двигательный блок 19 для вращения бурового долота. Блок 100 управления управляет работой бурильного устройства 7 с помощью управляющих сигналов, передаваемых по каналу L100. Второй бурильный инструмент (не показано) соединяется с первым бурильным инструментом, и следующие бурильные инструменты присоединяются по мере выполнения буровым долотом проходки горной породы.
Блок 100 управления обеспечивает установку в заданное положение бурильного устройства 7 сбоку от осевой линии CL транспортного средства (как показано в качестве примера на фиг. 3c) или по меньшей мере сбоку от продолжения осевой линии CL смежно с передней концевой частью 11 транспортного средства. Управление содержит транспортировку бурильного устройства 7 в назначенное место бурения с помощью транспортного средства 1 и установку в заданное положение бурильного устройства 7 сбоку заданной транспортным средством 1 осевой линии CL с помощью позиционирующего устройства 21, соединенного с транспортным средством 1.
На фиг.3a-3c показан аспект изобретения, где установка в заданное положение бурильного устройства 7 относительно осевой линии CL транспортного средства 1 выполняется с помощью смещения поворотного средства в виде поворотного блока 23 вдоль линейной двутавровой балки 25, выполненной из стали, которая проходит поперек осевой линии CL транспортного средства 1, и на которой расположена с возможностью скольжения каретка 27 с кабельным управлением. Поворотный блок 23 также обеспечивает поворот бурильного устройства 7 дополнительно вбок относительно осевой линии CL транспортного средства 1. Данное положение бурильного устройства 7 относительно транспортного средства 1 получается с удовлетворительной степенью свободы вследствие соединения поворота и линейного перемещения. Каретка 27, оборудованная на линейной двутавровой балке 25, перемещается перпендикулярно осевой линии CL. Ось 29 вращения зажимного патрона бурильного устройства 7 при этом устанавливается сбоку относительно транспортного средства 1.
На фиг.4 схематично показано позиционирующее устройство 31 согласно аспекту изобретения. Транспортное средство 1 снабжено жестко соединенным каркасом 35 соединительного элемента 37. Соединительный элемент 37 содержит две балки 39, при этом одна является винтовой балкой с которой входит в зацепление вращающийся приводной ротор 41. Приводной ротор 41 установлен в коробке 43 и соединен с гидравлическим двигателем 45 для перемещения коробки 43 линейно вдоль винтовой балки 39, когда двигатель приводится в действие. Согласно примеру, позиционирующее устройство 31 может содержать по меньшей мере один телескопический цилиндр. Вторая балка 39 оборудована для управления. Двигатель 45 соединен с блоком 100 управления. Поворотное средство установлено на коробке 43, данное поворотное средство может иметь вид поворотного блока 39'. Поворотный блок 39' содержит два поворотных круга 47 для несения устройства 49. Поворотный блок 39' может содержать нужное число поворотных кругов 47. Устройство 49 выполнено с возможностью поворота на оси 51 поворота двумя гидравлическими двигателями 53 с зубчатыми венцами. Устройство 49 дополнительно снабжено двумя отверстиями 55 для установки бурильного устройства 7 (не показано) с помощью конических болтов (не показано).
На фиг.5 показан аспект изобретения в сравнении с известным бурильным устройством, которое показано схематично пунктирной линией транспортного средства 1 с бурильным устройством 7', известной технологии. Понятно, что показанный вариант осуществления изобретения лучше подходит для узких пространств 9. Отмечается, что теперь возможно расположение в узких пространствах, например, узких горизонтальных выработках, бурильного устройства с осью вращения для зажимного патрона (не показано) установленной вблизи стены пространства 9. В случае применения известной технологии требуется разработка более широких горизонтальных выработок для установки под углом к оси транспортного средства 1, для достижения аналогичного положения вблизи стены пространства 9. Данное дорого обходится предпринимателям в горных разработках, в частности когда требуется бурение восстающей выработки.
На фиг.6 схематично показан вариант осуществления изобретения, полученный с помощью позиционирующего устройства и содержащий вертлюжное перемещение. Транспортное средство образован платформой 2, содержащей шарнирно выполненный роботизированный манипулятор 57, который создает вертлюжное средство в виде вертлюжного соединения 59, соединенного с поворотным средством в виде поворотного блока 23'. Вертлюжное перемещение получают с помощью гидравлического двигателя (не показано), входящего в зацепление с шестернями, приводящими в действие вертлюжное соединение 59 для поворота вокруг оси параллельной осевой линии несущего элемента. Гидравлические цилиндры 61 оборудованы на разных соединениях для получения поворота поворотного блока 23' и наклоняющего средства в виде качающегося соединения 63.
На фиг.7a-7d схематично показан аспект изобретения для установки в заданное положение бурильного устройства 7, содержащего деррик 65. На фиг. 7a показано, как транспортному средству 1 придается функция установки в заданное положение для установки сбоку бурильного устройства 7 одним только поворотом поворотного средства в виде шарнирного соединения 67. Сектор поворота составляет плюс/минус 110 градусов от осевой линии CL транспортного средства. На фиг. 7b показано, как бурильное устройство 7 устанавливается сбоку транспортного средства 1 так, что ось 29 вращения расположена сбоку продолжения осевой линии CL и также снаружи от габаритной линии L, определенной поперечным габаритом транспортного средства 1. Бурильное устройство 7 также наклоняется с помощью наклоняющего средства 63' для размещения в сечении горизонтальной выработки. На фиг.7c показано бурильное устройство 7 отсоединенное от транспортного средства 1 после установки в заданное положение. На фиг. 7d опорные ноги 13 бурильного устройства закреплены в упор к стене горизонтальной выработки, показанной в виде сечения. Вследствие наклона бурильное устройство 7 установлено наклонным в горизонтальной выработке. С помощью пунктирной линии показана передняя часть транспортного средства 1. Опорные ноги 13 несут и закрепляют приводные цилиндры 17', которые оборудованы для перемещения приводной головки 19' в двух направлениях. Приводная головка 19' выполнена поворачивающейся вокруг оси А, проходящей поперек направления перемещения подающих цилиндров 17'. Бурильная колонна 69, содержащая буровое долото 71, выполнена сцепленной с зажимным патроном приводной головки 19'.
На фиг.8a-8b схематично показаны дополнительные аспекты изобретения. На фиг.8a показано сбоку транспортное средство 1, содержащее бурильное устройство 7, которое может устанавливаться сбоку и наклоняться на плюс/минус 30 градусов. Вследствие данной весьма значительной степени свободы в отношении наклона бурение можно выполнять под всеми углами относительно горизонтальной выработки 9'. Опору 73 можно опускать или поднимать в массивной части поворотного блока 23". Опора 73 несет бурильное устройство 7 во время бурения. На фиг.8b показано бурильное устройство 7, установленное в нише N боковой стены горизонтальной выработки. Оборудование бурильного устройства 7 получено с помощью позиционирующего устройства, показанного на фиг 6.
На фиг. 3a-3c, 5 и 9 представлено транспортное средство 1 с устанавливаемым сбоку бурильным устройством 7 согласно аспекту изобретения. Транспортное средство снабжено перемещающейся в боковом направлении и поворотной осью 29 вращения бурильного устройства 7, которая выполнена так, что может устанавливаться сбоку от осевой линии CL транспортного средства 1. Установку в заданное положение проводит оператор. Оператор управляет работой компьютера, имеющего дисплей (не показано), соединенного с блоком 100 управления. Установка в заданное положение выполняется полуавтоматически.
Следует отметить что ось 29 вращения бурильного устройства 7 можно устанавливать на осевой линии CL транспортного средства 1 согласно аспекту изобретения.
Термин "установка в заданное положение сбоку от осевой линии CL транспортного средства 1" в данном документе означает "установку в заданное положение на расстоянии от осевой линии CL транспортного средства 1". Например, справа или слева от осевой линии CL.
На фиг.9a-9b схематично показан дополнительный аспект изобретения в его наиболее простой форме. На фиг.9a показано, как транспортное средство 1 в узкой горизонтальной выработке транспортирует бурильное устройство 7. Транспортное средство 1 имеет осевую линию CL, которая пересекает транспортное средство 1 по центру и считается продольно ориентированной. Осевая линия CL, таким образом, проходит в направлении перемещения транспортного средства 1. На фиг.9b показано транспортное средство 1, остановленное для установки бурильного устройства в заданное положении. Бурильное устройство 7 имеет ось 29 вращения для бурильного зажимного патрона (не показано). Ось 29 вращения устанавливается с помощью блока 100 управления сбоку, если смотреть в направлении перемещения транспортного средства 1. То есть, бурильное устройство устанавливается и располагается сбоку справа от транспортного средства если смотреть в направлении перемещения F транспортного средства, показанного на фиг. 9a.
На фиг.10a и 10b показана блок-схема последовательности этапов способов согласно различным аспектам изобретения. На фиг.10a показан способ установки 300 в заданное положение бурильного устройства 7. Бурильное устройство 7 может являться устройством бурения восстающей выработки. В способе создается бурильное устройство 7, его несет позиционирующее устройство 21, соединенное с носителем 1. Транспортного средства, например, шахтное транспортное средство, транспортирует бурильное устройство 7 на место, назначенное для бурения. Этап 300 содержит создание бурильного устройства 7, которое несет позиционирующее устройство, 21 соединенное с носителем 1, для транспортировки бурильного устройства 7 на место назначения для бурения с помощью несущего элемента 1, и позиционирования оси 29 вращения зажимного патрона бурильного устройства 7 на расстоянии относительно осевой линии CL несущего элемента 1, создаваемого с помощью позиционирующего устройства 21, соединенного с носителем 1.
На фиг.10b показан способ, в котором в блоке 400 транспортное средство 1 транспортирует бурильное устройство 7. Бурильное устройство 7 может являться устройством для бурения восстающей выработки. Затем в блоке 401 транспортное средство 1 останавливается на месте назначения. Бурильное устройство 7 в блоке 403 линейно смещается вбок. Затем бурильное устройство 7 в блоке 404 поворачивается в таком направлении, что ось 29 вращения для бурения бурильного устройства 7 устанавливается дополнительно вбок и также в направлении назад если смотреть в направлении предшествующего перемещения транспортного средства 1. Здесь также может выполняться наклон и/или вертлюжное перемещение бурильного устройства 7, если необходимо. Затем бурильное устройство 7 закрепляют в упор к горной породе, которую следует разрабатывать и в блоке 406 выполняется бурение. Когда бурение выполнено, бурильное устройство 7 в блоке 407 возвращается обратно в исходное положение на осевой линии CL транспортного средства 1.
На фиг.11 показан блок 100 управления согласно варианту осуществления изобретения. Двигательные блоки средства бокового позиционирования согласно данному варианту осуществления являются интегрированными блоками для управления работой средства бокового позиционирования. Двигательные блоки содержат каждый червячную передачу, которая в свою очередь функционально соединена с соответствующим средством бокового позиционирования. На фиг. 11 показана схема варианта осуществления блока 500. Блоки управления 100 и 110, показанные на фиг.2 представляют собой блок 500 согласно данному варианту осуществления. Блок 500 содержит энергонезависимое запоминающее устройство 501, блок 502 обработки данных и оперативное запоминающее устройство 503. Энергонезависимое запоминающее устройство 501 создает первый участок 504 запоминающего устройства, в котором компьютерная программа, например, операционная система, сохраняется для управления функциями блока. Дополнительно блок содержит шинный контроллер, порт последовательной связи, блок ввода-вывода, аналого-цифровой преобразователь, блок ввода и передачи времени и даты, счетчик событий и контроллер прерываний (не показано). Энергонезависимое запоминающее устройство 501 также имеет второй участок 505 запоминающего устройства.
Создается компьютерная программа P, содержащая стандартные программы для обеспечения бокового позиционирования и установки в заданное положение согласно варианту осуществления. Программа P содержит стандартные программы для установки в заданное положение средством бокового позиционирования, перемещающего и поворачивающего бурильное устройство 7 вбок. Программа P дополнительно содержит стандартные программы для наклона бурильного устройства 7 и бурения. Программа P в данном варианте осуществления сохраняется в виде выполнимой программы или в виде сжатой программы в запоминающем устройстве и/или в оперативном запоминающем устройстве.
Когда описывается, что блок 502 обработки данных выполняет конкретную функцию, понятно, что блок 502 обработки данных выполняет конкретную часть программы P, которая сохраняется в запоминающем устройстве 506, или некоторую часть программы P, которая сохраняется в оперативном запоминающем устройстве 503. Блок 500 обработки данных может поддерживать связь с портом 507 передачи данных через шину 508 передачи данных. Энергонезависимое запоминающее устройство 501 выполнено для поддержания связи с блоком 502 обработки данных через шину 510 передачи данных. Отдельное запоминающее устройство 506 выполнено с возможностью поддержания связи с блоком 502 обработки данных через шину 511 передачи данных. Оперативное запоминающее устройство 503 также выполнено с возможностью поддержания связи с блоком обработки данных через шину 512 передачи данных. С портом 507 передачи данных могут, например, могут, например, соединяться каналы L100 и L110 (см. фиг.2).
Когда данные принимаются на порт передачи данных, они временно сохраняются во втором участке 505. Когда принятые входные данные временно сохранены, блок 502 обработки данных готовится к выполнению программы способом, описанным выше. Согласно одному варианту осуществления сигналы, принятые на порт передачи данных, содержат информацию по текущему положению бурильного устройства 7 относительно осевой линии CL транспортного средства и относительно определенного положения для бурения.
Согласно варианту осуществления сигналы, принимаемые на порт 507 передачи данных, содержат информацию о завершенном позиционировании бурильного устройства 7. Информацию можно получать с помощью подходящих датчиков или вводить вручную в первый блок управления с помощью сенсорного экрана (не показано). Принятые на порт передачи данных сигналы могут применяться блоком для управления и коррекции установки в заданное положение бурильного устройства 7 в зависимости от полученных текущих данных измерений, относящихся к текущему положению бурильного устройства 7 относительно положения для бурения. Части способов, показанные в данном документе, выполняются блоком управления с помощью блока 502 обработки данных, выполняющего программу, сохраняемую в запоминающем устройстве или в оперативном запоминающем устройстве, и когда блок управления выполняет программы, исполняются способы.
Изобретение определяется приведенной ниже формулой изобретения. Следует отметить что изобретение не ограничено признаками в формуле изобретения, но дополнительные варианты осуществления и комбинации описанных вариантов осуществления являются возможными. Например, бурильное устройство может содержать дистанционно управляемое транспортное средство, перемещающее оборудование на место назначения. Транспортное средство может выполняться с автономным управлением. Например, канал связи может являться физической линией, такой как оптоэлектронная линия связи, или не физической линией, такой как беспроводное соединение, например, радио или микроволновой канал связи. Бурение может являться бурением восстающей выработки или другим бурением, где выполняется соединение пространства с двумя другими пространствами и пространства расположены в одной плоскости, горизонтально, вертикально, или промежуточно. Осевая линия транспортного средства здесь определяется, как воображаемая линия, проходящая по центру через транспортное средство, которая продолжается по пути продвижения транспортного средства, и которая относится к основному направлению перемещения транспортного средства.
В данном документе осевая линия определяется, как воображаемая линия, проходящая по участку впереди и сзади транспортного средства, например, от 3 до 7 метров от транспортного средства. Осевая линия определяется, как воображаемая ось симметрии, проходящая в продольном направлении и/или направлении перемещения транспортного средства.
Средство линейного позиционирования может содержать одно или несколько направляющих средств, устройство по типу траверсы и привод, например, привод с электрическим, пневматическим и/или гидравлическим двигателем с червячной передачей, зубчатым редуктором, средством с ремнями и шкивами или другое подходящее средство.
Поворотное средство может кроме поворотного блока содержать поворотный элемент любого другого вида, например, болтовой шарнир, двухстворчатую торцевую петлю или другое.
Аспект изобретения относится к так называемому бурению восстающей выработки. Бурение восстающей выработки часто применяется для проходки стволов, таких как стволы шахт и/или стволов, пройденных снизу между первым, вторым и третьим пространством. С помощью бурения восстающей выработки пространства на разных уровнях или горизонтально лежащие пространства в горной разработке можно соединять для создания связи, с помощью которой можно, например, устроить вентиляцию, транспорт или подъем материалов. Обычно вначале бурится пилотная скважина в первом направлении от бурильного устройства. Часто требуемое высокое давление подачи можно получить с помощью деррика, связанного с бурильным устройством с прикреплением, например, ногами системы крепления, которые давят на опорные плиты (прижимные плиты) на противоположных стенах первого пространства. Гидравлические цилиндры двустороннего действия приводятся в движение, толкая приводную головку в первом направлении для действия на бурильную колонну с буровым долотом, расположенным на дальнем конце. Таким образом получают осевую нагрузку на буровое долото в первом направлении. Когда буровое долото достигает второго пространства и выходит в него, буровое долото заменяют головкой расширителя, и бурильная колонна вытягивается с помощью гидравлических цилиндров двустороннего действия в противоположном направлении, и тяговое усилие передается на головку расширителя, которая прорабатывает скважину до окончательного диаметра. Бурильная колонна может состоять из звеньев бурильного инструмента, бурильных штанг, бурильных труб и т.д., которые наращиваются или удаляются в зависимости от направления подачи.
Альтернативно, бурильное устройство согласно аспекту изобретения может дистанционно управляться, при этом оператор на расстоянии от бурильного устройства, например, от земной поверхности, может управлять способом изобретения. Согласно другой альтернативе бурильное устройство может представлять собой дистанционно управляемое транспортное средство, оборудованное бурильным устройством, при этом оператор дистанционно управляет перемещением транспортного средства на место, назначенного для бурения, выполняет бурение и затем возврат. Согласно другой альтернативе, бурильное устройство, содержит автономный носитель, при этом от оператора требуется только запустить исполнение способа, и процесс продолжается автоматически до завершения.