СТАНОК ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН И ШПУРОВ
WELL AND BORE PIT DRILLING MACHINE

Изобретение относится к области шахтной буровой техники и может быть использовано для бурения скважин и шпуров различного назначения на подземных горных выработках.
Известен буровой агрегат АБШ-1 (см. в книге - Соловьянов Л.Н., Макашов Л.Н., Кучер Я.А. «Буровые машины для металлических рудников». М.: Недра, 1964, с.137-143, рис.82-85), который содержит гусеничный ход, расположенную на нем раму, гидропривод и коробку скоростей, установленные на раме; вращатель бурового инструмента и распорную колонку. Вращатель содержит шпиндель с двумя зажимными патронами: подвижным и неподвижным. Подвижный патрон передает на буровую штангу крутящий момент и усилие подачи, а неподвижный - служит для удержания бурового става при перехватах подвижного патрона. На вращателе установлена траверса, в которой закреплены две цилиндрические направляющие и штоки двух гидроцилиндров подачи бурового инструмента. Агрегат АБШ-1 предназначен для бурения вертикального кругового веера скважин и имеет большие габаритные размеры и массу, которые исключают возможность его использования в подземных выработках с ограниченным пространством.
Известен также буровой станок СБГ-200 (см. в книге - «Машины и инструмент для бурения скважин в угольных шахтах» Сафохин М.С., Катанов Б.А. и др. М.: Недра, 1972, с.31-34, рис.16, 17), который содержит вращатель в составе: гидродвигатель, зубчатый редуктор, шлицевой вал; две зубчатые передачи и два кулачковых зажимных патрона, попеременно приводимых в сцепление со штангой бурового става; четыре гидроцилиндра подачи бурового инструмента на забой; траверсу с закрепленными на ней консольно направляющими и две распорные стойки. Гидродвигатель, зубчатый редуктор, шлицевой вал и гидроцилиндры подачи расположены на траверсе, которая устанавливается в нужном положении по высоте на распорных стойках при помощи подъемного механизма. Гидроцилиндры, работая попарно, обеспечивают непрерывную подачу вращающегося става на забой.
Недостатком этого бурового станка является сложность конструкции и недостаточная надежность работы. Это следует из того, что станок содержит шлицевой вал - изделие сложное и дорогое в изготовлении; три зубчатых передачи - две из них расположены параллельно; четыре гидроцилиндра подачи, из которых два на протяжении всего цикла работают вхолостую, а консольность направляющих снижает устойчивость процесса бурения, вызывает вибрацию и способствует уводке скважины в сторону от заданного направления. Кроме того, станок ничем не защищен от попадания воды с буровым шламом из скважины на исполнительные узлы и механизмы.
Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому объекту является станок для бурения скважин по патенту России №2304687, МПК E21B 3/02, выбранный в качестве прототипа (см. также журналы «Уголь» - №5-2008, с.32; №12-2008, с.26, 27). Буровой станок содержит несущую раму из металлопроката; буровую головку в составе гидромотора, одноступенчатого цилиндрического редуктора и кулачкового зажимного патрона, расположенную на цилиндрических направляющих, закрепленных своими концами в торцевых пластинах рамы; гидроцилиндры подачи буровой головки вместе с буровым ставом, оснащенным впереди бурильным инструментом; неподвижный зажимной патрон, установленный на передней торцевой пластине рамы, и распорные стойки. На задний конец штанги бурового става навинчена сальниковая муфта для подачи воды в забой. Неподвижные гидроцилиндры подачи шарнирно соединены своими корпусами с задней торцевой пластиной рамы, а их подвижные штоки шарнирно соединены с корпусом буровой головки. Кулачки подвижного зажимного патрона головки могут сцепляться со штангой, что позволяет передавать ей и буровому ставу движение, или, наоборот, при разжатии кулачки освобождают штангу. Призмы неподвижного зажимного патрона также могут сцепляться со штангой и, тем самым, исключается всякое движение бурового става, или, наоборот, при разжатии призмы освобождают штангу. На боковинах рамы закреплены конусные цапфы, которые в соединении с подшипниковыми обоймами образуют поворотное устройство, позволяющее поворачивать раму в вертикальной плоскости на требуемый угол расположения скважины.
Недостатком известного бурового станка является сложность конструкции и большая масса.
Техническим результатом настоящего изобретения является упрощение конструкции бурового станка и уменьшение его общей массы.
Этот технический результат достигается тем, что корпус буровой головки и гидроцилиндры подачи соединены между собой при помощи болтов и пластин так, что они образуют единое звено. Возвратно-поступательное движение этого звена осуществляется по двум направляющим, роль которых выполняют шток-поршни гидроцилиндров подачи двустороннего действия. Концы шток-поршней закреплены в торцевых пластинах несущей рамы. Подача рабочей жидкости в полости гидроцилиндров осуществляется через полые маслопроводные шток-поршни.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен буровой станок, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.
Буровой станок содержит несущую раму 1 из металлопроката, расположенную на салазках 2; подвижную буровую головку в составе гидромотора 3, одноступенчатого цилиндрического редуктора 4 и зажимного кулачкового патрона 5; два гидроцилиндра 6 двустороннего действия, осуществляющих рабочую и обратную (холостую) подачу буровой головки 3-5 относительно неподвижных шток-поршней 7; неподвижный зажимной патрон 8; буровой став 9, на передний конец которого навинчен бурильный инструмент 10 с несколькими породоразрушающими лезвиями, а следом за инструментом располагается шнековая часть 11 става; сальниковую муфту 12, навинченную на задний конец штанги бурового става для подачи промывочно-охлаждающей воды в забой, и две распорные стойки 13 с укосинами. На фиг.1 распорные стойки условно не показаны.
Корпус буровой головки 3-5 соединен с гидроцилиндрами 6 посредством болтов и пластин 14, расположенных внахлестку. Таким образом, корпус буровой головки и два гидроцилиндра подачи представляют в совокупности одно цельное звено станка, совершающее возвратно-поступательное движение, а шток-поршни 7 служат направляющими в этом движении. Подача жидкости (технического масла) в обе полости гидроцилиндров 6 производится через трубопроводы 15, 16 и полые шток-поршни 7.
Каркас рамы 1 представляет собой два параллельно расположенных швеллера, соединенных своими концами с двумя торцевыми пластинами: передней 17 и задней 18. В этих пластинах закреплены концы шток-поршней 7. На передней пластине 17 установлен неподвижный зажимной патрон 8. Гидроцилиндры подачи расположены с двух сторон буровой головки так, что их геометрические оси лежат в одной плоскости. Шнеком 11 удаляется буровой штыб от забоя и поддерживается заданное направление бурения скважины.
Кулачки подвижного патрона 5 могут сцепляться со штангой 19, что позволяет передавать ей и буровому ставу движение (вращение, подачу на забой, извлечение из скважины), или, наоборот, при разжатии кулачки освобождают штангу и движение от патрона 5 к ставу не передается. Точно так же призмы неподвижного патрона 8 могут сцепляться со штангой и, тем самым, исключается всякое движение бурового става, или, наоборот, при разжатии призмы освобождают штангу.
На боковинах рамы 1 закреплены конусные цапфы 20, которые в соединении с подшипниковыми обоймами 21 образуют поворотное устройство. Оно позволяет поворачивать раму 1 в вертикальной плоскости на угол нужного направления бурения скважины. Установка рамы в нужном положении по высоте на распорных стойках 13 осуществляется при помощи подъемного механизма (например, лебедки с ручным приводом) и хомутов 22, которые соединены с подшипниковыми обоймами 21.
Гидропанелью 23 производиться распределение рабочей жидкости, поступающей от маслостанции, по исполнительным механизмам станка в соответствии с выполняемыми операциями цикла. Защитные кожухи 24,25 и козырек 26, выполненный по контуру передней пластины 17 со стороны забоя, предназначены для защиты узлов и механизмов станка от попадания на них воды с буровым шламом из скважины.
Станок включает в себя также гидросистему и пульт дистанционного управления бурением.
Работа заявляемого станка для бурения скважин и шпуров происходит следующим образом. Устанавливают в подземной выработке распорные стойки 13. Поднимают и закрепляют на них станок, в котором бурильная головка 3-5 находится в исходном положении, а патроны 5, 8 - в разжатом состоянии. Вставляют в буровую головку сзади штангу 19; продвигают ее через патрон 8 и навинчивают на ее передний конец шнек 11 и бурильный инструмент 10. Кулачки патрона 5 приводят в сцепление со штангой. На задний конец штанги навинчивают сальниковую муфту 12. Задают станку нужное положение по высоте и углу направления скважины или шпура.
Включают гидромотор 3 вращения бурового става, гидроцилиндры 6 подачи буровой головки 3-5 на забой вместе с инструментом 10 и открывают поступление воды в зону разрушения породы или угля. Бурение продолжается до тех пор, пока буровая головка не совершит полный рабочий ход подачи. После этого кулачки подвижного патрона 5 разжимаются, призмы неподвижного патрона 8 сцепляются со штангой, гидроцилиндры 6 перемещают буровую головку в исходное положение. Затем призмы патрона 8 разжимаются, кулачки патрона 5 сцепляются со штангой и процесс бурения повторяется. Повторение происходит несколько раз, пока сальниковая муфта 12 не окажется у задней пластины 18 рамы 1. Это обстоятельство служит сигналом бурильщику к отключению подачи бурильной головки, вращения гидромотора и закрытию поступления воды в буровой став. Затем сальниковая муфта снимается, буровой став наращивается очередной штангой, на задний свободный конец навинчивается сальниковая муфта и процесс бурения возобновляется.