Тренажер глазомерного определения положения буровой машины относительно плоскости забоя
EYE ESTIMATION SIMULATOR FOR DETERMINATION OF DRILLING RIG POSITION RELATIVE TO FACE PLANE

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения пространственного положения буровой машины, например, переносного перфоратора, относительно плоскости забоя при бурении взрывных шпуров.
Известно устройство для определения направления шпуров, содержащее основание, шарнир и установленную на основании угломерную шкалу (А.с. СССР №667670, МПК Е21В 47/02, 1979 г.).
Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет определять углы заложения шпуров в горизонтальной плоскости.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения направления забуриваемых шпуров, состоящее из имитатора буровой машины, включающего буровой молоток с буровой штангой, выполненной телескопической с возможностью соединения с шаровой пятой шарового шарнира, закрепленного на плоскости забоя, присоединенной к буровому молотку шарнирно телескопической опоры, соединенной с основанием, а также размещенного на верхней площадке бурового молотка кожуха, снабженного источником света и угломерной шкалой в виде полукруга с отвесом, кроме того, пластины с угловой шкалой (Патент РФ №2560762, МПК Е21В 47/02, 2015 г.).
Основным недостатком данного устройства является сложность конструкции, связанная с изготовлением пластины в виде дуги.
Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства.
Поставленная задача достигается тем, что тренажер глазомерного определения положения буровой машины относительно плоскости забоя, состоит из пластины с угловой шкалой, имитатора буровой машины, включающего буровой молоток с буровой штангой, выполненной телескопической с возможностью соединения с шаровой пятой шарового шарнира, закрепленного на плоскости забоя, присоединенную к буровому молотку шарнирно телескопическую опору, соединенную с основанием, а также размещенного на верхней площадке бурового молотка кожуха, снабженного источником света и угломерной шкалой в виде полукруга с отвесом, при этом источник света расположен перпендикулярно оси бурового молотка, пластина выполнена плоской и установлена перпендикулярно плоскости забоя, а угловая шкала, размещенная на пластине, проградуирована по формуле:
β
где L - длина отрезка угловой шкалы, отмеряемого от плоскости забоя, соответствующая величине горизонтального угла β;
шт
L - длина от шарового шарнира до оси источника света;
L - длина от шарового шарнира до пластины с угловой шкалой;
β - величина горизонтального угла, град.
Упрощение конструкции устройства связано с использованием пластин плоской формы.
Для изготовления пластин плоской формы можно использовать стандартные листы фанеры или ДСП. В качестве пластины, на которой располагается угловая шкала, можно использовать стенку помещения, перпендикулярную стене, имитирующую плоскость забоя. Также можно использовать стенку выработки, перпендикулярную плоскости забоя.
Расположение источника света перпендикулярно оси буровой машины позволяет установить пластину с угловой шкалой перпендикулярно плоскости забоя, что повышает компактность устройства.
Размещение пластины с угловой шкалой перпендикулярно плоскости забоя и расположение на ней угловой шкалы позволяет получить численное значение угла заложения шпура в горизонтальной плоскости по точке, указанной световым лучом на угловой шкале.
Угловая шкала, проградуированная по приведенной формуле, позволяет перевести линейные величины, соответствующие углам наклона штанги к плоскости забоя, в угловые отметки на шкале.
Диапазон градации угловой шкалы составляет от 60 до 90 градусов в соответствии с принимаемыми на практике углами наклона врубовых и оконтуривающих шпуров (Справочник по горнорудному делу. М. Недра. 1983 г., с. 290-291).
Так как углы наклона буровой машины к плоскости забоя принимаются острыми, не более 90 градусов, то при значениях угла β более 90 градусов значение такого угла, указываемого на угловой шкале 12, рассчитывается по формуле:
β'=180°-β,
где β' - значение угла, указываемого на угловой шкале, при значениях угла β более 90 градусов.
пз
Если пластина устанавливается на расстоянии от плоскости забоя, то это расстояние от забоя до начала угловой шкалы на пластине (L), необходимо учесть при разметке угловой шкалы на пластине.
пβ
β
пз
L=L-L,
пβ
где L - длина отрезка угловой шкалы на пластине, соответствующая величине горизонтального угла β,
β
L - длина отрезка угловой шкалы, отмеряемого от плоскости забоя, соответствующая величине горизонтального угла β;
пз
L - расстояние от забоя до начала угловой шкалы на пластине
пз
пβ
β
при L=0, L=L.
Устройство поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 показано размещение пластины и угловой шкалы на пластине; на фиг. 3 показано соединение бурового молотка и кожуха; на фиг. 4 - размещение источника света и угломерной шкалы в виде полукруга на кожухе; на фиг. 5 показан вид устройства сверху, на фиг. 6 приведена схема расчета угловых отметок угловой шкалы.
Устройство содержит кожух 1, на котором размещен источник света 2. На кожухе 1 расположена угломерная шкала 3 в виде полукруга с отвесом 4 для определения углов в вертикальной плоскости. Кожух 1 размещен на верхней площадке бурового молотка 5, соединенного с буровой штангой 6, выполненной телескопической, на конце которой размещен шаровой шарнир 7. К нижней плоскости бурового молотка 5 с помощью шарнира 8 присоединена телескопическая опора 9, которая жестко под прямым углом соединена с основанием 10. В комплект тренажера также входит пластина 11, на которой размещена угловая шкала 12 для определения углов заложения шпуров в горизонтальной плоскости. Элементы устройства закрепляются, например: кожух на буровой машине - фиксатором 13, шток телескопической штанги - стопором 14 штанги, шток телескопической опоры - зажимом 15.
В качестве источника света можно использовать, например, лазерную световую указку.
Работа тренажера осуществляется следующим образом.
На плоскости забоя 16 в соответствии с паспортным расположением шпуров, например врубового шпура, закрепляют шаровой шарнир 7. В забое устанавливается имитатор буровой машины, например переносной перфоратор, состоящий из бурового молотка 5, телескопической буровой штанги 6, телескопической опоры 9, соединенной посредством шарнира 8 с основанием 10. Выдвижной шток буровой штанги 6 соединяется с шаровой пятой шарового шарнира 7, закрепленного на плоскости забоя 16. Выдвижением штока буровой штанги 6 устанавливается проектная длина штанги и фиксируется стопором 14 штанги, а выдвижением штока опоры 9 буровая машина устанавливается в горизонтальном положении и фиксируется зажимом 15 опоры. При этом отвес 5 угломера 4 указывает на угловую отметку «0» градусов.
Затем на верхнюю плоскость имитатора бурового молотка 5 устанавливается кожух 1, который закрепляется фиксатором 13. К кожуху 1 перпендикулярно оси бурового молотка присоединяется источник света 2. На кожухе 1 размещена угломерная шкала 3 в виде полукруга с отвесом 4.
Далее, на расстоянии L от шарового шарнира, перпендикулярно плоскости забоя устанавливают пластину 11. На это значение L рассчитана угловая шкала 12, размещенная на пластине 11. Выполнение угловых отметок угловой шкалы 12 на пластине 11 в форме вертикальных линий позволяет использовать шкалу при различных размещениях шарового шарнира 7 по высоте на плоскости забоя 16, а следовательно, и буровой машины.
Тренажер подготовлен к работе.
Далее бурильщик перемещает буровую машину относительно плоскости забоя, пока луч света 17 не укажет на угловой шкале 12 искомое значение угла заложения шпура в горизонтальной плоскости. Бурильщик глазомерно фиксирует положение буровой машины в горизонтальной плоскости относительно забоя при данном угле наклона.
Для определения угла наклона шпура в вертикальной плоскости ослабляется зажим 15 телескопической опоры 9, буровая машина опускается вниз или поднимается вверх до положения проектного угла наклона шпура в вертикальной плоскости, устанавливаемого по отвесу 4 угломерной шкалы 3. При этом шток телескопической опоры или вдвигается, или выдвигается из цилиндра опоры. Соединение опоры 9 с буровым молотком 5 посредством шарнира 8 обеспечивает вертикальность опоры при изменении ее длины. Конечное положение опоры фиксируется зажимом 15.
Бурильщик глазомерно фиксирует положение буровой машины в вертикальной плоскости относительно забоя при данном угле наклона.
Затем все действия повторяются для других углов наклона буровой машины.
Контроль навыков глазомерного пространственного ориентирования бурильщиком буровой машины может быть осуществлен следующим образом.
Бурильщик, при отключенном источнике света 2, глазомерно ориентирует буровую машину по значениям заданных углов заложения шпура в горизонтальной плоскости относительно плоскости забоя, выполняя действия, перечисленные выше. После этого включают источник света 2 и по световому лучу 17 на угловой шкале 12 устанавливают фактическое значение угла наклона буровой штанги в горизонтальной плоскости. Такими же действиями, при, например, снятом отвесе 4 угломера 3, изменяется положение машины в вертикальной плоскости, а затем по отвесу 4 по угломеру 3 устанавливается фактическое значение угла наклона буровой машины в вертикальной плоскости.
Конструктивные размеры тренажера и продолжительность работы с ним определяются экспериментально.
Расчет угловой шкалы 12 по приведенной формуле осуществляется в соответствии с положениями:
отсюда:
Использование предлагаемого устройства позволяет осуществить обучение бурильщиков глазомерному ориентированию буровой машины относительно плоскости забоя по заданным углам наклона шпуров в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Упрощение конструкции устройства связано с применением в устройстве пластины плоской формы с размещенной на ней угловой шкалой.