БУРОВОЙ СТАНОК

Буровой станок предназначен для бурения и промывки песчаных пробок в горизонтальных скважинах и может быть использован во взрывоопасных шахтах.
Известен станок для бурения скважин различного назначения в подземных горных выработках /1/. Станок содержит несущую раму, установленную на салазках, бурильную головку, расположенную на цилиндрических направляющих, гидроцилиндры подачи бурильной головки вместе с трубчатой штангой бурового става с буровым инструментом и две распорные стойки. Каркас рамы представляет собой четыре параллельно расположенных швеллера жестко соединенных своими торцами с двумя пластинами: передней и задней, в которых закреплены концы направляющих. Внутри рамы располагаются гидроцилиндры шарнирно соединенные своими корпусами с задней пластиной. Бурильная головка включает в себя гидродвигатель, редуктор и подвижный зажимной патрон, который может приводиться в сцепление со штангой, приводя буровой став во вращение, или, наоборот, разжатием освобождать ее. Корпус патрона соединен шарнирно со штоками гидроцилиндров. На раме в передней части установлен неподвижный зажимной патрон. На задний конец штанги навинчена сальниковая муфта для подачи воды для охлаждения инструмента и промывки скважины. Поворот рамы на угол нужного направления бурения скважины производят с помощью поворотного устройства, представляющего собой конусные цапфы, закрепленные на боковинах рамы, в соединении с подшипниковыми обоймами. Установка рамы по высоте на распорных стойках осуществляется при помощи подъемного механизма (например, лебедки с ручным приводом). Недостатком известного устройства является сложная конструкция поворотного устройства, а также установка рамы по высоте с помощью лебедки.
Известен также буровой станок предназначенный для бурения горизонтальных скважин под железными и автомобильными дорогами (2), включающий раму с размещенными на ней направляющими, выполненными в виде П-образных швеллеров, кареткой с роликами, перемещающейся вдоль рамы посредством двух гидроцилиндров. На каретке установлен вращатель, а на раме установлены также панель распределителей, тиски для фиксации буровой штанги в момент размыкания, насос и гидромотор для подачи бурового раствора. Рама выполнена телескопической с возможностью изменения размера.
Известная конструкция позволяет бурить скважины с глубиной бурения от поверхности не более 20 м и длиной бурения до 200 м и не может быть использована для бурения горизонтальных скважин во взрывоопасных шахтах. Устройство не имеет транспортной базы, а также устройства для изменения направления бурения бурового станка. Кроме того, данная конструкция не позволяет полностью использовать длину рамы для перемещения вращателя.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому буровому станку является подземная установка колонкового бурения фирмы «Atlas Copco» Швеция, модели Diames U6 APC /3/, представляющая собой модульную конструкцию в состав которой входит буровой станок, установленный на транспортной базе в виде саней. Все рабочие органы бурового станка монтируются на одной раме: направляющие, вращатель, установленный на каретке, штангодержатель (гидроключ). Рама соединена с транспортной базой с помощью поворотного устройства, включающего поворотный стол с возможностью поворота на 360°, систему рычажного механизма и синхронизирующих гидроцилиндров. Система рычажного механизма и синхронизирующих гидроцилиндров представляет собой позиционирующее устройство, которое перемещает раму вверх или вниз, что позволяет устанавливать ее в точно выбранном направлении бурения. Слева от вращателя к раме присоединен кабелеукладчик. Перемещение каретки по направляющим осуществляется с помощью одного гидроцилиндра подачи с двойным ходом. Для фиксации бурового станка во время работы он снабжен аутригерами, расположенными внутри рамы.
В известной конструкции для перемещения каретки по направляющим (для увеличения хода каретки вдоль рамы) использован гидроцилиндр с двойным ходом, имеющий сложную конструкцию, снижающую надежность и простоту использования бурового станка, т.к. в случае неисправности гидроцилиндра возникают сложности по эксплуатации установки.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание простой и надежной в обслуживании конструкции бурового станка для работы в стесненных условиях (в шахтных выработках).
Поставленная задача достигается тем, что буровой станок включающий раму с расположенными на ней направляющими, гидроключ, закрепленный на раме, аутригеры, расположенные внутри рамы и каретку с вращателем, перемещающуюся по направляющим, причем рама установлена на транспортной базе с возможностью поворота, изменения высоты и наклона рамы, дополнительно содержит две каретки, установленные с двух сторон от каретки с вращателем, при этом все каретки перемещаются по направляющим с помощью верхнего и нижнего гидроцилиндров, расположенных друг над другом внутри рамы. Верхний гидроцилиндр прикреплен штоками к двум кареткам, расположенным по обе стороны от каретки с вращателем и гильзой к основанию каретки с вращателем, а нижний гидроцилиндр прикреплен штоками с двух сторон к раме бурового станка и гильзой - к кареткам, расположенным по обе стороны от каретки с вращателем. Аутригеры снабжены удлинителями. В качестве транспортной базы используется тележка, смонтированная на колесах, адаптированных для перемещения по рельсовому пути внутри шахты. Направляющие имеют пазы трапециевидной формы, а каретки перемещаются по направляющим с помощью опорных конусов.
Наличие в буровом станке трех кареток перемещающихся по одним направляющим с помощью двух гидроцилиндров позволяет обеспечить дополнительное перемещение вращателя без увеличения габаритов рамы. При этом гидроцилиндры подачи достаточно просты в изготовлении и надежны при эксплуатации. Наличие удлинителей аутригеров позволяет надежно закреплять буровой станок внутри шахты, а размещение рамы бурового станка на тележке с колесами позволяет использовать его в стесненных условиях внутри шахты.
Конкретный пример выполнения бурового станка поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображен общий вид бурового станка в аксонометрии;
на фиг.2 - общий вид бурового станка сверху;
на фиг.3 - конструкция гидроцилиндров с каретками.
Буровой станок предназначен для работы внутри шахты и представляет собой раму 1, установленную на тележке 2. На раме 1 расположены все основные узлы бурового станка: вращатель 3, гидроключ 4, направляющие 5, каретки 6, 7, 8, кабелеукладочная цепь 9, блок распределителей 10. Рама 1 представляет собой сварной каркас из двух параллельно расположенных труб квадратного сечения, во внутренних полостях которых расположены аутригеры 11, предназначенные для фиксации бурового станка во время работы. Аутригеры 11 имеют удлинители для увеличения вылета. На раме 1 закреплены направляющие 5 имеющие трапециевидные пазы (ласточкин хвост), в которых посредством опорных конусов установлены подвижные каретки 6, 7, 8. Каретки 6 и 7 расположены по обе стороны от каретки 8, на которой расположен вращатель 3. Для перемещения по направляющим 5 каретка 8 имеет четыре опорных конуса, а каретки 7 и 6 - по два опорных конуса. Для лучшего перемещения кареток опорные конусы имеют пластины скольжения. Перемещение вращателя 3 по направляющим 5 осуществляют с помощью двух гидроцилиндров 12 и 13, расположенных внутри рамы 1 один над другим и трех кареток 6, 7, 8. Верхний гидроцилиндр 12 крепится штоками к кареткам 6 и 7 и гильзой - к основанию каретки 8. Нижний гидроцилиндр 13 крепится штоками с двух сторон к раме 1 станка и гильзой к кареткам 6 и 7. При подаче масла в верхний гидроцилиндр 12 каретка 8 с вращателем 3 перемещается между каретками 6 и 7, при этом каретки 6 и 7 неподвижны. При подаче масла в гидроцилиндр 13 перемещаются каретки 6 и 7 вместе с кареткой 8.
Вращатель 3 предназначен для передачи осевого усилия и крутящего момента колонне труб и может быть выполнен в двух комплектациях для труб разного диаметра: 73 и 42 мм, производящих ремонт или бурение скважины.
Гидроключ 4 неподвижно закреплен на кронштейне рамы 1 и предназначен для удержания колонны буровых труб при свинчивании и развинчивании. Слева от вращателя 3 на раме 1 закреплена кабелеукладочная цепь 9, предназначенная для укладки гидравлических рукавов при перемещении вращателя 3. На тележке 2 смонтированы две колесные пары для передвижения по узкоколейному рельсовому пути внутри шахты. Рама 1 соединена с тележкой 2 посредством поворотного стола 14 и позиционирующего устройства 15, включающего рычаг и систему гидроцилиндров. Поворотный стол 14 представляет собой поворотный круг, выполненный с возможностью вращения и фиксации на 360° относительно тележки 2. Позиционирующее устройство 15 обеспечивает подъем и регулировку угла наклона рамы 1 относительно тележки 2 на 180°. Для управления подъемом и наклоном рамы 1, вылетами аутригеров 11 служит блок распределителей 10, выполненный в виде самостоятельного выносного блока, закрепленного в нижней части рамы 1. Силовой привод технологического оборудования бурового станка обеспечивает гидравлическая система 16.
Данный буровой станок работает совместно с маслостанцией, комплектом буровых штанг и инструментов для бурения скважины (на чертежах не показаны).
Буровой станок позволяет производить бурение горизонтальных скважин из подземных выработок глубиной до 300 метров, а также разбуривание и промывку песчаных пробок в горизонтальных скважинах диаметром с условным проходом 65 и 100 мм, длиной не менее 1000 метров.
Буровой станок доставляют в шахту горной выработки на транспортной тележке 2. С помощью поворотного стола и позиционирующего устройства устанавливают раму 1 бурового станка с породоразрушающим инстументом в нужном направлении бурения и фиксируют его с помощью аутригеров 11.
При бурении колонна труб с породоразрушающим инструментом подается на забой с помощью вращателя 3. Перемещение вращателя 3 по напраляющим 5 осуществляют с помощью трех кареток 6, 7, 8 посредством двух гидроцилиндров 12 и 13. При подаче масла в верхний гидроцилиндр 12 перемещается каретка 8 с вращателем 3, при этом каретки 6 и 7 - неподвижны. При подаче масла в нижний гидроцилиндр 13 перемещаются каретки 6 и 7 вместе с кареткой 8. Захват бурильной трубы при свинчивании и развинчивании осуществляют при помощи гидроключа 4.
Таким образом, наличие в буровом станке трех кареток перемещающихся по одним направляющим с помощью двух гидроцилиндров позволяет обеспечить дополнительное перемещение вращателя вдоль рамы без увеличения ее габаритов. При этом гидроцилиндры подачи достаточно просты в изготовлении и надежны при эксплуатации, что позволяет создать простую и надежную конструкцию бурового станка для работы в стесненных условиях, например, в шахтных выработках.
Источники информации, принятые во внимание при рассмотрении заявки:
1. Патент РФ №2304687, МПК E21B 3/02, опубл. 20.04.2007 г.
2. Полезная модель RU №99029, МПК E02F 5/18, опубл. 10.11.2010 г.
3. Проспект фирмы «Atlas Copco» (Швеция), Подземная установка для колонкового бурения, модель Diames U6 APC, Marsta, Швеция, 2009 г.