БУРОВОЙ СТАНОК Российский патент 2007 года по МПК E21B3/00 E21B7/02 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровым станкам, и может быть использовано для бурения шпуров и скважин различного назначения.

Известен буровой станок, включающий транспортную базу, мачту с направляющими, верхней связью, упорами и установленный при помощи верхних и нижних съемных крышек с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты, подвижный вращатель с направляющими, на которых посредством элементов крепления установлены параллельно продольной оси мачты и поверхности направляющих силовые гидроплунжеры подачи, ориентированные своими штоками для взаимодействия с упорами мачты, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные, подвижный и неподвижный, блоки (см. с.22-26, 33, 35 М.С.Сафохин, Б.А.Катанов. Машинист бурового станка на карьере. - М.: Недра, 1984. - 308 с.). Станок позволяет одинаково успешно бурить разные по крепости породы, используя для этого свободную или принудительную (при помощи силовых гидроплунжеров подачи, выдвигающихся для взаимодействия с упорами мачты) подачу вращателя с буровым ставом на забой.

Недостаток данного станка заключается в низкой производительности при бурении крепких пород большой мощности в связи с использованием полного хода штоков силовых гидроплунжеров подачи, упирающихся в специальные упоры, размещенные в верхней связи мачты, что требует ожидания холостого хода штоков (втягивание) для осуществления процесса переподъема вращателя при наращивании звеньев става. Кроме этого, станок имеет недостаточную производительность при бурении перемежающихся по крепости пород (особенно при появлении крепких прослоев в конце бурения), так как в этот период имеет место фактор ожидания выдвижения штоков силовых гидроплунжеров подачи для взаимодействия с неподвижными упорами в верхней связи мачты для создания дополнительного давления бурового става на забой.

Известен также вращательно-подающий механизм бурового станка, включающий мачту с верхней связью и направляющие, верхнюю и нижнюю поперечины с зажимами 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 зажимов возможность фиксирования последних относительно направляющих мачты в определенные моменты.

Недостаток данного технического решения заключается в 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 спуско-подъемных операций также увеличивает непроизводительные затраты.

Наиболее близким является буровой станок, включающий транспортную базу, мачту с направляющими, верхней связью, упорами и установленный при помощи верхних и нижних съемных крышек с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты подвижный вращатель с направляющими, на которых выполнены кронштейны и закреплены цилиндры управления, связанные своими штоками с силовыми гидроплунжерами подачи, которые посредством элементов крепления связаны с направляющими вращателя при помощи осей, размещенных перпендикулярно поверхностям направляющих вращателя, установлены параллельно продольной оси мачты и поверхности направляющих вращателя, ориентированы своими штоками для взаимодействия с упорами мачты и имеют возможность перемещения относительно направляющих вращателя и вывода штоков за упоры мачты, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные, подвижный и неподвижный, блоки (Патент РФ №2188294, Е21В 3/00, 2002). Данное техническое решение позволяет повысить производительность бурения скважин в крепких породах за счет снижения времени вспомогательных операций по наращиванию очередных звеньев бурового става вследствие наличия возможности вывода штоков силовых гидроплунжеров подачи за неподвижные упоры мачты и быстрого переподъема вращателя при помощи канатно-блочной системы. Это же техническое решение обеспечивает достаточную производительность при бурении мягких пород за счет высокой скорости свободной подачи бурового става на забой.

Недостаток этого решения заключается в низкой производительности при бурении перемежающихся по крепости пород (особенно при появлении крепких прослоев в конце бурения), так как в этот период имеет место фактор ожидания выдвижения штоков силовых гидроплунжеров подачи для взаимодействия с неподвижными упорами в верхней связи мачты для создания дополнительного осевого давления бурового става на забой.

Заявляемое техническое решение направлено на повышение производительности бурения перемежающихся по крепости пород путем обеспечения возможности оперативно создавать дополнительное давление бурового става на забой при встрече последнего с крепкими прослоями в процессе бурения.

Это достигается тем, что в буровом станке, включающем транспортную базу, мачту с направляющими, верхней связью, упорами и установленный при помощи верхних и нижних съемных крышек с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты подвижный вращатель с направляющими, на которых выполнены кронштейны и закреплены цилиндры управления, связанные своими штоками с силовыми гидроплунжерами подачи, которые посредством элементов крепления связаны с направляющими вращателя при помощи осей, размещенных перпендикулярно поверхностям направляющих вращателя, установлены параллельно продольной оси мачты и поверхности направляющих вращателя, ориентированы своими штоками для взаимодействия своими штоками для взаимодействия с упорами мачты и имеют возможность перемещения относительно направляющих вращателя и вывода штоков за упоры мачты, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные, подвижный и неподвижный, блоки, упоры выполнены с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты и закреплены на поперечине с зажимами, содержащей направляющие втулки, при этом поперечина размещена ниже верхней связи мачты между подвижным и неподвижным канатными блоками с возможностью взаимодействия с верхними съемными крышками вращателя при помощи направляющих втулок.

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 - схема взаимодействия вращателя с поперечиной при подъеме бурового става; на фиг.4 - разрез по А-А на фиг.3.

Буровой станок включает транспортную базу 1, мачту 2 с направляющими 3, верхней связью 4, упорами 5 и установленный при помощи верхних 6 и нижних 7 съемных крышек с возможностью осевого перемещения по направляющим 3 мачты 2 подвижный вращатель 8 с направляющими 9, на которых выполнены кронштейны 10 и закреплены цилиндры управления 11, связанные своими штоками 12 с силовыми гидроплунжерами подачи 13, которые посредством элементов крепления 14 связаны с направляющими 9 вращателя 8 при помощи осей 15, размещенных перпендикулярно поверхностям направляющих 9 вращателя 8, установлены параллельно продольной оси мачты 2 и поверхности направляющих 9 вращателя 8, ориентированы своими штоками 16 для взаимодействия с упорами 5 мачты 2 и имеют возможность перемещения относительно направляющих 9 вращателя 8 и вывода штоков 16 за упоры 5 мачты 2, буровой став 17, подъемную лебедку 18, канат 19 и канатные, подвижный 20 и неподвижный 21, блоки. При этом упоры 5 выполнены с возможностью осевого перемещения по направляющим 3 мачты 2 и закреплены на поперечине 22, содержащей зажимы 23 (например, гидропатроны) для фиксации относительно направляющих 3 мачты 2 и направляющие втулки 24 для центрации поперечины 22 относительно направляющих 3 мачты 2. Поперечина 22 установлена на направляющих 3 мачты 2 ниже верхней связи 4 между подвижным 20 и неподвижным 21 канатными блоками с возможностью взаимодействия с верхними съемными крышками 6 вращателя 8 посредством направляющих втулок 24.

Станок работает следующим образом.

В начале бурения (фиг.1) штоки 16 силовых гидроплунжеров подачи 13 полностью втянуты, а сами гидроплунжеры подачи 13 посредством элементов крепления 14 и осей 15 прижаты к поверхностям направляющих 9 подвижного вращателя 8 при помощи штоков 12 цилиндров управления 11. Подвижный вращатель 8 при помощи подъемной лебедки 18 и каната 19 через подвижный 20 и неподвижный 21 канатные блоки поднят в крайнее верхнее положение. При этом поперечина 22 при помощи зажимов 23 зафиксирована на направляющих 3 мачты 2 ниже верхней связи 4 и опирается своими направляющими втулками 24 на верхние съемные крышки 6 вращателя 8, а втянутые штоки 16 силовых гидроплунжеров подачи 13 находятся напротив упоров 5. После установки звена бурового става 17 во вращатель 8 при неизменном положении поперечины 22 с упорами 5 осуществляется свободная (при бурении мягких пород) или принудительная (при бурении крепких пород) подача вращающегося бурового става 17 на забой и производится собственно процесс бурения.

При бурении же перемежающихся по крепости пород перед осуществлением свободной подачи бурового става 17 с подвижным вращателем 8 на забой зажимы 23 поперечины 22 разжимаются, например, при помощи гидропривода и она начинает перемещаться в сторону забоя под собственным весом вместе с вращателем 8 или немного отставая от него (зависит от крепости пород). При встрече крепкого прослоя породы (фиг.2) в процессе бурения (резкое снижение скорости свободной подачи става и т.п.) зажимы 23 поперечины 22 фиксируют (зажимаются) последнюю относительно направляющих 3 мачты 2, штоки 16 силовых гидроплунжеров подачи 13 выдвигаются и упираются своими торцами в упоры 5, размещенные на поперечине 22, создавая дополнительное усилие на забой. После бурения на полную длину одного звена бурового става 17 полости силовых гидроплунжеров подачи 13 соединяются со сливной магистралью и штоки 16 начинают втягиваться под собственным весом, при этом медленно втягивающиеся штоки 16 силовых гидроплунжеров подачи 13 могут быть выведены (фиг.3) при помощи цилиндров управления 11 за упоры 5, препятствующие быстрому подъему вращателя 8 с буровым ставом 17 (при фиксации упоров 5 в верхнем положении). Одновременно с этими действиями может происходить расжатие зажимов 23 поперечины 22 и осуществляться подъем вращателя 8 вместе с поперечиной 22 (при фиксации упоров 5 в нижнем положении) в крайнее верхнее положение посредством контакта направляющих втулок 24 с верхними съемными крышками 6 подвижного вращателя 8. Подъем осуществляется при помощи подъемной лебедки 18, каната 19, подвижного 20 и неподвижного 21 канатных блоков. По мере достижения крайнего верхнего положения подъемная лебедка 18 затормаживается, а поперечина 22 в зависимости от принятой технологии, сложности забоя и др. факторов может либо сразу фиксироваться при помощи зажимов 23 на направляющих 3 мачты 2, либо удерживаться тормозом (не показан) подъемной лебедки 18. После наращивания очередного звена бурового става 17 процесс бурения возобновляется.

Предлагаемое техническое решение за счет наличия подвижных в осевом направлении упоров силовых гидроплунжеров подачи и возможности их быстрого фиксирования на направляющих мачты по всей длине рабочего хода вращателя с буровым ставом позволяет практически исключить фактор ожидания выдвижения штоков силовых гидроплунжеров подачи до момента их взаимодействия с упорами мачты и существенно повысить производительность бурения перемежающихся по крепости пород.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к буровым станкам, и может быть использовано для бурения шпуров и скважин различного назначения. Буровой станок включает транспортную базу, мачту с направляющими, верхней связью, упорами и установленный при помощи верхних и нижних съемных крышек с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты подвижный вращатель с направляющими, на которых выполнены кронштейны и закреплены цилиндры управления, связанные своими штоками с силовыми гидроплунжерами подачи, которые посредством элементов крепления связаны с направляющими вращателя при помощи осей, размещенных перпендикулярно поверхностям направляющих вращателя, ориентированы своими штоками для взаимодействия с упорами мачты и имеют возможность перемещения относительно направляющих вращателя и вывода штоков за упоры мачты, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные, подвижный и неподвижный, блоки. Упоры выполнены с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты и закреплены на поперечине с зажимами, содержащей направляющие втулки, при этом поперечина размещена ниже верхней связи мачты между подвижным и неподвижным канатными блоками с возможностью взаимодействия с верхними съемными крышками вращателя при помощи направляющих втулок. Выполнение станка данной конструкции позволяет существенно повысить производительность бурения перемежающихся по крепости пород. 4 ил.

Буровой станок, включающий транспортную базу, мачту с направляющими, верхней связью, упорами и установленный при помощи верхних и нижних съемных крышек с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты подвижный вращатель с направляющими, на которых выполнены кронштейны и закреплены цилиндры управления, связанные своими штоками с силовыми гидроплунжерами подачи, которые посредством элементов крепления связаны с направляющими вращателя при помощи осей, размещенных перпендикулярно поверхностям направляющих вращателя, установлены параллельно продольной оси мачты и поверхности направляющих вращателя, ориентированы своими штоками для взаимодействия с упорами мачты и имеют возможность перемещения относительно направляющих вращателя и вывода штоков за упоры мачты, буровой став, подъемную лебедку, канат и канатные подвижный и неподвижный блоки, отличающийся тем, что упоры выполнены с возможностью осевого перемещения по направляющим мачты и закреплены на поперечине с зажимами, содержащей направляющие втулки, при этом поперечина размещена ниже верхней связи мачты между подвижным и неподвижным канатными блоками с возможностью взаимодействия с верхними съемными крышками вращателя при помощи направляющих втулок.