Изобретение касается перфораторной колонны, также называемой буровой колонны, (далее буровая колонна), соответствующей признакам ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Такая буровая колонна известна из проспекта «KING-COBRA фирмы - King-Cobra Mining Equipment Pty. Ltd. Green Road Greenwell Point N.S.W. Australia. Она содержит, по меньшей мере, двухступенчатый цилиндр, у которого отдельные трубы цилиндра герметично проходят одна в другой. Со стороны головки внутренней трубы цилиндра закреплен пневматически нагружаемый приводной двигатель. С приводным двигателем может соединяться переходник для инструмента, который может оснащаться инструментами в виде, в частности, буровых штанг, или даже анкерами, которые вводятся в изготовленные буровыми штангами скважины.
Со стороны подвесного конца внутренней трубы шарнирно прикреплен с возможностью вертикального поворота манипулятор. Манипулятор управляем вручную и оборудован управляющими средствами для передачи рабочих сред, как сжатый воздух и вода, к потребителям (приводной двигатель, цилиндр и, в данном случае, переходник для инструмента). Посредством управляющих средств оператор может приводить в действие буровую колонну. Одновременно манипулятор служит для ручного восприятия созданного при производстве скважины крутящего момента.
Вышеописанная буровая колонна используется в подземных горных разработках и в туннельном строительстве, а именно, в частности, в так называемой штанговой крепи, в которой кровля штреков и боковые стенки горной выработки подпираются анкерами. Кроме того, областями применения являются последующая анкеровка в штреке, предохранительные мероприятия в области очистки, а также в области переходов лава/штрек.
В известном случае оказалось невыгодным, что манипулятор с управляющими средствами шарнирно присоединен к верхнему концу внутренней трубы цилиндра. Буровым процессом и связанным с этим изменением длины цилиндра также неизбежно изменяется позиция манипулятора. Это изменение в соответствии с ходом бурения должно постоянно уравновешиваться оператором за счет изменения положения его тела, а именно постоянно при восприятии крутящего момента. Эти недостатки усиливаются тогда, когда при большой длине штреков в подземных горных разработках или тоннелях управление манипулятором возможно только со вспомогательными средствами, как, например, рабочими платформами или лестницами. Таким образом, подобные места размещения образуют при управлении буровой колонной и восприятии бурового крутящего момента повышенный риск несчастного случая с оператором.
В основе изобретения - исходя из уровня техники - лежит задача создания перфораторной или по другому буровой колонны, у которой заметно улучшены параметры производительности и эргономическое удобство управления, принимая во внимание технически безопасный и экономичный буровой процесс.
Эта задача решается с помощью признаков отличительной части пункта 1 формулы изобретения.
Основной идеей изобретения является то, что теперь внешняя труба пневматически нагружаемого цилиндра, которая может фиксироваться на месте на подошве тоннеля или штрека, образует, по меньшей мере, опосредованно, носитель подключения для сжатого воздуха, управляющих средств и трубопроводов для сжатого воздуха, передающих сжатый воздух к потребителям. Это позволяет оператору иметь возможность приводить в действие управляющие средства независимо от высоты выдвижения цилиндра всегда на эргономически оптимальной высоте обслуживания. Оператор стоит всегда на подошве штрека или тоннеля. Он больше не нуждается при больших монтажных высотах во вспомогательных средствах, например рабочих платформах или лестницах, чтобы, стоя на них, обслуживать буровую колонну. Опасность несчастного случая для оператора значительно понижается.
Кроме того, в рамках изобретения, является важным, что внутренняя труба проходит гарантированно от проворота во внешней трубе. Т.е. передача крутящего момента в процессе бурения осуществляется через внутреннюю и внешнюю трубы на подошву штрека или тоннеля.
Гибкие трубопроводы для сжатого воздуха образуются, в частности, пневматическими шлангами.
Если буровая колонна эксплуатируется таким образом, что в процессе бурения, по меньшей мере, целесообразно введение промывочной воды, то признаками пункта 2 формулы изобретения предусмотрено, что внешняя труба образует также, по меньшей мере, опосредованно, носитель для подключения воды, а также гибкого трубопровода, передающего воду к переходнику для инструмента. Тогда имеются в наличии не только трубопроводы для сжатого воздуха, которые передают сжатый воздух к цилиндру и к пневмомотору, но и трубопровод, который направляет воду через переходник для инструмента в пробуренную скважину. Этот трубопровод состоит, преимущественно, из гидравлического шланга.
Предпочтительный вариант осуществления предохранителя от проворота внутренней трубы во внешней трубе видится в признаках пункта 3 формулы изобретения. В соответствии с этим во внешней трубе со стороны подошвы зафиксирована первая многогранная направляющая труба. Многогранность может быть осуществлена, в частности, за счет квадратного или шестиугольного поперечного сечения. Первая направляющая труба проходит от днища внешней трубы, предпочтительно, центрально, и заканчивается вблизи ее верхнего конца. В таком случае внутренняя труба установлена без возможности поворота на этой первой направляющей трубе.
Установка внутренней трубы на первой направляющей трубе обеспечивается, предпочтительно, признаками пункта 4 формулы изобретения. В соответствии с этим, на расположенном со стороны подошвы конце внутренней трубы находится диск поршня с центральной выемкой, поперечное сечение которой подогнано к поперечному сечению первой направляющей трубы.
Если посредством буровой колонны должна проходиться большая разница высот, то будет выгодно, согласно пункту 5 формулы изобретения, что цилиндр имеет промежуточную трубу, которая герметично установлена во внешней трубе и герметично охватывает внутреннюю трубу с возможностью относительного перемещения. На расположенном со стороны подошвы конце внешней трубы также внутри зафиксирована первая многогранная направляющая труба. Теперь первая направляющая труба охватывается закрепленной на расположенном со стороны подошвы конце промежуточной трубы второй многогранной направляющей трубой с геометрическим и скользящим замыканием. Эта вторая направляющая труба имеет длину, которая приблизительно соответствует длине промежуточной трубы. Она заканчивается вблизи от верхней торцевой стороны промежуточной трубы. Вторая направляющая труба проходит тогда через предусмотренный на расположенном со стороны подошвы конце внутренней трубы диск поршня с геометрическим и скользящим замыканием. Направляющие трубы имеют, предпочтительно, квадратное или шестиугольное поперечное сечение.
Целесообразным образом в направляющих трубах расположены поперечно направленные проемы для обмена воздуха.
Если ввиду еще большей монтажной высоты в подземном штреке или в тоннеле, требуется по меньшей мере одна дополнительная промежуточная труба, то она выполняется как первая промежуточная труба. Эта дополнительная промежуточная труба тогда может быть расположена между внешней трубой и первой промежуточной трубой, или между первой промежуточной трубой и внутренней трубой.
Особенно предпочтительный вариант осуществления изобретения соответствует признакам пункта 6 формулы изобретения. В соответствии с этим к внешней трубе цилиндра разъемно присоединена рама, к которой шарнирно присоединен с возможностью вертикального поворота снабженный управляющими средствами манипулятор. Возможность вертикального поворота манипулятора позволяет его регулировку под различный рост оператора. На свободном конце манипулятора в предусмотренные там рукоятки встроены управляющие средства, в частности, в форме клапанов управления. Через эти управляющие средства могут подводиться рабочие среды (сжатый воздух, вода) к потребителям, а именно к цилиндру, пневмомотору или переходнику для инструмента.
Далее, оператор через манипулятор может дополнительно к зафиксированной в подошве штрека или тоннеля внешней трубе цилиндра воспринимать вручную часть крутящего момента в ходе процесса бурения.
Подключения для сжатого воздуха и, в данном случае, воды прикреплены, предпочтительно, коаксиально к шарнирной оси манипулятора с возможностью поворота на раме. Подводы сжатого воздуха и воды могут быть здесь сразу соединены с соответствующими подключениями. От подключений поворотные выводы через поворотные шарниры проходят в манипулятор и через его внутренние трубопроводы - к управляющим средствам. Другие внутренние трубопроводы затем проходят от управляющих средств к расположенному со стороны шарнира концу манипулятора. Отсюда внешние трубопроводы, в частности, со стороны днища, проходят к цилиндру, к пневмомотору и, в данном случае, к переходнику для инструмента. Само собой разумеется, длина внешних трубопроводов рассчитана таким образом, что она может сочетаться с различными длинами выдвижения буровой колонны без напряжений.
Рама содержит, предпочтительно, две трубы в форме хоккейных клюшек, которые закреплены с одной стороны на расположенном со стороны подошвы конце внешней трубы цилиндра, а с другой стороны - на верхнем конце внешней трубы. Длинные участки труб проходят параллельно внешней трубе, в то время как короткие участки проходят мимо внешней трубы наклонно наверх. Их свободные концы несут шарнирные оси для манипулятора и подключений.
Может быть представлен, однако, также и вариант осуществления, соответствующий признакам пункта 7 формулы изобретения. В соответствии с этим к внешней трубе цилиндра разъемно присоединена рама, к которой присоединены подключения для сжатого воздуха и, в данном случае, воды, проходящие к переносному блоку дистанционного управления гибкие трубопроводы и проходящие к потребителям, таким как цилиндр, пневмомотор и, в данном случае, переходник для инструмента, трубопроводы. Оператор может соединять переносный на себе блок дистанционного управления через гибкие трубопроводы с коммутационной областью на раме и, таким образом, сопровождать процесс бурения на достаточной дистанции, что еще больше сокращает опасность несчастного случая. Блок дистанционного управления позволяет также менее утомительное и без воздействия вибраций обслуживание буровой колонны.
Рама также состоит, предпочтительно, из двух труб с конфигурацией, которая похожа на хоккейную клюшку. С одной стороны они зафиксированы на расположенном со стороны подошвы конце, а с другой стороны - на верхнем конце внешней трубы цилиндра. Отогнутые наклонно вверх короткие участки труб проходят к коммутационной области, к которой присоединены трубопроводы, которые проходят к блоку дистанционного управления и к потребителям и на которой также шарнирно укреплены присоединения для рабочих сред.
Возможность перемещения буровой колонны от одного рабочего места к другому облегчается с помощью признаков пункта 8 формулы изобретения. Соответственно этому внешняя труба цилиндра опирается на установочную плиту перемещаемой на колесах одноосной транспортной тележки, причем установочная плита может быть ориентирована по месту с помощью согласованного с транспортной тележкой узла для придания устойчивости. С помощью транспортной тележки буровая колонна может быть переведена в соответствующее рабочее место и там зафиксирована. Узел для придания устойчивости осуществляет гарантированную от поворота фиксацию цилиндра во время процесса бурения.
Предпочтительно, согласно пункту 9 формулы изобретения, узел для придания устойчивости содержит откидную раму с регулировочным устройством. Откидная рама состоит, преимущественно, из шарнирно соединенной с опорной рамой транспортной тележки центральной стойки и двух подпорок, шарнирно присоединенных к нижнему концу центральной стойки. Для фиксации положения откидная рама откидывается под углом к продольной оси буровой колонны, причем центральная стойка и подпорки - при рассмотрении сбоку - расположены аксиально друг за другом. Посредством проходящего через центральную стойку и вкрученного в установленную в опорной раме втулку регулировочного винта установочная плита транспортной тележки прижимается к подошве штрека или тоннеля, пока колеса транспортной тележки не приподнимутся от подошвы. Таким образом, буровая колонна не только поддерживается надежной трехточечной опорой с помощью обеих подпорок и установочной плиты, но и может также посредством регулировочного устройства устанавливаться в ограниченном диапазоне на отклоняющийся от вертикали угол бурения.
Если согласно пункту 10 формулы изобретения установочная плита транспортной тележки оборудована поперечно регулируемыми стабилизаторами, то транспортная тележка может позиционироваться вплотную к стенам тоннеля или штрека, чтобы даже в угловых областях иметь возможность уверенно и точно бурить скважины.
В целом, вариант осуществления буровой колонны с транспортной тележкой и блоком дистанционного управления позволяет обслуживать ее в одиночку, а также быстрое подготовительно-заключительное время при менее утомительной и без воздействия вибрации работе на безопасной дистанции от буровой колонны.
Далее изобретение поясняется посредством примеров осуществления, представленных на чертежах где:
фиг.1 - вид сбоку буровой колонны в собранном состоянии;
фиг.2 - буровая колонна по фиг.1 на виде спереди, согласно стрелке II;
фиг.3 - увеличенное представление вертикального продольного сечения телескопического цилиндра буровой колонны по фиг.1 и 2 в частично выдвинутом положении;
фиг.4 - вид сбоку буровой колонны, согласно другому варианту осуществления.
На фиг.1 и 2 показана буровая колонна 1, как она используется для производства скважин в подземных горных разработках или при строительстве туннелей.
Буровая колонна 1 содержит, в основном, телескопический цилиндр 2, укрепленный на цилиндре 2 пневмомотор 3 и соединяемый с пневмомотором 3 переходник 4 для инструмента, например для буровых штанг 5 (см. фиг.4) или также не представленных здесь анкеров.
Цилиндр 2 буровой колонны 1 в деталях представлен на фиг.3. Он содержит расположенную со стороны подошвы внешнюю трубу 6 с разъемно прикрепленной опорной плитой 7. Разъемность обеспечивается посредством закрепленного на наружной стороне внешней трубы 6 кольцевого фланца 8 и резьбовых болтов 9 (см. также фиг.1 и 2), которые связывают кольцевой фланец 8 с опорной плитой 7 и стягивают их в направлении к нижней торцевой стороне внешней трубы 6. В центре опорной плиты 7 приварен выступающий вниз центровочный штырь 10.
Со стороны кромки опорной плиты 7 под ней сварен корпус 11, который позволяет передачу сжатого воздуха из разъемно связанных с корпусом 11 гибких трубопроводов 12 во внешнюю трубу 6 цилиндра 2.
C этой целью в корпусе 11 проделан U-образный канал 13.
Кроме того, с опорной плитой 7 связана проходящая наклонно вверх рукоятка 14.
К внутренней стороне опорной плиты 7 внешней трубы 6 (фиг.3) по центру прикручен круглый лист 15, который снабжен проходящей вверх первой направляющей трубой 16 в форме шестигранной трубы. Первая направляющая труба 16 заканчивается вблизи и под верхней торцевой стороной 17 внешней трубы 6. В первой направляющей трубе 16 предусмотрены выпускные уравновешивающие отверстия 18 в нижнем и верхнем конце.
Во внешней трубе 6 герметично установлена первая промежуточная труба 19. Первая промежуточная труба 19 имеет в нижнем конце утолщенную область 20, которая, во взаимодействии с предусмотренной на верхнем конце внешней трубы 6 большей по толщине стенки областью 21 представляет собой предохранитель выдвижения для первой промежуточной трубы 19.
На нижнем конце первой промежуточной трубы 19 находится воздухопроницаемое днище 22, от которого проходит вверх вторая направляющая труба 23, которая с геометрическим и скользящим замыканием охватывает первую направляющую трубу 16. Она имеет также шестиугольное поперечное сечение. Вторая направляющая труба 23 кончается вблизи и под верхней торцевой стороной 24 первой промежуточной трубы 19. Благодаря форме поперечного сечения первой направляющей трубы 16 и второй направляющей трубы 23 первая промежуточная труба 19 вертикально установлена во внешней трубе 6 без возможности поворота.
Во второй направляющей трубе 23 также находятся выпускные уравновешивающие отверстия 18.
В первой промежуточной трубе 19 герметично установлена вторая промежуточная труба 25. Эта вторая промежуточная труба 25 в нижней области также имеет утолщенную область 26, которая вместе с утолщенной областью 27 на верхнем конце первой промежуточной трубы 19 образует предохранитель от выдвижения для второй промежуточной трубы 25.
В воздухопроницаемом днище 28 второй промежуточной трубы 25 укреплена третья направляющая труба 29, которая с геометрическим и скользящим замыканием охватывает вторую направляющую трубу 23. Третья направляющая труба 29 кончается вблизи и под верхней торцевой стороной 30 второй промежуточной трубы 25. Вторая промежуточная труба 25, благодаря форме поперечного сечения второй и третьей направляющих труб 23, 29, также вертикально установлена в первой промежуточной трубе 19 без возможности поворота.
Выпускные уравновешивающие отверстия 18 во второй и третьей направляющих трубах 23, 29 позволяют обмен сжатого воздуха между направляющими трубами 23, 29 и внутренней полостью цилиндра 2 и наоборот.
Третья направляющая труба 29 проходит с геометрическим скользящим замыканием через диск 31 поршня на нижнем конце внутренней трубы 32, которая герметично установлена во второй промежуточной трубе 25. Внутренняя труба 32 имеет в нижней области утолщенную область 33, которая вместе с утолщенной областью 34 на верхнем конце второй промежуточной трубы 25 образует предохранитель от выдвижения для внутренней трубы 32. Во внутренней трубе 32 также предусмотрено выпускное уравновешивающее отверстие 18.
Со стороны верхней части внутренней трубы 32 находится несущая пластина 35, к которой жестко прикручен пневмомотор 3 согласно фиг.1 и 2. Кроме того, несущая пластина 35 служит для фиксации несущей рамы 36 с рукояткой 37.
Кроме того, из фиг.1 и 2 видно, что к опорной плите 7 внешней трубы 6 прикручена рама 38, которая содержит две проходящие параллельно и дистанцированно друг от друга трубы 39, каждая из которых имеет конфигурацию хоккейной клюшки. Длинные вертикальные участки 40 труб 39 укреплены на опорной плите 7 и на верхнем конце 41 внешней трубы 6. Короткие участки 42 проходят сбоку от цилиндра 2 и наклонно вверх.
Свободные концы коротких участков 42 служат поворотными опорами манипулятора 43. С внешней стороны рядом с короткими участками 42 укреплены с возможностью поворота подключения 44, 45 для сжатого воздуха и воды. От этих подключений 44, 45 через поворотные подключения 46, 47 в манипулятор 43 проходят соединения, которые через не представленные здесь подробно трубопроводы соединены с управляющими средствами 48, 49, 50 с помощью интегрированных в рукоятки 51, 52 манипулятора 43 клапанов. От управляющих средств 48, 49, 50 не представленные здесь трубопроводы проходят к расположенному со стороны шарнира концу 53 манипулятора 43, который расположен между концами коротких участков 42 труб 39. С торцевой стороны конца 53 находится подключение 54 для трубопровода 12 для сжатого воздуха, проходящего к расположенному со стороны подошвы концу внешней трубы 6. Трубопровод 12 зафиксирован также на верхнем конце 41 внешней трубы 6. Второй трубопровод 55 для сжатого воздуха проходит, в форме петли, к подключению 56 на пневмомоторе 3 и служит для передачи сжатого воздуха от подключения 44 к пневмомотору 3. Трубопровод 55 соединен не представленным здесь способом с верхним концом 53 манипулятора 43.
Третий трубопровод 57 подводит воду от подключения 45, в петлеобразной форме, к переходнику 4 для инструмента и отсюда здесь не представленным способом к буровой штанге 5, если необходима промывочная вода. Такая буровая штанга 5 проиллюстрирована, например, на фиг.4.
Подача сжатого воздуха к цилиндру 2 происходит через управляющее средство 48, а подача сжатого воздуха к пневмомотору 3 происходит через управляющий клапан 49. Подача воды к переходнику 4 инструмента происходит через управляющее средство 50.
Благодаря возможности поворота манипулятора 43 свободный захватный конец 58 может приводиться на оптимальную, с точки зрения эргономики, рабочую высоту для соответствующего оператора. Оператор стоит на подошве штрека или тоннеля и посредством манипулятора 43 вручную уравновешивает возникающий в ходе процесса бурения крутящий момент.
Фиг.4 показывает снабженную колесами 59 одноосную транспортную тележку 60, которая позволяет как эргономическое перемещение буровой колонны 1, так и фиксацию ее положения на месте.
Буровая колонна 1 на фиг.4 по своему выполнению соответствует буровой колонне 1 по фиг.1-3, так что повторное пояснение излишне.
Транспортная тележка 60 имеет установочную плиту 61, на которую без возможности скольжения опирается внешняя труба 6 цилиндра 2. От установочной плиты 61 две наклонные стойки 62 опорной рамы 63 проходят прямо вверх к двум отогнутым рукояткам 64. Ниже рукояток 64 на стойках 62 предусмотрен запирающийся фиксатор 65, который служит для надежной фиксации буровой колонны 1 на установочной плите 61 транспортной тележки 60.
С транспортной тележкой 60 согласован узел 66 для придания устойчивости с откидной рамой 67 и регулировочным устройством 68. Центральная стойка 69 откидной рамы 67 прикреплена с помощью шарнира 70 к стойкам 62. Две V-образно расположенные друг к другу подпорки 71 связаны через шарнир 72 с центральной стойкой 69. В средней области центральной стойки 69 находится регулировочный винт 73, в качестве составной части регулировочного устройства 68, который может вкручиваться в резьбовую втулку 74, которая закреплена на опорной раме 63 транспортной тележки 60. Посредством регулировочного винта 73 откидная рама 67 может подтягиваться к опорной раме 63 транспортной тележки 60, так что при подобной треноге опоре подпорок 71 и установочной плиты 61 на подошве колеса 59 приподнимаются от подошвы и вследствие этого транспортная тележка 60 оказывается в зафиксированном на месте положении. Позиция регулировочного винта 73 обеспечивается гайкой 81.
На внешней трубе 6 цилиндра 2 также укреплена рама 38 с двумя трубами 39, которые выполнены в виде хоккейных клюшек. Между свободными концами коротких участков 42 труб 39 предусмотрен коммутационный корпус 75. Этот коммутационный корпус 75 соединен с подключением 44 для сжатого воздуха и подключением 45 для промывочной воды, которые расположены с возможностью поворота с внешней стороны коротких участков 42. Коммутационный корпус 75 снабжен с верхней стороны подключением 76, которое связано через трубопровод 12 с областью подошвы цилиндра 2. Другие подключения расположены здесь не представленным способом в коммутационном корпусе 75 со стороны цилиндра, причем от них проходят трубопроводы 55, 57 к пневмомотору 3 и к переходнику 4 инструмента.
Кроме того, к коммутационному корпусу 75 присоединен пучковый шланг 77 с трубопроводами, которые проходят к переносному блоку 78 управления с управляющими средствами 48, 49, 50, который оператор 79 может нести с собой. От управляющих средств 48, 49, 50 трубопроводы проходят к коммутационному корпусу 75 и от него - к упомянутым выше трубопроводам 12, 55 и 57.
Дополнительно установочная плита 61 снабжена поперечно выдвижными стабилизаторами 80, благодаря которым транспортная тележка 60 может быть вплотную подвезена к стене штрека или тоннеля и здесь ориентирована на месте.
Изобретение относится к буровой технике, а именно к перфораторным колонкам телескопических перфораторов. Технический результат заключается в улучшении производительности и эргономического удобства управления, обеспечении технически безопасного и экономичного бурового процесса. Результат достигается тем, что перфораторная колонна содержит телескопический цилиндр с одной внешней трубой и одной герметично установленной во внешней трубе внутренней трубой, связанный с внутренней трубой приводной двигатель, соединяемый с приводным двигателем переходник для инструмента и управляющие средства для целенаправленной передачи рабочих сред к потребителям. Фиксируемая на месте внешняя труба пневматически нагружаемого цилиндра образует, по меньшей мере, опосредованно носитель подключения для сжатого воздуха, управляющих средств и передающих сжатый воздух к потребителям гибких трубопроводов для сжатого воздуха, причем внутренняя труба проходит гарантированно от проворота во внешней трубе. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
DE 3708616 A1, 29.09.1988 | |||
СОСТАВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕФТЕОТДАЧИ | 2000 |
|
RU2196883C2 |
Телескопический цилиндр механизма перемещения подъемника | 1984 |
|
SU1234348A1 |
ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ПОДАТЧИК БУРИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ | 1992 |
|
RU2018656C1 |
РЕВЕРСИВНЫЙ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИЙ ПОДАТЧИК | 1996 |
|
RU2110685C1 |
GB 1382157, 29.01.1975 | |||
СТРЕЛОЧНЫЙ СТЫК ДЛЯ ВИНЬОЛЕВСКИХ РЕЛЬСОВ | 1914 |
|
SU1100A1 |
Авторы
Даты
2007-07-10—Публикация
2003-01-15—Подача