БУРОВОЙ СТАНОК Российский патент 2008 года по МПК E21B3/00 E21B19/84 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям устройств, предназначенных для бурения шпуров в горных выработках.

Известны устройства для бурения шпуров, содержащие направляющую колонку, установленный на ней подвижно в продольном направлении вращатель с приводом подачи, включающим ведущий барабан, на который наматывается канат, конец которого соединен с корпусом колонки [1].

Недостатком известных устройств является то, что длина хода подачи ограничивается канатоемкостью барабана, и отрицательную роль играет тот факт, что при намотке каната на барабан в несколько слоев, да еще "внавал", резко изменяется диаметр навивки каната, а значит резко изменяется скорость подачи и нарушается режим бурения.

Наиболее близким техническим решением является буровой станок, содержащий установленный подвижно на направляющей раме вращатель с приводом подачи, включающим шкив трения и охватывающий его гибкий элемент, имеющий рабочую и холостую ветвь, соединенную с натяжным устройством [2].

Средства бурения, выполненные на основе этого технического решения, характеризуются сравнительно стабильным шагом подачи на каждый оборот буровой штанги. Конструкция обеспечивает также возможность регулирования этого шага в зависимости от характеристики обуриваемых пород, что снижает уровень аварийности при работе бурового инструмента.

Наряду с отмеченными достоинствами указанная конструкция обладает недостатком, суть которого заключается в следующем.

При бурении шпуров по твердым породам под действием большой осевой нагрузки происходит удлинение рабочей ветви гибкого элемента. Абсолютная величина этого удлинения изменяется в соответствии с изменением усилия подачи, то есть подача становится упругой и трудно управляемой, что приводит к нарушению режима бурения, а это значительно снижает эффективность применения бурового станка в целом. Для уменьшения удлинения гибкого элемента (каната), то есть для уменьшения проявления его упругих деформаций, необходимо снизить удельную нагрузку, то есть нагрузку на единицу площади поперечного сечения. Увеличение площади, например посредством обычного увеличения диаметра каната, не рационально из-за последующего за этим увеличением жесткости, а значит и необходимого увеличения диаметра шкива трения. Следовательно, более рациональным является увеличение числа гибких элементов, одновременно воспринимающих осевую нагрузку от усилия подачи.

Целью изобретения является повышение эффективности бурового станка путем обеспечения стабильного режима бурения по породам различной твердости.

Поставленная цель достигается тем, что рабочая и холостая ветви гибкого элемента выполнены в виде полиспастных систем с одинаковой кратностью.

В отличие от известных, в рекомендуемой конструкции бурового станка обеспечивается равномерная удельная подача бурового инструмента, что стабилизирует режимы бурения по породам различной твердости.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена принципиальная схема бурового станка.

Буровой станок включает направляющую раму 1, установленный на ней подвижно вращатель 2 с приводом подачи, на ведомом валу которого установлен шкив трения 3. В шпинделе вращателя установлена буровая штанга 4, поддерживаемая люнетом 5. Взаимодействующий со шкивом трения гибкий элемент условно (согласно функциональных особенностей) состоит из двух участков. Слева от шкива 3 (согласно чертежа) расположена рабочая ветвь 6, которая обеспечивает собственно подачу вращателя. Конец этой рабочей ветви соединен с корпусом вращателя 2 посредством фиксатора А, затем огибает ролик 8 и далее, сделав несколько витков вокруг шкива 3, уходит от него вправо (согласно чертежа) уже в виде холостой ветви 7. Холостая ветвь 7 огибает натяжной ролик 9, а ее конец закреплен на корпусе вращателя посредством фиксатора В. Необходимое для работы натяжение холостой ветви 7 через ролик 9 осуществляется посредством пружины 10, а регулировка этого усилия осуществляется посредством установленной на оси "0" и кинематически соединено и с блочком 9 рукояткой 11.

Это один из возможных вариантов, а именно вариант полиспастной системы двойной кратности.

Принцип действия и порядок работы бурового станка, выполненного по этому варианту полиспастной системы, заключаются в следующем.

Станок ориентируется на ось предполагаемого шпура. Рукоятка 11 при этом находится в свободном состоянии и под действием пружины 10 стремится повернуться относительно оси "0" по часовой стрелке, увлекая вправо блочок 9, тем самым натягивая обе нити холостой ветви 7.

Включением вращателя 2 приводятся во вращение шпиндель с буровой штангой 4 и шкив трения 3. Вследствие плотного контакта витков каната со шкивом трения происходит принудительная перемотка рабочей ветви 6 через шкив, то есть сокращение ее общей длины, а значит происходит принудительная подача вращателя с буровым инструментом влево. Осуществляется бурение шпура. При этом общее усилие подачи Р, величина которого определяется сопротивлением породы, воспринимается не одной нитью гибкого элемента, как в известной конструкции, а двумя параллельными нитями. То есть нагрузка на нить, а значит и ее растяжение сокращаются в 2 раза. А это значит, что амплитуда осевых колебаний бурового инструмента, негативно влияющих на процесс бурения, сокращается в 2 раза.

При необходимости еще более сократить амплитуду вредных осевых колебаний необходимо увеличить кратность полиспастной системы, то есть увеличить число нитей, воспринимающих общее усилие подачи Р. Для этого, например, устанавливают на корпусе вращателя блочки 12 и 13 (указанные на схеме пунктиром). Причем все блочки (8, 9, 12 и 13) могут быть выполнены многоканавочными, что дает возможность значительно увеличивать кратность полиспастных систем. При этом в случае необходимости обеспечить четную кратность полиспаста (2, 4 и т.д.) концы обоих ветвей - рабочей и холостой, закрепляются на вращателе, а при нечетной кратности концы ветвей каната закрепляются на раме. Но во всех случаях кратность рабочей и холостой полиспастных систем должны быть одинаковыми.

Для остановки подачи вращателя 2 по окончании бурения рукоятка 10 поворачивается против часовой стрелки, чем ослабляется натяжение обоих нитей холостой ветви 7, а значит исключается контакт и перемотка каната через шкив трения 3.

Процесс бурения завершен.

Сравнение рекомендуемого бурового станка с базовым объектом, а именно с используемыми в настоящее время бурильными машинами типа БУ-1 с винтовой подачей, показывает, что применение рекомендуемой принципиальной схемы значительно упрощает конструкцию, снижает трудоемкость ее изготовления и обеспечивает возможность создания на ее основе эффективных бурильных машин нового поколения.

Источники информации

1. Каретников В.Н., Клейменов В.Б., Нуждихин А.Г., Крепление капитальных и подготовительных горных выработок. Справочник, - М.: Недра,1989 г. - с.480-481.

2. RU 2256761 C1, 31.03.2004.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к станку для бурения шпуров в горной выработке. Буровой станок содержит установленный подвижно на направляющей раме вращатель с приводом подачи, включающим шкив трения и охватывающий его гибкий элемент, имеющий рабочую и холостую ветвь, соединенную с натяжным устройством. Рабочая и холостая ветви выполнены в виде полиспастных систем с одинаковой кратностью. Обеспечивает повышение эффективности бурового станка путем обеспечения стабильного режима бурения по породам различной твердости. 1 ил.

Буровой станок, содержащий установленный подвижно на направляющей раме вращатель с приводом подачи, включающим шкив трения и охватывающий его гибкий элемент, имеющий рабочую и холостую ветвь, соединенную с натяжным устройством, отличающийся тем, что рабочая и холостая ветви выполнены в виде полиспастных систем с одинаковой кратностью.