УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА И ПОДАЧИ ТРОСОВОГО АНКЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАХВАТА ТРОСОВОГО АНКЕРА Российский патент 2014 года по МПК E21D20/00 E21B19/08 E21D5/00 

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к устройству для укрепления горной породы тросовым анкером, также называемым натяжным тросом. Более конкретно, изобретение относится к устройству для закладки натяжного троса в горную породу.

Первоначально укрепление горной породы предполагало использование пассивных опорных систем, в которых применялись деревянные или стальные опоры конструкции. Впоследствии были разработаны активные опорные системы, предполагающие выполнение относительно жестких анкерных болтов, которые широко использовались ранее и находят применение до сих пор. Ранее использовавшиеся анкерные болты содержали клиновые устройства с механическим приводом, обеспечивающие облегчение закрепления анкерных болтов в соответствующей горной породе. Позднее для закрепления анкерных болтов были разработаны жидкая бетонная смесь и материалы химической анкеровки. Совсем недавно широкое распространение получили гибкие проволочные натяжные тросы или тросовые анкеры, которые часто используются с такими анкерными материалами. Обычно вдоль длины тросовых анкеров имеются расположенные на определенном расстоянии каркасные секции, через которые проходят нити проволоки, составляющие тросовый анкер, для обеспечения облегчения захвата тросового анкера анкерным материалом.

Для обеспечения установки такого проволочного натяжного троса в укрепляемой горной породе сначала высверливают скважину для введения указанного троса. С учетом длины натяжного троса для получения требуемой глубины скважины обычно используют бурильную штангу с несколькими надставками. Затем в скважину вставляют выбранный анкерный материал и проволочный натяжной трос вручную или механически вводят в скважину до его натягивания с обеспечением тем самым укрепления горной породы после закрепления троса на месте с помощью анкерного материала.

Как правило, анкерный материал содержится в картридже, который облегчает введение указанного материала в скважину. Материал находится в картриджах в виде отдельных адгезивных и каталитических компонентов, которые смешиваются с помощью натяжного троса при его введении в скважину, что вызывает затвердение анкерного материала и, следовательно, закрепление указанного троса на месте.

Тросовый анкер может иметь длину до 10 м и вес до 32 кг. В настоящее время оператор должен подавать тросовый анкер вручную. Управляющие шахт были серьезно озабочены тем, что сложность и бесперебойность процесса связаны с рисками для здоровья и безопасности и могут привести к возможным несчастным случаям. Кроме того, имеется вероятность того, что при подаче в скважину тросовый анкер упадет на оператора.

Ниже описана типичная процедура тросового укрепления.

1. Высверливание.

Вставить первый стальной буровой элемент (с буром на конце) в квадратный зажимной патрон вращателя бурового станка, завернуть (с помощью шайбы, используемой для выравнивания) и зажать при полной длине хода, отвести буровой агрегат и установить выдвижную буровую секцию, выполнить закручивание и продвижение (с обеспечением взаимодействия резьбовых соединений). Продолжать процесс до тех пор, пока не будут использованы все необходимые секции, а затем извлечь буровые секции, выполняя ту же процедуру в обратной последовательности.

2. Закладка химических веществ.

Плавно задвинуть стопорное приспособление поверх первого химического продукта, сформированного в виде «колбаски». Протолкнуть химический продукт в конец канала с помощью гибкого пластмассового стержня (толкателя). С помощью стопорного приспособления загрузить второй химический продукт с обеспечением его контакта с первым продуктом, находящимся в конце канала. Продолжать до тех пор, пока скважина не будет заполнена.

3. Заправка тросового анкера.

Вручную протолкнуть тросовый анкер в канал, а затем вставить свободный конец анкера во вращатель бурового станка.

4. Смешивание химических продуктов.

Продвигать тросовый анкер вперед с последующим закручиванием и прекратить подачу, когда тросовый анкер достигнет конца канала, но продолжать закручивание в течение примерно еще 10 секунд для обеспечения смешивания химических продуктов.

5. Натяжение тросового анкера.

Убрать домкрат, используемый для наращивания. Вставить натяжную манжету и заливочные трубы через шайбу. Поднять натяжное устройство и прикрепить к концу тросового анкера.

Привести натяжное устройство в действие.

6. Позднее залить раствором.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описано устройство для подъема и подачи тросового анкера, используемое с буровым станком, содержащим раму и вращатель, установленный с возможностью перемещения вдоль указанной рамы. Устройство для подъема и подачи тросового анкера содержит кожух, пару разнесенных колес, предназначенных для взаимодействия с тросовым анкером и установленных в указанном кожухе, а также средства вращения колес, соединенные с указанными колесами с обеспечением их вращения и выполненные с возможностью соединения с вращателем бурового станка.

Кроме того, описано устройство для захвата тросового анкера, предназначенное для прикрепления к вращателю бурового станка и выполненное с возможностью перемещения вместе с указанным вращателем для размещения тросового анкера смежно с каналом, заранее высверленным в кровле или стенке выработки. Указанное устройство содержит средства захвата тросового анкера, имеющего расширенную часть, а также средства, позволяющие указанной расширенной части проходить через устройство и предназначенные для автоматического удерживания тросового анкера в устройстве после его подачи в указанное устройство.

Более конкретно, средства захвата тросового анкера содержат пару разнесенных колес, предназначенных для взаимодействия с тросовым анкером и установленных в кожухе, а также средства вращения колес, соединенные с указанными колесами с обеспечением их вращения и выполненные с возможностью соединения с вращателем бурового станка.

В данном описании предложено устройство, способствующее снижению рисков для здоровья, связанных с выполняемой вручную операцией введения тросового анкера, и обеспечивающее эффективное и надежное содействие процессу тросового укрепления горной породы.

Целью данного изобретения является создание такого устройства, которое имеет меньший вес и может использоваться с существующими буровыми станками.

Другой целью данного изобретения является создание такого устройства, которое может использовать мощность, уже подведенную к буровому станку, с помощью имеющегося вращателя буровой установки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает вид в изометрии бурового станка, содержащего устройство для подъема и подачи тросового анкера.

Фиг.2 изображает вид сбоку устройства, показанного на фиг.1.

Фиг.3 изображает вид сбоку устройства для подъема и подачи тросового анкера, показанного на фиг.1.

Фиг.4 изображает вид сверху устройства, показанного на фиг.3.

Фиг.5 изображает частичный разрез устройства, показанного на фиг.4, по линии 5-5 на фиг.4. На фиг.5 пара шарнирно соединенных колесных рычагов изображена в сомкнутом положении.

Фиг.6 изображает частичный разрез устройства, показанного на фиг.4, по линии 5-5 на фиг.4. На фиг.6 пара шарнирно соединенных колесных рычагов изображена в разомкнутом положении.

Фиг.7 изображает частичный разрез устройства, показанного на фиг.4, по линии 7-7 на фиг.4.

Прежде чем рассматривать подробное описание одного варианта выполнения изобретения, следует понять, что практическое применение изобретения не ограничено только элементами конструкции и вариантами компоновки составных частей, представленными в нижеследующем описании или изображенными на чертежах. Изобретение может иметь другие варианты выполнения и быть реализовано или выполнено различными способами. Кроме того, следует понимать, что используемые в данном документе формулировки и термины служат целям описания и не должны рассматриваться как ограничивающие. Употребляемые в данном документе выражения «имеющий» и «содержащий», а также их варианты, охватывают перечисленные после них элементы и их эквиваленты, а также дополнительные элементы. Употребляемое в данном документе выражение «состоящий из» и его варианты охватывает только перечисленные после него элементы и их эквиваленты. Кроме того, следует понимать, что такие выражения, как «вперед», «назад», «вправо», «влево», «вверх», «вниз» и т.д., используются для удобства описания и не должны рассматриваться как ограничивающие.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ

Как изображено на чертежах, предложено поднимающее и подающее устройство 10, которое помогает оператору (не показан), выполняющему укрепление горной породы с помощью тросового анкера, осуществлять процедуру подъема и подачи тросового анкера 14 от уровня земли в канал, предварительно высверленный в кровле или стенке выработки (не показана). Предложенное устройство облегчает выполнение вышеописанного третьего этапа «Заправка тросового анкера». Несмотря на то что устройство подходит для применения с тросовым анкером без каркасных секций, указанное устройство 10 может принимать тросовый анкер 14, содержащий каркасные секции 16.

Как показано на фиг.1 и 2, поднимающее и подающее устройство 10 используется с буровым станком 20, который содержит раму 24 и вращатель 28, выполненный с возможностью перемещения вдоль указанной рамы 24.

Более конкретно, рама 24 бурового станка содержит две разнесенные параллельные тяги 26 механизма подачи, которые проходят от одного конца бурового станка 20 к другому. Вращатель 28 бурового станка выполнен с возможностью перемещения вдоль бурового станка 20 путем скольжения по указанным параллельным тягам 26. Кроме того, предусмотрены средства перемещения вращателя 28 по тягам 26 (не показаны). В других, менее предпочтительных вариантах выполнения (не показаны на чертежах) устройство 10 может быть размещено на вращателе 28 без прикрепления к тягам 26.

Как показано на фиг.1 и 2, устройство 10 захватывает тросовый анкер 14 и может перемещаться вместе с вращателем 28 бурового станка для размещения тросового анкера 14 смежно с заранее высверленным каналом (не показан).

Как показано на фиг.3-7, устройство 10 содержит кожух 40 и захватные средства 44, предназначенные для захвата тросового анкера 14. Захватные средства 44 (см. фиг.5 и 6) выполнены в виде пары разнесенных колес 45 и 46, установленных в кожухе 40. Колеса 45 и 46 предназначены для взаимодействия с тросовым анкером 14 или для его захвата. Кроме того, как дополнительно объяснено ниже, захватные средства 44 обеспечивают возможность прохождения каркасной секции 16 тросового анкера через устройство 10. Помимо этого, захватные средства 44 автоматически удерживают тросовый анкер 14 в устройстве 10 после его подачи в указанное устройство, как дополнительно объяснено ниже.

Более конкретно, каждое колесо 45 и 46 соединено с кожухом при помощи соответствующего поворотного рычага 70 и 72. Как показано на чертежах, для вращения крайнего справа ведущего колеса 46 к нему присоединены средства вращения колес или приводные средства 48. Как показано на фиг.7, средства 48 вращения колес соединены с вращателем 28 бурового станка при помощи ременной передачи 52, содержащей коническую зубчатую передачу 56 (см. фиг.5), поликлиновой ремень 60 и шкивы 64 и 65, причем все эти элементы соединены с кожухом 88 привода, который поворачивается относительно кожуха 40. Как показано на фиг.5 и 6, ременная передача 52 поворачивает ведущее колесо 46 в направлении по часовой стрелке и препятствует его повороту в обратном направлении. На большом шкиве 65 используется фрикционная муфта 66 предельного момента. Два колеса сближаются при их опускании, как показано на фиг.5, до тех пор пока не достигнут стопора 67.

В других вариантах выполнения передача мощности от вращателя 28 к колесам 45 и 46 может обеспечиваться различными способами. В данном устройстве 10 применяются коническая зубчатая передача и поликлиновой ремень, а также шкивная конструкция. Выбор такой комбинации был обусловлен требованиями в отношении веса, размера и снижения скорости. Там, где это было возможно, для обеспечения уменьшения веса устройства использовалась пластмасса.

Колеса прикреплены к двум отдельным поворотным рычагам 70 и 72. Это обеспечивает возможность проталкивания каркасных секций большего диаметра (составляющего приблизительно 45 мм) через подающую трубку, образованную разнесенными колесами 45 и 46 (внутренний диаметр трубки составляет 50 мм), при введении тросового анкера 14.

Поднимающее и подающее устройство 10 выполнено с возможностью соединения с кожухом 40 и скольжения вдоль рамы 24 для перемещения вдоль указанной рамы вместе с вращателем 28 бурового станка. Более конкретно, как показано на фиг.1 и 2, указанное устройство 10 расположено над вращателем 28 и перемещается вместе с ним. Устройство 10 содержит два установочных кронштейна 33, закрепленных вокруг пары разнесенных параллельных тяг 26 механизма подачи, которые выполнены в виде стальных балок, образующих часть рамы 24. Благодаря тому, что установочные кронштейны 33 имеют выемки 34, охватывающие внешнюю поверхность тяг 26, как показано на фиг.1, устройство может легко скользить вдоль тяг 26 и перемещаться вместе с вращателем 28 вверх и вниз вдоль бурового станка 20.

Квадратный хвостовик 73, изображенный на фиг.3, фиг.5 и фиг.6, входит в сопряженное отверстие (не показано), выполненное в верхней части вращателя 28. Квадратный хвостовик 73 вращается, поворачивая коническую зубчатую передачу 56. Указанная передача 56 в свою очередь приводит в движение первый пластмассовый шкив 64, изображенный на фиг.7, который приводит в движение клиновой ремень 60, в свою очередь приводящий в движение шкив 65 большего диаметра и муфту 66 предельного момента. Указанная муфта 66, в свою очередь, соединена с ведущим колесом 46 с возможностью передачи приводного усилия.

Как показано на фиг.5 и фиг.6 и упомянуто выше, колеса 45 и 46 установлены на поворотных рычагах 70 и 72. Рычаги 70 и 72 соединены друг с другом при помощи шарнирного пальца 75. Если диаметр троса 14 больше промежутка между колесами 45 и 46, то при подаче троса между указанными колесами рычаги 70 и 72 поворачиваются в сторону от троса 14, увеличивая промежуток между колесами 45 и 46. Это позволяет каркасной секции 16 легко проходить между колесами 45 и 46 при их разведении, как показано на фиг.6. При отпускании троса он стремится упасть под действием силы тяжести, и при любом таком втягивающем перемещении рычаги поворачиваются вниз, что приводит к захвату троса 14. Это усилие захвата возрастает при увеличении втягивающего усилия (то есть когда поднимается более тяжелый груз или когда кто-то тянет трос на себя), что предотвращает любое проскальзывание. Ведущее колесо не вращается, поскольку приводная система находится в соединении с буровым инструментом. Таким образом, единственное перемещение, совершаемое тросом и направленное вверх или вниз, контролируется средствами управления бурового инструмента.

Для обеспечения поворота крайнего правого рычага 72 ременная передача 52 поворачивается вместе с ним, что происходит благодаря тому, что ременная передача 52 установлена в кожухе 40 около первого шкива 64 с помощью штифта 80 с возможностью поворота, так что она может поворачиваться вокруг конической зубчатой передачи 56.

В общих словах, устройство представляет собой облегченный узел, который установлен во вращателе бурового станка. Устройство работает от механической энергии, вырабатываемой вращателем, с обеспечением приведения в действие комплекта колес, которые взаимодействуют с тросовым анкером, приводя к его проталкиванию через устройство в предварительно высверленный канал.

Порядок выполнения работ (на третьем этапе процедуры тросового крепления, описанной в разделе «Предпосылки изобретения»)

1. Установка устройства на буровой станок.

Устройство 10 располагают с помощью приводного вала вращателя 28 и двух кронштейнов 33, которые скользят по тягам 26 механизма подачи и становятся, таким образом, продолжением вращателя и могут перемещаться вверх и вниз вдоль бурового станка 20. Для установки устройства на место сначала необходимо присоединить кронштейны, поворачивая устройство 10 (приблизительно на 30°) и охватывая кронштейнами 33 заднюю часть тяг 26. После выпрямления устройства 10 кронштейны находятся в состоянии присоединения и устройство может быть опущено в зажимной патрон вращателя.

2. Позиционирование устройства.

Затем устройство (вместе с вращателем) необходимо расположить на подающем механизме на заданной высоте для обеспечения совмещения предварительно высверленного канала и выпускного отверстия устройства. Это выполняют путем приведения в действие бурового станка и подъема вращателя.

3. Предварительная заправка тросового анкера.

Большинство тросовых анкеров содержит несколько каркасных секций, выполненных на его верхнем конце для повышения рабочих характеристик. Тросовый анкер необходимо подавать через устройство вверх по направлению к каналу до тех пор, пока последняя каркасная секция не выйдет из конца устройства. Затем тросовый анкер может быть отпущен, при этом автоматическая фиксирующая система удерживает тросовый анкер в заданном положении.

4. Подача тросового анкера в канал.

После заправки тросовый анкер может подаваться путем приведения бурового станка во вращение.

Это приводит к повороту колес и перемещению тросового анкера в предварительно высверленный канал.

5. Извлечение и снятие устройства.

Используя зажимные тиски 84, встроенные в верхнюю накладку бурового станка, тросовый анкер 14 зажимают и удерживают во время извлечения устройства (вместе с вращателем). После выполнения этой операции конец тросового анкера остается свисать из канала. После извлечения подающее устройство может быть снято путем выполнения первого этапа в обратной последовательности (возможно, сначала потребуется выполнить небольшой поворот вращателя в обратном направлении для обеспечения выведения приводного вала из соединения).

6. Заправка конца тросового анкера во вращатель.

Путем приведения в действие буровой установки и подъема вращателя висящий конец тросового анкера закрепляют в держателе.

В дополнение к поворотным рычагам, позволяющим изменять размер проталкиваемого тросового анкера 14, используется заклинивающее перемещение, обеспечивающее автоматическую остановку тросового анкера для предотвращения его падения. Заклинивающее перемещение (при сближении двух колесных дуг во время их опускания до достижения стопора 67) экспоненциально увеличивает силу, прикладываемую к тросовому анкеру, до момента его защемления. Чтобы указанная сила защемления не стала саморазрушающей, на конце поворотного рычага 70 установлен упругий вкладыш 86 (или любой другой пружинящий элемент). Данная сила действует на тросовый анкер как при запуске, так и при остановке устройства. Для извлечения тросового анкера вращатель должен работать в обратном направлении, что заставляет поворотные рычаги подниматься и уменьшать нагрузку на тросовый анкер.

Второй рычаг соединен с первым рычагом при помощи штифта, который обеспечивает практически одновременное поднимание и опускание обоих колес. Это предотвращает любое смещение колес и гарантирует, что нагрузка оказывается на колеса примерно в одном и том же направлении при их подъеме и опускании. Нагрузка действует под углом примерно 90° к тросовому анкеру.

Фрикционная муфта 66 предельного момента, установленная на большом шкиве 65, обеспечивает предотвращение передачи высокомоментных нагрузок к какому-либо из элементов трансмиссии. Такой высокий момент создается в том случае, если колеса слишком туго зажимают тросовый анкер 14 при максимальном прогибе упругого вкладыша 86.

Различные другие особенности и преимущества изобретения станут очевидны из приведенной ниже формулы изобретения.

Изобретение относится к устройству для укрепления горной породы тросовым анкером, также называемым натяжным тросом. Технический результат заключается в создании такого устройства, которое имеет меньший вес, может использоваться с существующими буровыми станками и может использовать мощность, уже подведенную к буровому станку, с помощью имеющегося вращателя буровой установки. Устройство для подъема и подачи тросового анкера содержит раму и вращатель, выполненный с возможностью перемещения вдоль указанной рамы, кожух, пару разнесенных колес, выполненных с возможностью взаимодействия с тросовым анкером и установленных в указанном кожухе, и средства вращения колес, соединенные с указанными колесами с обеспечением их вращения и выполненные с возможностью соединения с вращателем бурового станка. Устройство для захвата тросового анкера, предназначенное для прикрепления к вращателю, выполненное с возможностью перемещения вместе с указанным вращателем, содержит средства захвата тросового анкера, имеющего расширенную часть, и средства обеспечения прохождения указанной расширенной части через указанное устройство и автоматического удерживания тросового анкера в устройстве после его подачи в указанное устройство. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для подъема и подачи тросового анкера, предназначенное для использования с буровым станком, который содержит раму и вращатель, выполненный с возможностью перемещения вдоль указанной рамы, и содержащее
кожух,
пару разнесенных колес, выполненных с возможностью взаимодействия с тросовым анкером и установленных в указанном кожухе, и
средства вращения колес, соединенные с указанными колесами с обеспечением их вращения и выполненные с возможностью соединения с вращателем бурового станка.

2. Устройство по п.1, дополнительно содержащее средства, соединенные с указанным кожухом и выполненные с возможностью скользящего соединения с рамой бурового станка с возможностью перемещения вдоль указанной рамы вместе с вращателем бурового станка.

3. Устройство по п.1, в котором средства вращения колес содержат коническую зубчатую передачу, поликлиновой ремень и шкив.

4. Устройство по п.3, содержащее два рычага, каждый из которых установлен в указанном кожухе с возможностью поворота, причем каждое из колес соединено с кожухом при помощи соответствующего одного из указанных поворотных рычагов.

5. Устройство по п.4, в котором указанные ведущее колесо, поворотный рычаг, к которому оно присоединено, и ремень соединены с кожухом привода, установленным с возможностью поворота относительно указанного кожуха.

6. Устройство по п.1, в котором второй рычаг соединен с первым рычагом при помощи штифта, обеспечивающего по существу одновременное поднимание и опускание обоих колес.

7. Устройство для захвата тросового анкера, предназначенное для прикрепления к вращателю бурового станка, выполненное с возможностью перемещения вместе с указанным вращателем для размещения тросового анкера смежно с предварительно высверленным каналом и содержащее
средства захвата тросового анкера, имеющего расширенную часть, и средства обеспечения прохождения указанной расширенной части через указанное устройство и автоматического удерживания тросового анкера в устройстве после его подачи в указанное устройство.

8. Устройство по п.7, в котором средства захвата тросового анкера содержат пару разнесенных колес, выполненных с возможностью взаимодействия с тросовым анкером и установленных в указанном кожухе, и
средства вращения колес, соединенные с указанными колесами с обеспечением их вращения и выполненные с возможностью соединения с вращателем бурового станка.

9. Устройство по п.8, в котором средства захвата тросового анкера дополнительно содержат два рычага, каждый из которых установлен в указанном кожухе с возможностью поворота, причем каждое из колес соединено с кожухом при помощи соответствующего одного из указанных поворотных рычагов.

10. Устройство по п.9, в котором указанные ведущее колесо, поворотный рычаг, к которому оно присоединено, и указанный ремень поворачиваются совместно.

11. Устройство по п.10, в котором второй рычаг соединен с первым рычагом при помощи штифта, обеспечивающего по существу одновременное поднимание и опускание обоих колес.