ИНТЕГРИРОВАННАЯ БУРИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ БУРЕНИЯ С ВОДООТВЕДЕНИЕМ ДЛЯ АНКЕРА ПОДОШВЫ ВЫРАБОТКИ Российский патент 2017 года по МПК E21B21/00 E21D20/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к области техники оборудования для горных разработок, в частности к интегрированной бурильной установке для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки.

Уровень техники

Трудно изменить ситуацию, в которой запасы угля являются в долгосрочной перспективе главным источником энергии в Китае. Поскольку экономика в Китае быстро развивается, требуется все больше электроэнергии, при этом угольная промышленность непрерывно развивается в направлении тренда механизации и автоматизации. В большинстве угольных шахт в Китае подошвы выработки сильно повреждаются выпучиванием в большинстве угольных шахт вследствие свойств угленосной породы, глубины залегания и напряжения в геологической среде и т.д. Таким образом, работы на горной выработке испытывают отрицательные воздействия и нарушается безопасность работ в угольных шахтах. При этом упрочнение подошвы является трудной задачей.

В настоящее время анкерное болтовое крепление является наиболее эффективным средством для упрочнения подошвы выработки и управления ею в угольных шахтах в Китае. Выполнено немного исследований анкерного оборудования, специально разработанного для подошв выработки в угольных шахтах в Китае в настоящее время. Бурильные установки для анкера подошвы выработки сталкиваются с трудностями в процессе бурения, но их ключевую функцию в креплении подошвы выработки игнорировать невозможно. Способ бурения с промывкой, применяемый с обычным анкерным оборудованием, предусматривает непосредственное нагнетание воды под высоким давлением, подаваемой из фиксированного источника воды, во вращающуюся пустотелую бурильную штангу, для выдавливания смеси ила с водой из зазора между бурильной штангой и угольным пластом (пластом горной породы). Такой способ бурения с промывкой имеет некоторые технические недостатки при буровых работах в подошве выработки в угольных шахтах: во-первых, смесь ила с водой, выдавливаемая из зазора, разбрызгивается вокруг, когда бурильная штанга вращается, и не может быть собрана, что отрицательно влияет на обычное перемещение транспортного оборудования и персонала по выработке; в дополнение, усугубляется проблема вспучивания подошвы выработки вследствие размягчения окружающих горных пород, пропитываемых водой; во-вторых, обычные способы бурения могут приводить к застреванию инструмента и блокированию пробуренного отверстия в процессе бурения подошвы выработки, и извлечение бурового долота и работа по очистке пробуренного отверстия являются весьма сложными в процессе бурения; в-третьих, когда применяется способ бурения с промывкой для бурения в подошве выработки, отверстие, пробуренное в подошве, определенно будет заполняться массой воды и порошка горной породы, что обуславливает снижение качества анкерного болтового крепления и уменьшение эффективности укрепления, а также большой непроизводительный расход воды; в-четвертых, в выработках с тяжелыми условиями работы или при ограничениях по применению источника воды обычная система гидрообеспыливания может не обеспечивать нормальных условий эксплуатации; таким образом, угольная (горной породы) пыль в пробуренном отверстии входит в выработку, обуславливая увеличенные трудности в подавлении пыли в выработке и подвергая опасности здоровье рабочих.

Таким образом, специалисту в данной области техники понятно, что существует проблема, требующая решения, т.е. как быстро и эффективно выполнить бурение и упрочнение подошвы выработки с предотвращением непроизводительного расхода воды, своевременным сбором пыли горной породы, полученной в процессе бурения, для предотвращения вреда от пыли здоровью рабочих и откачать воду в пробуренном отверстии, а также улучшить эффективность укрепления.

Раскрытие изобретения

Техническая проблема: для преодоления недостатков уровня техники в настоящем изобретении предложена интегрированная бурильная установка для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки, который выполнен с возможностью эффективного контролирования устойчивости окружающих горных пород подошвы выработки.

Техническая схема: интегрированная бурильная установка для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки, предложенная в настоящем изобретении, содержит цилиндр наддувочного воздуха, двигатель, рычаг управления, регулятор крутящего момента и глушитель; поддерживающее соединительное устройство установлено на цилиндре наддувочного воздуха, передний конец цилиндра наддувочного воздуха соединен с задним концом двигателя, рычаг управления установлен на соединительной части между цилиндром наддувочного воздуха и двигателем, глушитель установлен на внешней части двигателя, передний конец двигателя соединен через регулятор крутящего момента с механизмом оптимальной циркуляции воды, который содержит трансмиссионный вал и циркуляционный насос профильтрованной воды, установленный при помощи муфты на трансмиссионном валу; циркуляционный насос профильтрованной воды содержит короб сбора порошка горной породы, фильтровальная сетка установлена на одной стороне короба сбора порошка горной породы, откачивающий и нагнетательный насос установлен под фильтровальной сеткой, канал для чистой воды, сообщающийся с выпуском откачивающего и нагнетательного насоса, расположен на другой стороне короба сбора порошка горной породы, и отверстие внешней водяной трубы расположено на впуске канала для чистой воды; кольцевая внутренняя канавка с множеством входных отверстий для чистой воды во внутренней стенке расположена на переднем конце трансмиссионного вала, и цилиндрическая внутренняя канавка с множеством поглощающих сточную воду отверстий во внутренней стенке расположена на заднем конце трансмиссионного вала.

Обратный клапан установлен на выпуске откачивающего и нагнетательного насоса.

Положительный эффект: благодаря технической схеме, описанной выше, в настоящем изобретении поглощающие сточную воду отверстия и входные отверстия для чистой воды расположены на трансмиссионном валу, так что порошок горной породы, полученный в процессе бурения, может быть удален с помощью подачи под давлением чистой воды в пробуренное отверстие из входных отверстий для чистой воды через бурильную штангу; при этом можно улучшить эффективность бурения, уменьшить температуру бурового долота и увеличить эксплуатационный ресурс бурового долота. С применением перекачки откачивающим и нагнетательным насосом шлам (смесь воды и порошка горной породы) в пробуренном отверстии может закачиваться во внутреннюю трубу бурильной штанги и в конце концов отводиться через поглощающие сточную воду отверстия в шламовую полость; шламовая полость разделена на две части фильтровальной сеткой, и шлам, входящий в шламовую полость, фильтруется с разделением на порошок горной породы и чистую воду; откачивающий и нагнетательный насос установлен на стороне чистой воды и закачивает чистую воду в канал для чистой воды и затем в бурильную штангу через входные отверстия для чистой воды; при этом реализуется циклическое использование воды, предотвращается непроизводительный расход воды и обеспечивается пылеудаление. В дополнение, способ можно также применять в выработке, где нет воды. Таким образом, шлам в пробуренном отверстии откачивается, улучшается эффективность укрепления и ускоряется сооружение выработки. Способ обеспечивает положительный эффект способа бурения с промывкой и дополнительно решает проблему нормальной работы системы гидрообеспыливания в выработке, где имеются тяжелые условия работы, или применение воды ограничено. Устройство имеет простую конструкцию, надежно в работе и имеет широкую область применения.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана принципиальная схема конструкции настоящего изобретения.

На фиг. 2 показана принципиальная схема конструкции системы оптимальной циркуляции воды.

На фигурах:

1 - фильтровальная сетка;

2 - откачивающий и нагнетательный насос;

3 - короб сбора порошка горной породы;

4 - поглощающее сточную воду отверстие;

5 - входное отверстие для чистой воды;

6 - трансмиссионный вал;

7 - цилиндр наддувочного воздуха;

8 - двигатель;

9 - рычаг управления;

10 - поддерживающее соединительное устройство;

11 - регулятор крутящего момента;

12 - глушитель;

13 - отверстие внешней водяной трубы;

14 - обратный клапан;

15 - канал для чистой воды;

16 - шламовая полость;

17 - механизм оптимальной циркуляции воды.

Раскрытие изобретения

Ниже дополнительно описан один пример настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Интегрированная бурильная установка для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки, предложенная в настоящем изобретении, в основном содержит цилиндр 7 наддувочного воздуха, двигатель 8, рычаг 9 управления, регулятор 11 крутящего момента, глушитель 12 и механизм 17 оптимальной циркуляции воды. Поддерживающее соединительное устройство 10 установлено на цилиндре 7 наддувочного воздуха, передний конец цилиндра 7 наддувочного воздуха соединен с задним концом двигателя 8, рычаг 9 управления установлен на соединительной части между цилиндром 7 наддувочного воздуха и двигателем 8, глушитель 12 установлен на внешней части двигателя 8, передний конец двигателя 8 соединен через регулятор 11 крутящего момента с механизмом 17 оптимальной циркуляции воды, который содержит трансмиссионный вал 6 и циркуляционный насос профильтрованной воды, установленный при помощи муфты на трансмиссионном валу 6; циркуляционный насос профильтрованной воды содержит короб 3 сбора порошка горной породы, фильтровальная сетка 1 установлена на одной стороне короба 3 сбора порошка горной породы, откачивающий и нагнетательный насос 2 установлен под фильтровальной сеткой 1, канал 15 для чистой воды, сообщающийся с выпуском откачивающего и нагнетательного насоса 2, расположен на другой стороне короба 3 сбора порошка горной породы, отверстие 13 внешней водяной трубы расположено на впуске канала (15) для чистой воды, и обратный клапан 14 установлен на выпуске откачивающего и нагнетательного насоса 2; кольцевая внутренняя канавка с множеством входных отверстий 5 для чистой воды во внутренней стенке расположена на переднем конце трансмиссионного вала 6, и цилиндрическая внутренняя канавка с множеством поглощающих сточную воду отверстий 4 во внутренней стенке расположена на заднем конце трансмиссионного вала 6. Трансмиссионный вал 6 соединен с двигателем 8, поглощающие сточную воду отверстия 4 и входные отверстия 5 для чистой воды расположены на трансмиссионном валу 6 соответственно, причем поглощающие сточную воду отверстия 4 напрямую сообщаются с шламовой полостью 16 короба 3 сбора порошка горной породы, короб 3 сбора порошка горной породы расположен на дне шламовой полости 16, фильтровальная сетка 1 установлена на шламовой полости 16, откачивающий и нагнетательный насос 2 установлен на стороне чистой воды фильтровальной сетки 1, обратный клапан 14 установлен на выпуске воды откачивающего и нагнетательного насоса 2, канал 15 для чистой воды расположен на другой стороне обратного клапана 14, и канал 15 для чистой воды напрямую сообщается с входными отверстиями 5 для чистой воды.

Принцип работы: проблемы вспучивания подошвы разных уровней существуют в выработках в большинстве угольных шахт в Китае. В выработках с большой глубиной залегания или с подошвой с отрицательными проявлениями литологии, в особенности, вспучивание подошвы и деформация являются настолько резко выраженными, что выработки невозможно нормально эксплуатировать. Деформацию подошвы выработки и окружающей горной породы можно удовлетворительно регулировать с помощью анкерования подошвы выработки, применяя бурильную установку для анкера подошвы выработки, предложенную в настоящем изобретении. Перед применением бурильную установку соединяют через поддерживающее соединительное устройство 10 с опорой, промежуточное отверстие 13 для внешней водяной трубы соединяют с трубой внешнего водоснабжения, двигатель 8 соединяют с воздухопроводом, и передний конец двигателя 8 соединяют с регулятором 11 крутящего момента, при этом скорость вращения двигателя 8 можно регулировать надлежащим образом. Двухслойная бурильная штанга, оснащенная буровым долотом, напрямую вставляется в гнездо крепления бурильной штанги на переднем конце трансмиссионного вала 6; после этого подошву выработки можно бурить. В процессе бурения цилиндр 7 наддувочного воздуха создает осевую силу для перемещения вперед бурильной установки, двигатель создает крутящий момент для вращения бурильной штанги и приведения в действие бурового долота, разрушающего горную породу для бурения отверстия. В процессе бурения чистая вода в канале для чистой воды входит в периферийное кольцо бурильной штанги через входные отверстия для чистой воды и достигает забоя пробуренной скважины, где смешивается с порошком горной породы, получаемым в процессе бурения, для образования шлама, при этом получают эффект пылеудаления; одновременно, откачивающий и нагнетательный насос запускается для откачки шлама через внутренние отверстия бурильной штанги в шламовую полость, шлам, входящий в шламовую полость, фильтруется и разделяется фильтровальной сеткой на порошок горной породы и чистую воду, порошок горной породы напрямую падает в короб сбора порошка горной породы, и короб сбора порошка горной породы может быть в нужное время вытащен и установлен для удобного высыпания порошка горной породы; чистая вода нагнетается под давлением откачивающим и нагнетательным насосом в канал для чистой воды, при этом получают циклическое использование воды. Оборудован обратный клапан на выпуске воды откачивающего и нагнетательного насоса, и канал для чистой воды расположен с другой стороны обратного клапана, так что чистая вода может только закачиваться откачивающим и нагнетательным насосом в канал для чистой воды, но вода в канале для чистой воды не может протекать назад в откачивающий и нагнетательный насос; канал для чистой воды напрямую сообщается с входными отверстиями для чистой воды. При такой методике вред от пыли может быть уменьшен, и вода и порошок горной породы в бурящейся скважине могут проходить очистку; таким образом, может быть улучшена эффективность бурения, ускорено строительство выработки, порошок горной породы, получаемый в процессе бурения, может быть своевременно удален и может быть предотвращено застревание бурового долота. В некоторых особых выработках с ограниченным применением воды способ бурения с промывкой не может применяться, и способ бурения без промывки может создавать множество трудностей в процессе бурения в подошве, кроме того, быстрое бурение становится невозможным, но в таких случаях преимущества интегрированной бурильной установки для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки, предложенной в настоящем изобретении, становятся более значительными.

Изобретение относится к оборудованию для горных разработок. Устройство содержит цилиндр (7) наддувочного воздуха, двигатель (8), рычаг (9) управления, регулятор (11) крутящего момента и глушитель (12). Передний конец двигателя (8) соединен с механизмом (17) оптимальной циркуляции воды с помощью регулятора (11) крутящего момента. Механизм (17) оптимальной циркуляции воды содержит трансмиссионный вал и циркуляционный насос профильтрованной воды, установленный при помощи муфты на трансмиссионном валу. Циркуляционный насос профильтрованной воды содержит короб (3) сбора порошка горной породы. Фильтровальная сетка установлена на одной стороне короба (3) сбора порошка горной породы. Откачивающий и нагнетательный насос установлен под фильтровальной сеткой. Канал для чистой воды, сообщающийся с выпуском откачивающего и нагнетательного насоса, установлен на другой стороне короба (3) сбора порошка горной породы. Отверстие внешней водяной трубы установлено на месте впуска канала для чистой воды. Передний конец трансмиссионного вала снабжен кольцевой внутренней канавкой, внутренняя стенка которой снабжена входными отверстиями для чистой воды. Задний конец трансмиссионного вала снабжен цилиндрической внутренней канавкой, внутренняя стенка которой снабжена поглощающими сточную воду отверстиями. Откачивающий и нагнетательный насос перекачивает шлам в бурящемся отверстии и выпускает шлам в шламовую камеру через поглощающие сточную воду отверстия. Сепарированная вода подается насосом в канал для чистой воды для повторного использования. Экономится водный ресурс и порошок горной породы в бурящемся отверстии своевременно собирается, при этом улучшается эффективность бурения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Интегрированная бурильная установка для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки, содержащая цилиндр (7) наддувочного воздуха, двигатель (8), рычаг (9) управления, регулятор (11) крутящего момента и глушитель (12), в которой:

поддерживающее соединительное устройство (10) установлено на цилиндре (7) наддувочного воздуха,

передний конец цилиндра (7) наддувочного воздуха соединен с задним концом двигателя (8),

рычаг (9) управления установлен на соединительной части между цилиндром (7) наддувочного воздуха и двигателем (8),

глушитель (12) установлен на внешней части двигателя (8),

передний конец двигателя (8) соединен через регулятор (11) крутящего момента с механизмом (17) оптимальной циркуляции воды, который содержит трансмиссионный вал (6) и циркуляционный насос профильтрованной воды, установленный при помощи муфты на трансмиссионном валу (6);

причем

циркуляционный насос профильтрованной воды содержит короб (3) сбора порошка горной породы,

фильтровальная сетка (1) установлена на одной стороне короба (3) сбора порошка горной породы,

откачивающий и нагнетательный насос (2) установлен под фильтровальной сеткой (1),

канал (15) для чистой воды, сообщающийся с выпуском откачивающего и нагнетательного насоса (2), расположен на другой стороне короба (3) сбора порошка горной породы, и

отверстие (13) внешней водяной трубы расположено на впуске канала (15) для чистой воды;

кольцевая внутренняя канавка с множеством входных отверстий (5) для чистой воды во внутренней стенке расположена на переднем конце трансмиссионного вала (6), и

цилиндрическая внутренняя канавка с множеством поглощающих сточную воду отверстий (4) во внутренней стенке расположена на заднем конце трансмиссионного вала (6).

2. Интегрированная бурильная установка для бурения с водоотведением для анкера подошвы выработки по п. 1, в которой:

обратный клапан (14) установлен на выпуске откачивающего и нагнетательного насоса (2).