Автоматическая проходка подземных газоходов без применения подземного человеческого труда является основным техническим средством дешевой добычи энергии путем газификации углей под землей.
Обычные методы горной техники - бурение скважин и проходка шахт, штреков, гезенков, газоходов, применяемые в настоящее время, не могут обеспечить быстрого развития подземной газификации углей и обходятся слишком дорого. Поэтому важно создать управляемый с земной поверхности аппарат, который мог бы проникнуть на глубины, недоступные человеку, и бурить газоходы в любых направлениях по строго заданному курсу.
Для того чтобы преодолевать сопротивление такой плотной среды, как земная кора и угольный пласт, этот аппарат должен дробить и, продвигаясь, удалять породу. Но для того чтобы преодолевать сопротивление, аппарат должен иметь опору. До сих пор опорой буровых инструментов являются буровые штанги, связанные с надземными сооружениями. Однако штанговое бурение удобно только для вертикальных скважин, что же касается бурения наклонных и горизонтальных скважин на большой глубине с необходимыми поворотами по заданному курсу, то здесь штанги применить нельзя. Отсюда ясна важность разрешения проблемы бесштангового бурения скважин, т.е. создания такого устройства, которое имело бы очень сильное сцепление с почвой и в то же время легко передвигалось по выработке.
Для этой цели уже предлагались устройства, передвигающиеся в выработке при помощи шагающего механизма, приводимого в действие жидкой средой и снабженного опорными колодками, упирающимися в стенки выработки.
Отличительной особенностью устройства, согласно настоящему изобретению, является применение для управления указанными раскрепляющими колодками двух конусов, каждый из которых соединен с гидравлическими или пневматическими цилиндрами, управляемыми с поверхности. Кроме того в устройстве применен золотник, вращающийся синхронно с двигателем, что дает возможность автоматически изменять скорость подачи устройства в зависимости от свойств проходимых пород. При этом для регулирования поступления рабочей среды к золотнику введен клапан, действующий от центробежного регулятора, непосредственно сочлененного с валом того же двигателя.
На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство в продольном разрезе.
Устройство представляет собою железный цилиндр 1, в передней части которого расположен фрезер 10, приводимый быстроходным двигателем 9.
Для осуществления поступательного движения устройства в недрах и по углю без вращения его корпуса в скважине применен шагающий механизм.
Внутри цилиндра 1 помещен цилиндр 2.
На цилиндре 1 имеются опорный пояс А, состоящий из нескольких чугунных колодок, закрепленных в вырезах цилиндра, расположенных по его образующей.
На цилиндре 2 имеется такой же опорный пояс В из колодок, закрепленных в соответствующих вырезах, на его образующей.
Колодки опорных поясов В и А скользят по поверхностям конусов 8 и 5 и могут попеременно то выходить на поверхность цилиндра, увеличивая диаметр опорного пояса, то скрываться внутрь цилиндров. При этом, когда колодки опорного пояса А выступают, то колодки пояса В прячутся и этот пояс с поверхности цилиндра исчезает, и наоборот - при появлении колодок пояса В, исчезают колодки пояса А, как это показано на чертеже. Возможно и такое положение, когда оба опорные пояса В и А спрятаны одновременно.
Движение устройства происходит таким путем. Когда выдвинут пояс В и этим путем устройство закреплено в почве, пояс А исчезает. После этого цилиндр 2 остается неподвижным, а цилиндр 1 вместе со своим скрытым поясом А передвигается вперед на величину шага перемещения, при этом общая длина корпуса увеличивается.
Далее цилиндр 1 останавливается, выдвигается опорный пояс А, которым он закрепляется в образовавшейся выработке а пояс В уходит внутрь цилиндра 2.
После этого цилиндр 2, пользуясь как опорой цилиндром 1, продвигается вперед, входя внутрь цилиндра 1, задняя часть устройства подтягивается к передней, и таким образом скрытый пояс В подтягивается к закрепленному поясу А на величину шага перемещения.
Когда подтянута задняя часть устройства (цилиндр 2), снова появляется и закрепляет ее опорный пояс В, а пояс А при этом убирается.
Цилиндр 1, пользуясь опорой В, снова выталкивается вперед, перенося и закрепляя пояс А на новом месте, после чего задняя часть устройства с поясом В снова подтягивается к передней.
Таким образом корпус устройства, периодически то удлиняясь, то укорачиваясь, последовательно переносит свои опорные пояса А и В на величину шага перемещения и, сохраняя сильное сцепление с выработкой, свободно передвигается вперед вдоль своей оси или по специально заданному наклону-подъему сообразно изменению поведения угольного пласта.
Механизм двигателя, производящего описанное поступательное движение, состоит из центральной трубы 4, составляющей одно целое с открытым с одного конца цилиндром 3. На эту трубу 4 надета ступица цилиндра 6, который одним своим кольцом надет на цилиндр, а в другой конец - его входит цилиндр 7, скрепленный своим дном с трубой 4.
К трубе 4 с цилиндром 3 крепится конус 5, по которому скользят колодки пояса А. Конус 5 через колодки пояса А сцеплен с цилиндром 1.
При движении конуса 5 вперед колодки пояса А прячутся в прорезы цилиндра 1 и затем продвигают этот цилиндр вперед. При движении же конуса 5 назад, наоборот, между ним и колодками пояса А получается клиновое соединение, колодки пояса А выступают из цилиндра 1 и закрепляют его в выработке, после чего и движение конуса 5 останавливается.
Также устроен конус 8 на цилиндре 6, причем этот конус заклинивает колодки пояса В при ходе цилиндра 6 назад, в то время, когда пояс А, наоборот, заклинивается при ходе цилиндра 3 вперед.
Цилиндры 3 и 7 вместе с трубой 4 и цилиндром 6 образуют две камеры С и D, в которые поочередно по шлангу 11 подается сжатый воздух или вода через золотниковый распределитель по каналам K и М.
На чертеже показано положение механизма при впуске воздуха по каналу М в камеру D, когда производится подача передней части цилиндра 1 вперед.
Воздух в камере D давит на стенки Р и Q и раздвигает цилиндры 3 и 6. При этом конус 5 движется вперед и убирает опорное кольцо пояса А, которое стремится подать вперед и цилиндр 1. Одновременно цилиндр 6 с конусом 8 движется назад и, заклинивая колодки пояса В, закрепляет цилиндр 2 в выработке.
После такого закрепления пояса В движение цилиндра 6 останавливается и цилиндр 1 отталкивается давлением на перегородку Р вперед.
После подачи цилиндра 1 вперед на некоторую величину его шага впуск воздуха в камеру D прекращается и переключается на камеру С при одновременном включении канала М на выхлоп. Когда создается давление в камере С на стенки Р и S, то конус 5 подается назад и закрепляет переднее опорное кольцо пояса А. Конус же 8 одновременно подается вперед, убирает кольцо пояса В и после закрепления кольца пояса А подтягивает цилиндр 2 к передней части устройства.
Опорное кольцо пояса В при этом, в свою очередь, передвигается на некоторый шаг вперед, приближаясь к кольцу пояса А. Затем снова дается давление в камеру D, причем закрепляется неподвижно кольцо пояса В, а кольцо пояса А отталкивается на новый шаг вперед. Затем цикл повторяется снова и таким образом происходит непрерывно периодическое движение устройства вперед.
Распределение давлений в камере С и D осуществляется цилиндрическим золотником L, который непрерывно вращается от двигателя 9 независимо от положения цилиндров 1 и 2.
Следовательно, при постоянной скорости вращения двигателя 9 постоянной будет также и частота пульсов движения устройства. При изменениях же числа оборотов двигателя 9 соответственно изменяется и частота пульсов, причем уменьшению числа оборотов соответствует уменьшение частоты пульсации движения устройства, а увеличению числа оборотов соответствует увеличение частоты пульсирующего движения устройства.
Кроме такой зависимости частоты шагов от скорости вращения, а следовательно, от лобового сопротивления фрезера 10, в зависимости от последнего поставлено и регулирование величины шагов которая зависит от изменения скорости воздуха каналах K и М.
Для этого подача воздуха к золотнику L регулируется клапаном d от центробежного регулятора R, связанного с двигателем 9.
Когда сопротивление вращению фрезера 10 возрастает и двигатель 9 снижает обороты, регулятор R перекрывает подачу воздуха, вследствие чего наряду с уменьшением частоты шагов уменьшается и скорость этих шагов и движение устройства замедляется.
При повышении скорости вращения фрезера 10, наоборот, устройство шагает чаще и шаги его делаются быстрее.
Таким образом нажим устройства на забой регулируется автоматически.
Положительной стороной предлагаемого устройства является также то, что бурение происходит с небольшими паузами. Фрезер измалывает пропластки породы в угле и уголь и продвигается вперед только тогда, когда цилиндр 2 закреплен неподвижно, а цилиндр 1, отталкиваясь от цилиндра 2, имеет поступательное движение вперед.
Когда же происходит остановка и закрепление опорным поясом А и подтягивание пояса B, то фрезер 10 вращается вхолостую и забой хорошо очищается усиленной продувкой.
Таким образом продукты бурения с правильными периодами выдуваются из забоя начисто, что равносильно процессу бурения с возвратно-поступательным движением сверла, несмотря на то, что устройство все время продвигается только вперед и возвратного движения не имеет.
1. Устройство для бесштангового бурения, снабженное шагающим механизмом с опорными колодками, работающими от гидравлического, пневматического или электрического двигателя, отличающееся тем, что для выдвижения раскрепляющих колодок служит конус 5, жестко соединенный с пневматическими или гидравлическими цилиндрами 3, 4 и 7, и конус 8, соединенный с цилиндром 6, подача рабочей среды в каковые цилиндры осуществляется с поверхности.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для автоматического изменения скорости подачи-устройства, в зависимости от свойств проходимых пород, предназначен золотник L, выполненной вращающимся синхронно с двигателем 9, а для регулирования поступления рабочей среды к золотнику L применен клапан d, действующий от центробежного регулятора R, который сочленен непосредственно с валом того же двигателя.
