Мобильный буровой аппарат
Предложение относится к технологии проходки скважин и выработок в осадочных горных породах и мерзлых грунтах с помощью буровых аппаратов, использующих сжатый рабочий агент в виде струй. Аппарат выполнен в виде удлиненного корпуса 4, 9 или 12 и имеющего генератор рабочего агента или размещенный в полости корпуса 4, или выполненный в виде емкости (фиг.4), заполненной рабочей жидкостью и имеющей нагревательный элемент; генератор также может быть выполнен в виде аккумулятора (фиг.5) 3 сжатого газа (воздуха), соединенного с помощью одного 8 или нескольких: 9, 10 рабочих аккумуляторов газа с бурильным агрегатом 12 (фиг.5); в каждом случае бурильный агрегат использует сжатый рабочий агент и разрушение пород на забое ведется физическим методом - за счет воздействия на породу забоя энергией струй под давлением, что предупреждает механический контакт агрегата с породой и увеличивает его срок службы; при этом возможна проходка скважин с транспортного средства (фиг.1), с помощью механизма 12 (фиг.4),.манипулирующего агрегатом, а также возможна работа одновременно нескольких агрегатов 12 (фиг.5) при проходке, например, трех выработок II и 14 одновременно, различных заданных диаметров и различной необходимой глубины.
Такое выполнение мобильного бурового аппарата позволяет вести работы по образованию скважин под опоры сооружений, мачт, линий ЛЭП, береговых фортификационных сооружений, проходов под насыпями и различными препятствиями; образование скважин в направлении снизу - вверх при оперативном сообщении шахты с атмосферой.
Предложение относится к технологии проходки скважин и выработок в осадочных горных породах и мерзлых грунтах путем воздействия на разрушаемую минеральную среду энергией струй рабочего агента, истекающих под давлением из рабочего органа аппарата.
В настоящее время известны принципиальные направления развития данной технологии и технических решений, из которых наиболее представительными являются буровые аппараты, использующие энергию струй сжатого рабочего агента (газа, парогазовой смеси) для разрушения пород на забое проходимой скважины /2/, /3/, /4/.
Такие буровые аппараты выполнены в виде удлиненного корпуса цилиндрической формы и имеют силовую установку, рабочий орган и вспомогательное оборудование для ведения буровых работ.
Общим недостатком таких буровых аппаратов являются незначительная производительность ввиду необходимости использования дополнительных механизмов для осуществления работ, что связано с операциями стыковки нескольких технических средств и нескольких технологических процессов в единую технологию и связано с затратами машиновремени и трудозатратами, снижающими общую эффективность процесса проходки скважины или выработки на рабочей площадке.
Наиболее близким по технической сущности является мобильный буровой аппарат, содержащий рабочий породоразрушающий орган, соединенный с корпусом аппарата, который соединен с агрегатом для выработки рабочего породоразрушающего агента, формируемого в виде струй под давлением для разрушения породы на забое /1/.
Обладая определенным преимуществом перед аналогами, этот мобильный буровой аппарат обладает также существенным и очевидным недостатком, который заключается в его принципиальной конструктивной схеме - отсутствие агрегатов и узлов для возможности соединения с различными генераторами рабочего агента, что существенно ограничивает
технологические операции бурового аппарата, снижает его технические и тактико-технологические характеристики, ограничивая, тем самым, возможности более широкого использования этого аппарата.
Технической задачей и технологическим результатом данного предложения является расширение технологических операций, выполняемых буровым аппаратом в условиях различных требований рабочих площадок; оперативная совместимость бурового аппарата с традиционными агрегатами и устройствами для осуществления заданных буровых работ при проходке скважин и выработок в различных направлениях; увеличение при этом мобильности и повышение производительности бурового аппарата при использовании различных рабочих агентов.
Это в мобильном буровом аппарате достигается за счет того, что при проходке скважин и выработок в осадочных горных породах путем воздействия на разрушаемую минеральную среду энергией струй рабочего агента под давлением, буровой аппарат содержит транспортное средство, на котором размещается при доставке на рабочую площадку, при этом буровой аппарат имеет корпус с генератором или аккумулятором рабочего агента, оснащен соплами на породоразрушающем рабочем органе, который соединен с корпусом аппарата, сопла предназначены для ориентирования струй рабочего агента на забой и для формирования восходящего потока бурового шлама к устью скважины, при этом буровой аппарат имеет возможность свободного ориентирования его бурильного агрегата, которым оснащен аппарат, по отношению к вертикали и горизонтали за счет оснащения его механизмом с направляющей для задания направления проходки скважины, выполненным в виде ролика и регулируемого стабилизатора с помощью рейки и зубчатого фиксатора, установленных на бурильном агрегате.
При этом аппарат оснащен несколькими бурильными агрегатами для возможности одновременной проходки нескольких выработок в заданных различных, по вертикали и по горизонтали, направлениях.
А генератор рабочего агента аппарата выполнен в виде камеры, заполненной топливным компонентом, и размещенной в корпусе агрегата.
При этом генератор рабочего агента выполнен в виде емкости, заполненной рабочей жидкостью и имеющей нагревательный элемент.
Буровой аппарат имеет аккумулятор рабочего агента, выполненный в виде ресивера высокого давления, соединенного посредством рабочего ресивера с бурильным агрегатом или с несколькими агрегатами.
Мобильный буровой аппарат раскрывается далее на чертежах, где:
на фиг.1 представлен общий вид мобильного бурового аппарата;
на фиг.2 показан бурильный агрегат аппарата;
на фиг.3 показана деталь бурильного агрегата;
на фиг.4 показана технологическая схема бурового аппарата;
на фиг.5 - также представлена технологическая схема аппарата. Мобильный буровой аппарат содержит транспортное средство 1 с грузоподъемным устройством 2 и полноповоротной платформой 3 (фиг.1), на которой и размещен, собственно, мобильный буровой аппарат 4 в направляющей 5, предназначенной для ориентирования аппарата 4 при проходке скважины или выработки (фиг.2) за счет поршневого узла 6 и шаровой шарнирной подвески 7, соединенных с направляющей 5, при этом аппарат имеет стабилизатор 8, закрепленный шарнирно на корпусе, а направляющая имеет приспособление 9 с роликом для взаимодействия с выступом 10 стабилизатора 8 и установления его положения на корпусе с помощью зубчатой рейки II (фиг.3), зубчатого фиксатора 12 с регулятором 13 и возвратной пружиной 14, отжимающей рейку к ролику 9.
Буровой аппарат содержит бурильный агрегат с рабочим органом 15, имеющим сопла, ориентированные на забой и сопла, ориентированные к устью скважины для направления на забой струй рабочего агента и для формирования восходящего потока бурового шлама к устью скважины. Бурильный агрегат может иметь в своем корпусе топливный элемент, преимущественно из твердого топлива (типа НМФ-2), при расходе которого вырабатывается газ или парогазовая смесь, поступающая в рабочий орган 15, или может быть оснащен емкостью 16 с рабочей жидкостью, нагреваемой с помощью обкладок 17 ТВЧ, соединенных с источником 18 электроэнергии; из емкости 16 рабочую жидкость подают по магистрали 19 в аппарат 4 и рабочий орган 15 для образования выработки 20 или скважины 21 (фиг.4). Кроме того рабочий орган 15 может быть подпитан сжатым газом (фиг.5) от ресивера 22 высокого давления и рабочего ресивера 23 через редуктор 24 и клапаны 25, 26 и 27
при условии подпитки одновременно нескольких бурильных агрегатов (фиг.5) от нескольких рабочих ресиверов 23 для одновренной проходки выработки 20, скважины 21 и выработок 28 под насыпью или другим препятствием, под которым необходимо проложить требуемую выработку.
Работа мобильного аппарата осуществляется следующим образом. Доставляют с помощью транспортного средства 1 буровой аппарат 4 на рабочую площадку и, в зависимости от задания, подготавливают бурильный агрегат с рабочим органом 15 для проходки или наклонной выработки (фиг.2 и фиг.5), или горизонтальной выработки (фиг.5), или для проходки вертикальной скважины 21 (фиг.4 и фиг.5), используя при этом имеющийся в наличии рабочий агент: в качестве которого используют или газ под давлением, вырабатываемый от расхода топливного компонента, или используют энергию перегретой рабочей жидкости из емкости 16, или используют энергию сжатого газа, например, воздуха из ресивера 22 и 23. При истечении струй под давлением из сопел рабочего органа 15 осуществляется разрушение породы на забое и выброс бурового шлама в формируемом восходящем потоке к устью проходимой скважины или проходимой выработки.
При проходке вертикальной скважины (фиг.4)(фиг.5) корпус бурильного агрегата ориентируют вертикально по направлению проходки; а при проходке наклонной выработки (фиг.2, фиг.5) ориентируют направляющую 5 под заданным углом наклона оси выработки; это осуществляют за счет включения в работу поршневого узла 6 и ориентирования стабилизатора 8 на корпусе аппарата 4 с помощью ролика 9 и рейки II, как указано ранее (фиг.3, фиг.2). При необходимости одновременной проходки нескольких выработок и скважин (фиг.5) используют одновременно несколько бурильных агрегатов, с помощью которых одновременно проходят, например, три выработки: вертикальную, наклонную и горизонтальную, последнюю проходят под препятствием, в частности под насыпью, дорожным полотном, для прокладки необходимой коммуникации в каждой выработке.
Таким образом, разработанный и экспериментально-опытно проверенный
мобильный буровой аппарат является прогрессивным техническим средством для многоцелевого использования в условиях рабочих площадок т.к. технологически легко вписывается в существующие энергообеспечивающие системы, дающие возможность работать бурильному агрегату как на топливном компоненте, так и на рабочей жидкости, а также на сжатом воздухе, т.е. на рабочих агентах, которые всегда присутствуют на современных рабочих площадках, что придает аппарату не только мобильность, но и повышает его производительность ввиду устранения невынужденных простоев.
При необходимости заявитель может представить более подробные
технические и технологические характеристики данного мобильного бурового аппарата.
(56) Источники информации, принятые во внимание:
1. Плугин А.И., RU 2168598, 10.06.2001. - (прототип).
2. Плугин А.И., RU 2167266, 20.05.2001.
3. Плугин А.И., RU 2155976, 10.09.2000.
4. Плугин А.И., RU 2178503, 20.01.2002.
5. Плугин А.И., RU 2225931, 30.07.2002.
6. ДЕ 2607046, 16.02.1978.
7. US 3934659 А, 27.01.1976.
8. US 4073351, 12.02.1978.
9. FR 2483509, 27.12.1997.
1. Мобильный буровой аппарат для проходки скважин и выработок в осадочных горных породах путем воздействия на разрушаемую минеральную среду энергией струй рабочего агента под давлением, содержащий бурильный агрегат, размещаемый на транспортном средстве для доставки его на рабочую площадку, имеющий корпус с генератором или аккумулятором рабочего агента, соединенный с породоразрушающим рабочим органом, оснащенным соплами для ориентирования струй рабочего агента на забой и формирования восходящего потока бурового шлама к устью скважины, при этом буровой аппарат имеет возможность принудительного ориентирования бурильного агрегата по отношению к вертикали и горизонтали за счет оснащения его механизмом с направляющей для задания направления проходки скважины, выполненным в виде ролика и регулируемого стабилизатора с помощью рейки и зубчатого фиксатора, установленных на бурильном агрегате.
2. Мобильный буровой аппарат по п.1, отличающийся тем, что он оснащен несколькими бурильными агрегатами для возможности одновременной проходки нескольких выработок в различных направлениях.
3. Мобильный буровой аппарат по п.1, отличающийся тем, что генератор рабочего агента выполнен в виде камеры, заполненной топливным компонентом, и размещенной в корпусе агрегата.
4. Мобильный буровой аппарат по п.1, отличающийся тем, что генератор рабочего агента выполнен в виде емкости, заполненной рабочей жидкостью и имеющей нагревательный элемент.
5. Мобильный буровой аппарат по п.1, отличающийся тем, что аккумулятор рабочего агента выполнен в виде ресивера высокого давления, соединенного посредством рабочего ресивера с бурильным агрегатом или с несколькими агрегатами.
