CN105408584A - 用于挖掘井筒的掘进设备和掘进方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于井筒(1)的掘进设备和方法，按本发明规定，在一个井筒掘进循环期间，支架(2)移动一次，但钻机(3)借助支承缸(11)和移动缸(13)至少移动两次。由此可以达到更有效的掘进作业。

Description

用于挖掘井筒的掘进设备和掘进方法

技术领域

本发明涉及一种按照专利权利要求1前序部分所述的井筒掘进设备。

此外本发明还涉及一种井筒掘进方法。

背景技术

由US-A-4646853已知一种按此类型的井筒掘进设备和方法。按此类型的设备有设在沿掘进方向后侧的支架以及有设在沿掘进方向前侧的钻机。支架和钻机通过一些沿掘进方向工作的支承缸互相连接。钻机有一些用于径向和轴向夹紧的夹紧模件、一些沿掘进方向工作的移动缸、以及一个钻头，钻头与这些移动缸连接并设计为当夹紧被激活的夹紧模件时挖深井筒。此外按此类型的设备还配备有安全模件，它们安装在支架上并设计用于有时与钻机的夹紧交替地沿径向和轴向夹紧支架。

在井筒掘进时为了开始一个掘进循环，激活(aktivieren)用于夹紧钻机和支架的夹紧模件及安全模件。支承缸完全伸出，而移动缸缩回。在钻头起动后，移动缸最大伸出，直至在掘进循环期间达到最大掘进深度。接着，移动缸完全缩回并提升钻头。然后对安全模件去激活(deaktivieren)以及支承缸缩回，从而使支架下沉，而钻机继续夹紧。接看，重新激活安全模件，从而夹紧支架。现在对夹紧模件去激活，由此释放的钻机通过伸出支承缸下沉。接着，为了沿轴向和径向夹紧钻机重新激活夹紧模件，从而能开始一个新的掘进循环。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种前言所述类型的井筒掘进设备和方法，用它们可以有效掘进井筒。

上述技术问题按本发明通过前言所述类型具有专利权利要求1所述特征的设备得以解决。

此外，上述技术问题通过一种具有专利权利要求8特征的井筒掘进方法得以解决。

现在，按照本发明可以在按本发明的设备中仅悬挂式固定并尤其不沿轴向夹紧的支架的两个下沉行程之间，实施钻机的至少两个进给行程，其结果是使在彼此相继的掘进循环之间的设备安装时间保持为较短。

本发明另一些恰当的扩展设计是从属权利要求的技术主题。

附图说明

由下面对附图所示实施例的说明中可知本发明其他恰当的扩展设计和优点。其中：

图1表示按本发明的设备一种实施例在掘进循环开始时的示意侧视图，包括彼此间距最小的支架和钻机；

图2表示按图1的实施例示意侧视图，包括一个与按图1的布局相比通过移动缸朝掘进方向前移的钻机钻头；

图3表示按图1的实施例示意侧视图，包括一个与按图1的布局相比通过支承缸下沉的钻机和与按图2的布局相比后撤的钻头；

图4表示按图1的实施例示意侧视图，包括一个从按图3的布局出发相应于按图2的布局借助移动缸朝掘进方向前移的钻头；

图5表示按图1的实施例在下一个掘进循环开始时的示意侧视图，包括与按图1的布局相比总共朝掘进方向位移的支架和钻机；

图6表示按图1至图5的实施例一种扩展设计的示意侧视图，其中，为了给井筒的井壁加衬设置预制井壁；

图7表示按图6的实施例在完成预制井壁装配时的示意侧视图；

图8表示按本发明的设备另一种实施例示意侧视图，包括具有一个输送容器的输送装置；

图9表示按图8的实施例剖视图；

图10表示按图8的实施例通过支架剖开示出的另一个剖视图；

图11表示图8至图10所示按本发明设备的实施例一种扩展设计的示意侧视图，包括具有两个输送容器的输送装置；

图12表示按图11的扩展设计通过支架剖开示出的剖视图，包括对准一个输送容器的回转槽；

图13表示按图11的扩展设计通过支架剖开示出的剖视图，包括对准另一个输送容器的回转槽；

图14表示按本发明的设备另一种实施例示意侧视图，它设计有液压输送装置；

图15表示按图14的实施例剖视图；以及

图16表示按图14的实施例另一个剖视图。

具体实施方式

图1表示按本发明的设备一种实施例的示意侧视图，设备用于沿基本上垂直延伸并遵循重力方向的掘进方向掘进作为井筒的主井1。按图1的实施例有沿掘井方向设置在后侧的支架2，以及有沿掘井方向设置在前侧的钻机3。

支架2有一些井筒吊盘4、5、6、7，它们沿径向经过主井1横截面最大的区域延伸，以及在按规定布置时在主井1中沿掘进方向上下相继排布。为了沿径向稳定支架2存在径向稳定器8。将一组径向稳定器8安装在最临近钻机3的那个在井底侧的井筒吊盘4旁。另一组径向稳定器8固定在斜撑支护9旁，斜撑支护在离井底侧井筒吊盘4最远的那个井口侧井筒吊盘7与一个与井底侧(原文如此)井筒吊盘7相邻、在中间位置的井筒吊盘6之间延伸并与它们连接。

径向稳定器8仅设计用于无间隙地稳定支架2，防止沿径向运动。然而径向稳定器8不设计用于沿主井1径向和轴向夹紧支架2，使支架2在钻机3为了掘进主井1的作业期间能承受沿径向和轴向使钻机稳定的力。

此外，在井底侧的井筒吊盘4上安装吊架的一些钢绳(Seiten)10，它们从支架2出发通过主井1延伸。

在与钻机3相对置的井底侧井筒吊盘4上安装一些沿掘进方向工作的支承缸11，它们从井底侧的井筒吊盘4出发朝钻机3的方向延伸并与钻机3连接。

钻机3有支托框架12，在支托框架12上一方面安装支承缸11，以及另一方面安装沿掘进方向工作的移动缸13，它们从井底侧的井筒吊盘7(原文如此)出发朝钻机3钻头14的方向延伸并与其连接。

此外，按图1所示可以看出，钻机3配备有一些夹紧模件15，它们作用在钻机3的钻孔平台16上并配备有夹紧缸17，夹紧缸17沿径向延伸、在径向内侧与钻孔平台16连接以及在径向外侧设置有夹板18。夹紧模件15设计用于沿径向和轴向将钻机3夹紧为，使得能由钻机3基本上全部承受钻机3在为了掘进主井1的作业期间尤其通过钻头14产生的力。

有利地，钻机3有外密封凸缘19，它沿径向，必要时在保留对于安全无害的最小剩余间隙的情况下，能与主井1横截面相匹配，以及钻机3在钻孔平台16的区域内相对于支架2径向封闭。

钻头14配备有一些驱动电机20，借助它们可驱动通过支承缸22稳定的旋转传动装置21绕平行于掘进方向的旋转轴线旋转。旋转传动装置21用钻头传动轴承23相对于钻孔平台16支承，以及有一些传动臂24，它们在旋转传动装置21与锥形采掘轮25之间延伸。锥形采掘轮25在其离旋转传动装置23最大距离的区域内有排出口25′。

锥形采掘轮25配备有一些采掘刀具26，它们朝掘进方向，沿设计为互补锥形的主井掘进工作面27，从钻孔平台16在按图1的布局中径向的外部出发，延伸到横截面比主井1小得多、沿主井1延长线从主井口28朝掘进方向延伸的勘探井筒29。排出口25′汇入勘探井筒29中，所以由钻头14采掘的材料可经过勘探井筒29运出。

图1表示按本发明设备的实施例在掘进循环开始时在轴向的循环起始位置，此时，在此实施例中支承缸11和移动缸13处于最大缩回的内缩位置，所以支架2与钻机3和井底侧的井筒吊盘4与钻孔平台16有绝对最小距离。

在图1和随后的附图中，通过用点划划表示的基准线31，描绘支架2沿掘进方向在掘进循环开始时的位置，基准线31的绝对位置不允许变动。

在掘进循环的一开始，通过伸出夹紧缸17并将夹板18压靠在主井1的主井内壁30上，沿轴向和径向借助夹紧模件15将钻机3夹紧为，使钻机3基本上能完全承受在钻头14工作时沿径向和轴向的作用力。

接着，钻机3的钻头14为了挖深主井1被置于运行之中。钻机3的移动缸13根据沿掘进方向的采掘速度朝掘进方向伸出。

图2表示按图1的实施例在掘进循环一个阶段时的示意侧视图，此时移动缸13通过将钻头14置于前移的位置现在处于外伸位置。在图示的实施例中，此外伸位置相应于移动缸13的最大行程。在按图2的布局中支架2的高度位置，与按图1的布局相比没有改变。

图3表示按图1的实施例，与按图1的布局相比处于掘进循环的下一个阶段，造成这一状况在于从按图2的布局出发通过缩回夹紧缸17将夹紧模件15离开主井内壁30，接着，支承缸11伸出至外伸位置使钻机3与钻头14前移，以及移动缸13缩回至内缩位置使钻机3后撤。在图示的实施例中，支承缸11在图4中表示的外伸位置相应于支承缸11的最大行程。接着，借助夹紧模件15通过伸出夹紧缸17将夹板18贴靠在主井内壁13(原文如此)上重新夹紧钻机3。

从按图3的布局出发，再次将钻头14置于运行之中，以及移动缸13根据掘进速度朝掘进方向重新伸出至外伸位置。

图4表示按图1的实施例在掘进循环结束时的示意侧视图，此时在支架2相应于按图1的布局尚未改变的位置下，移动缸13与按图3的布局相比现在重新处于在这里最大伸出的外伸位置。

图5表示按图1的实施例在下一个掘进循环开始时的示意侧视图，为此，与按图1的布局相比，支架2现在通过伴随吊架纲绳(Seite)10，朝掘进方向下沉支承缸11与移动缸13外伸行程之和。

在图5中，支架2和钻机3相比于按图1布局的下沉，通过在井口侧的井筒吊盘7离基准线31的距离可以清楚看出。

在一种略有变更的实施例中，按本发明的设备设计为，在支架2朝掘进方向下沉前，支承缸11从最大缩回的内缩位置，经过多个中间位置，一直运动到最大伸出的外伸位置。

图6表示按本发明的设备借助图1至图5说明的实施例的一种扩展设计的示意侧视图，其中，在按图1至图5的实施例与按图6的扩展设计中，彼此对应的元件采用相同的附图标记，以及为了避免重复，下面不再详细说明它们在实施借助图1至5说明的方法时的工作方式。按图6的扩展设计设计为，主井内壁30用丘宾筒块32衬里，它们由优选地通过混凝土构成的后背充填料33作背托。为此，按图6的扩展设计具有沿径向在外侧配备有可充气的丘宾筒装配密封井框的丘宾筒装配井框34，它安装在钻孔平台16上，以及如图6所示，可通过它将丘宾筒块32借助径向定位缸35沿径向定位。

图7表示按图6的扩展设计的示意侧视图，包括处于井底侧的丘宾筒块32，它们作为沿圆周闭合的丘宾筒井框，借助轴向定位缸36，逆掘进方向沿轴向压靠在沿掘进方向已完成装配的丘宾筒块32上。此外，在按图7的视图中还可以看出，用作后背充填料33的材料，如优选地液态混凝土，在丘宾筒装配密封井框为了密封充气后，可以借助输入管37朝轴向下方，输入借助轴向定位缸36固定的丘宾筒块32与主井内壁30之间。

图8表示按本发明的设备另一种实施例示意侧视图，其中，在按图8的实施例与按图1至图5的实施例中，彼此对应的元件采用相同的附图标记，以及，如井筒掘进时的程序，部分在下面不再详细说明。按图8的实施例与按图1至图5的实施例以及与按图6和图7的扩展设计的差别在于，将钻头14填补在主井井底27的区域内。

为了运出被钻头14采掘的材料，按图8的实施例配备有输送装置，它有抽吸管38，抽吸管38汇入锥形采掘轮25的在主井井底一侧最深的区域内，并离开钻机3延伸到支架2内。抽吸管38在背对钻机3的那一侧，汇入输送装置设置在支架2中的抽吸罐39内。抽吸罐38在其面朝钻机3的那一端设有可回转的抛掷活门40，以及配备有固定不动的固定溜槽41，它汇入可沿轴向运动的输送容器42内。因此，当抛掷活门40打开时，落入抽吸罐39内的材料可转移到输送容器42内，并可通过输送容器42从主井1运出。

在抽吸罐39背对钻机3那一端存在输送装置的Y状连接管道43的一端，它将其另外两端汇入第一抽气机44和第二抽气机45。通过抽气机44、45可造成相对负压，借助负压经过抽吸管38和抽吸罐39，可以将采掘作业中落下的材料从作为这里唯一井筒的主井1井底区运出。

图9表示按图8的实施例沿图8中Ⅸ-Ⅸ平面的剖视图。由图9可以看出，针对图9中没有表示的输送容器42存在输送容器导向罩46，为了能沿轴向导引输送容器42。此外由按图9的视图中还可以看出，井底侧的输送吊盘4携带有一些工作设施，如混凝土喷浆罐47、控制室48、电箱49以及液压泵站50。此外在图9中还可看到通风管51，经过它可以将新鲜空气供给主井1。

此外，由按图9的视图能特别清楚地看出，支架2借助多条钢绳10吊挂，它们将其在井筒侧的端头固定在处于井筒采掘区那一侧的井筒吊盘4上。

图10表示按图8的实施例沿图8中Ⅹ-Ⅹ平面的剖视图。由图10能清楚看出，固定不动的固定溜槽41是如何汇入输送容器42内的，使送入抽吸罐39中的材料能可靠地从主井1运出。

图11表示按本发明的设备借助图8至图10说明的实施例的一种扩展设计，其中，在按图8至图10的实施例与按图11的扩展设计中，彼此对应的元件采用相同的附图标记，以及，部分在下面不再详细说明。按图11的扩展设计与按图8至图10的实施例的差别在于，在输送装置中存在第一输送容器52以及在按图11的视图中用虚线表示的第二输送容器53，在作业时为了有效接纳来自抽吸罐38的材料，它们可以在支架2内交替定位。为了给输送容器52、53装料，存在可旋转的回转槽54，它能或对准第一输送容器52，或对准第二输送容器53。

图12用沿图11中Ⅻ-Ⅻ平面的剖面，表示按图11的扩展设计的剖视图，包括处于对准第一输送容器52的位置时的回转槽54。在如此定向时，现在可将来自抽吸罐39的材料给第一输送容器52装料。

图13表示按图11的扩展设计沿图11中Ⅻ-Ⅻ平面的剖视图，包括现在设置在支架2区域内的第二输送容器53以及对准第二输送容器53的回转槽54。在回转槽54如此定向时，现在可将来自抽吸罐39的材料充填第二输送容器53，而当图13中没有表示的第一输送容器52重新回归到按图12的布局时，可以通过外移第二输送容器53撤离。

图14表示按本发明的设备另一种实施例剖视图，作为前述诸实施例的替代方式，它配备有气动工作的输送装置和液压工作的输送装置。在按图14的实施例中存在主输送管55，它以一端终止在钻头14的区域内，并可通过主输送管55借助同样设置在钻头14区域内的主输送泵56，抽出在钻头14区域中存在的输送液57。

主输送管55的背对钻头14的那一端汇入除砂槽58中，通过它可以将在从钻头14区域排出的输送液57中所含有的较大的组分，作为粗粒卸料59排入中间料仓60内。为了从主井1运出，粗粒卸料59可以从中间料仓60转移到输送容器42内。

从钻头14区域排出的、去除较大组分的输送液57，转移到连接在除砂槽58下游的接受器61中，并借助井筒输送泵62经过井筒输送管63离开主井1。

井筒回程管道64和汇入钻头14区域内的主回程管道65，用于将输送液57供入钻头14的区域内。

图15表示按图14的实施例沿线ⅩⅤ-ⅩⅤ的剖视图。由图15所示的视图可以看出，粗粒卸料59可以从中间料仓60通过固定溜槽41转移到输送容器42内。

图16表示按图14的实施例沿线ⅩⅥ-ⅩⅥ的剖视图。由图16可以看出，粗粒卸料59自由落入朝除砂槽58方向开口的中间料仓60内。

Claims (11)

1.一种尤其用于实施按照权利要求7至10之一所述方法的井筒掘进设备，包括沿掘进方向设置在后侧的支架(2)和沿掘进方向设置在前侧的钻机(3)，其中，支架(2)与钻机(3)通过一些沿掘进方向工作的支承缸(11)互相连接，以及其中，钻机(3)有一些用于沿径向和轴向夹紧的夹紧模件(15)、一些沿掘进方向工作的移动缸(13)、以及一个钻头(14)，钻头(4)与这些移动缸(13)连接并设计为，当夹紧被激活的夹紧模件(15)时挖深所述井筒(1)，其特征为：支架(2)与一个只具有一个面朝钻机(3)方向的轴向作用方向的吊架(10)连接，支架(2)借助该吊架能够克服重力地定位在不同的轴向循环起始位置上。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征为，吊架具有一些与支架(2)连接的钢绳(10)。

3.按照权利要求2所述的设备，其特征为，支架(2)具有一个与所述钻机(3)相对置地在井底侧的井筒吊盘(4)，钢绳(10)和支承缸(11)安装在此井筒吊盘(4)上。

4.按照权利要求1至3之一所述的设备，其特征为，支承缸(11)和移动缸(13)安装在钻机(3)的支托框架(12)上。

5.按照权利要求1至4之一所述的设备，其特征为，气动输送装置与抽吸管(38)连接，通过抽吸管能够将钻机(3)采掘的材料朝支架(2)方向输送。

6.按照权利要求5所述的设备，其特征为，输送装置具有两个输送容器(52、53)和一个回转溜槽(54)，通过回转溜槽能够排出从抽吸管(38)输入抽吸罐(39)中的材料。

7.按照权利要求1至4之一所述的设备，其特征为，存在具有主输送管(55)的液压输送装置，借助主输送管能够将钻机(3)采掘的材料朝支架(2)方向输送。

8.一种尤其借助按照权利要求1至7之一所述设备的井筒掘进方法，包括下列步骤，

a)通过支承缸(11)在内缩位置将支架(2)设置在轴向的循环起始位置，以及通过移动缸(13)在内缩位置将钻机(3)设置为离支架(2)有最小间距，

b)借助夹紧模件(15)沿轴向和径向夹紧钻机(3)，

c)通过伸出移动缸(13)至外伸位置，操纵钻机(3)的钻头(14)挖深井筒(1)，

d)松开夹紧模件(15)，

e)伸出支承缸(11)至外伸位置，以及缩回移动缸(13)至一个内缩位置，

f)借助夹紧模件(15)重新沿轴向和径向夹紧钻机(3)，

g)通过重新伸出移动缸(13)至外伸位置，操纵钻头(14)进一步挖深井筒(1)

h)重新松开夹紧模件(15)，

i)通过缩回支承缸(11)和移动缸(13)分别到内缩位置，下沉支架(2)到下一个轴向的循环起始位置，以及

k)继续实施步骤a)至i)，直至达到预定的井筒掘进深度。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征为，移动缸(13)在步骤a)、c)、e)、g)和i)时总是在其最大缩回的内缩位置或最大伸出的外伸位置。

10.按照权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征为，支承缸(11)在步骤a)、e)和i)时分别在其最大缩回的内缩位置或最大伸出的外伸位置。

11.按照权利要求8或权利要求9所述的方法，其特征为，支承缸(11)在步骤e)时在至少一个处于最大缩回的内缩位置与最大伸出的外伸位置之间的中间位置；以及，在这个或每个中间位置，步骤b)、c)、d)、e)、f)、g)和h)以及步骤e)实施支承缸(11)伸出至外伸位置或另一个中间位置。