RU2093657C1

RU2093657C1 - Drilling rig

Info

Publication number: RU2093657C1
Application number: RU92003403A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Гончар; М.Н. Климентов; В.С. Дрямов; Ю.А. Несват; Ю.Н. Сыркин; М.К. Пронин; В.В. Филатов; И.А. Тимошков
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1992-11-02
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: this drilling rig can be used for drilling bore-holes from underground chamber along side wall of underground working, also in driving tunnels in heavy hydrogeological conditions, and also when sections of watered unstable rocks require arrangement of freezing columns for creation of temporary ice-rock guarding. Drilling rig has mobile platform which carries supporting units, manipulator with movable boom and hinged units, and also lifting pad, frame 1, drilling machine, hydraulic station 8 with hydraulic drive, control panel, pump for delivery of flushing agent. Drilling rig is provided with C-shaped supports provided with additional hydraulic cylinders interacting with drilling machine. Supports allow for drilling machine to be displaced over periphery of drilling chamber and they permit drilling along side wall of drilling chamber with subsequent installation of freezing columns in them. To reduce longitudinal dimensions of drilling rig in installing freezing columns in tight conditions of drilling chamber, rig is provided with circular adapter. EFFECT: high efficiency. 1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к горному делу и в частности к сооружению горизонтальных и слабонаклонных замораживающих скважин из крупногабаритных тоннелей и других горизонтальных подземных выработок, возведение которых производится в сложных гидрогеологических условиях. В этом случае скважины необходим сооружать на участках обводненных неустойчивых пород и производить в них установку замораживающих колонн для образования временного ледопородного ограждения. The invention relates to mining and, in particular, to the construction of horizontal and slightly inclined freeze wells from large tunnels and other horizontal underground workings, the construction of which is carried out in difficult hydrogeological conditions. In this case, wells need to be built in areas of irrigated unstable rocks and installation of freezing columns in them to form a temporary ice-rock fence.

Известна бурильная установка БУА-3С, разработанная в ЦНИИ подземмаше и выпускаемая Копейским машзаводом, описанная в [1] включающая передвижную гусеничную ходовую часть, маслостанцию, пульт управления, подвижную площадку, манипулятор и буровой станок. Известная бурильная установка предназначена для бурения неглубоких шпуров в стенке горной выработки. A well-known drilling unit BUA-3C, developed at the Central Research Institute of Underground Machines and manufactured by the Kopeysk Machine Plant, described in [1], includes a mobile crawler undercarriage, oil station, control panel, moving platform, manipulator and drilling rig. Known drilling rig is designed for drilling shallow holes in the wall of a mine.

Недостатком известного устройства является то, что оно не предназначено для сооружения горизонтальных или слабонаклонных скважин из торцевой стенки буровой камеры, которая имеет незначительное расстояние между торцевыми стенками. A disadvantage of the known device is that it is not intended for the construction of horizontal or slightly deviated wells from the end wall of the drilling chamber, which has a small distance between the end walls.

Известно также устройство для бурения скважин [2] которое включает раму с опорным узлом, буровой станок с вращателем и буровым снарядом, маслостанцию, пути управления, гидропровод, насос для подачи промывочного агента. Известное устройство предназначено для бурения восстающих и наклонно-восстающих скважин. A device for drilling wells [2] is also known, which includes a frame with a support unit, a drilling rig with a rotator and a drill, an oil station, control paths, a hydraulic pipe, and a pump for supplying a flushing agent. The known device is intended for the drilling of uprising and deviating wells.

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет бурить скважины из торцевых стенок буровых камер. При этом нужно учитывать и то, что расстояние между торцевыми стенками ограничено, а торцевые стенки имеют небольшой размер. A disadvantage of the known device is that it does not allow to drill wells from the end walls of the drilling chambers. It should be borne in mind that the distance between the end walls is limited, and the end walls are small.

Наиболее близкой к заявленному техническому решению и принятой за прототип устройства является [3] включающая передвижную платформу с размещенными на ней опорными узлами, манипулятор с подвижной стрелой, шарнирным узлом и приводным гидроцилиндром, подъемную площадку, раму, буровой станок с вращателем и буровым снарядом, маслостанцию, пульт управления, гидропривод, насос для подачи промывочного агента. Известное устройство предназначено для бурения восстающих и наклонно-восстающих скважин из горизонтальной подземной горной выработки. Closest to the claimed technical solution and adopted as a prototype of the device is [3] including a mobile platform with support nodes placed on it, a manipulator with a movable boom, a hinged node and a driving hydraulic cylinder, a lifting platform, a frame, a drilling rig with a rotator and a drill, an oil station , control panel, hydraulic drive, pump for flushing agent supply. The known device is intended for drilling uprising and deviating wells from a horizontal underground mining.

Недостатком известного устройства является то, что оно не предусматривает сооружение скважин в торцевой стенке буровой камеры, имеющих направление вдоль боковой стенки горной выработки. A disadvantage of the known device is that it does not provide for the construction of wells in the end wall of the drilling chamber, having a direction along the side wall of the mine.

Задачей изобретения является создание устройства, обеспечивающего снижение трудоемкости при сооружении из буровой камеры горизонтальной подземной выработки скважин по периферии горной выработки вдоль ее боковой стенки при проходке выработки (тоннеля) на участках обводненных и неустойчивых пород и установку в пробуренные скважины замораживающих колонн для искусственного замораживания пород на этих участках на период проходки выработки (тоннеля) за счет получения фиксированного расстояния по контуру торцевой стенки буровой камеры. The objective of the invention is to provide a device that reduces the complexity when constructing a horizontal subterranean hole from a drilling chamber along the periphery of a mine along its side wall during excavation (tunnel) excavation in areas of irrigated and unstable rocks and installation of frozen columns in drilled wells for artificial freezing of rocks on these areas for the period of driving the tunnel (tunnel) by obtaining a fixed distance along the contour of the end wall of the drilling chamber.

Предложенное изобретение решает эту задачу с достижением технического результата следующим образом. The proposed invention solves this problem with the achievement of the technical result as follows.

Для реализации предложено устройство буровой агрегат, который включает передвижную платформу с размещенным на ней опорными узлами, манипулятор с подвижной стрелой, шарнирным узлом и приводным гидроцилиндром, подъемную площадку, раму, буровой станок с вращателем и буровым снарядом, маслостанцию, пульт управления, гидропривод, насос для подачи промывочного агента. Отличительной особенностью устройства является то, что рама бурового станка установлена на подъемной площадке с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси бурового снаряда посредством рычагов и дополнительных гидроцилиндров. For implementation, a device is proposed for a drilling unit, which includes a mobile platform with supporting nodes placed on it, a manipulator with a moving boom, a hinged unit and a driving hydraulic cylinder, a lifting platform, a frame, a drilling machine with a rotator and a drill, an oil station, a control panel, a hydraulic drive, a pump for supplying a flushing agent. A distinctive feature of the device is that the rig of the drilling rig is mounted on a lifting platform with the ability to move in a plane perpendicular to the axis of the drill through levers and additional hydraulic cylinders.

Таким образом появляется возможность размещения бурового станка в буровой камере, в зоне максимально приближенной к боковой ее стенке, поворот рамы бурового станка в заданное направление, после чего обеспечивается надежное закрепление и фиксация рамы бурового станка. Это обеспечивает заданное направление бурового снаряда в период бурения скважины и последующее перемещение с помощью подвижной стрелы манипулятора вдоль боковой стенки буровой камеры, Все это повышает точность выполнения буровых работ и снижает трудоемкость сооружения скважин и установки в них замораживающих колонн. Thus, it becomes possible to place the drilling rig in the drilling chamber, in an area as close to its side wall as possible, to rotate the drilling rig frame in a predetermined direction, after which reliable fixing and fixing of the drilling rig frame is ensured. This provides a predetermined direction of the drill during the drilling of the well and subsequent movement with the help of a movable boom of the manipulator along the side wall of the drill chamber.This increases the accuracy of drilling operations and reduces the complexity of well construction and installation of freezing columns in them.

Для облегчения установки замораживающих колонн в пробуренную скважину, вращатель бурового станка дополнительно снабжен кольцеобразным переходником, соединенным внутренней резьбой со шпинделем бурового станка, а наружная резьба переходника выполнена с возможностью периодического взаимодействия с устанавливаемой в скважину замораживающей колонной. To facilitate the installation of freezing columns in the drilled well, the rotator of the drilling rig is additionally equipped with an annular adapter connected by an internal thread to the spindle of the drilling rig, and the external thread of the adapter is made with the possibility of periodic interaction with the freezing string installed in the well.

На фиг. 1 изображен буровой агрегат в транспортном положении; на фиг. 2
дополнительная тележка с уложенным на ней оборудованием, шарнирный узел подвижной стрелы, подъемная площадка и др. на фиг. 3 вторая дополнительная тележка с уложенными на ней рамой, буровым станком, блоки механизмов крепления и фиксации; на фиг. 4 буровой агрегат в рабочем положении (схема); на фиг. 5 фрагмент перемещения бурового станка по периферии буровой камеры подземной горной выработки (вид со стороны забоя) на фиг. 6 кольцеобразный переходник.In FIG. 1 shows a drilling unit in a transport position; in FIG. 2
an additional trolley with equipment laid on it, a hinged assembly of a movable boom, a lifting platform, etc. in FIG. 3 second additional trolley with a frame mounted on it, a drilling rig, blocks of fastening and fixing mechanisms; in FIG. 4 drilling unit in working position (diagram); in FIG. 5 a fragment of the movement of the drilling rig along the periphery of the drilling chamber of an underground mine working (side view) in FIG. 6 ring adapter.

Буровой агрегат включает передвижную платформу 1 (фиг. 1), опирающуюся на передвижной блок 2 с колесами. На платформе 1 установлена рама 3 с размещенными на ней опорными узлами 4, которые шарнирно размещены по углам передвижной платформы 1 и снабжены элементами фиксации 5 (фиг. 4), винтовыми растяжками 6 и гидродомкратами 7. Устройство имеет также манипулятор 8 с подвижной стрелой 9 с шарнирным узлом 10 и приводным гидроцилиндром 11. В транспортном положении буровой агрегат дополнительно снабжают двумя передвижными тележками 12 (фиг. 2), на которых размещают подъемную площадку 13, раму 14 бурового станка 15, буровой станок 15 (фиг. 3) с вращателем 16 и буровым снарядом 17 (фиг. 4), емкости для циркуляции промывочной жидкости и другого вспомогательного оборудования и инструмента (на фиг. не показаны). The drilling unit includes a mobile platform 1 (Fig. 1), supported by a mobile unit 2 with wheels. A frame 3 is mounted on the platform 1 with supporting nodes 4 mounted on it, which are pivotally placed at the corners of the mobile platform 1 and are equipped with locking elements 5 (Fig. 4), screw brackets 6 and hydraulic jacks 7. The device also has a manipulator 8 with a movable boom 9 s the hinge assembly 10 and the driving hydraulic cylinder 11. In the transport position, the drilling unit is additionally equipped with two mobile trolleys 12 (Fig. 2), on which the lifting platform 13, the frame 14 of the drilling machine 15, the drilling machine 15 (Fig. 3) with a rotator 16 and drilling outfit 17 (FIG. 4), the container for the circulation of the washing liquid and other auxiliary equipment and tools (Fig. not shown).

В верхней части передвижной платформы 1 (фиг. 1) размещены маслостанция 18 с гидроприводом, пульт управления 19 и рабочая площадка 20 для размещения обслуживающего персонала, насос 21 для подачи промывочной жидкости, а в нижней ее части стеллажи 22 служат для размещения инструмента оборудования и замораживающих колонн 23. Подвижная стрела 9 со стороны подъемной площадки 13 (фиг. 2 и 4) также снабжена шарнирным узлом 24 с приводом от гидроцилиндров 25. In the upper part of the mobile platform 1 (Fig. 1) there is a hydraulic oil station 18, a control panel 19 and a work platform 20 for accommodating the operating personnel, a pump 21 for supplying washing liquid, and in the lower part of the shelving 22 they are used to place equipment tools and freezing columns 23. The movable boom 9 from the side of the lifting platform 13 (Fig. 2 and 4) is also equipped with a hinged node 24 with a drive from the hydraulic cylinders 25.

Для перемещения бурового станка 15 (из исходного положения, которое на фиг. 5 указано пунктиром) по периферии буровой камеры 26 (фиг. 5), подъемная площадка 13 снабжена рычагами 27, шарнирно установленными на ней, и дополнительными гидроцилиндрами 28, для привода рычагов 27, которые шарнирно соединены с рамой 14 бурового станка 15. Рама 14 снабжена механизмами крепления 29, которые могут быть выполнены в виде гидроцилиндров (фиг. 3) с элементами фиксации 30, выполненными в виде башмаков с индивидуальным приводом от гидроцилиндров. Буровой станок 15 снабжен гидродвигателем, цилиндром подачи (на фиг. не показаны), вращателем 16 (фиг. 4), соединенными с буровым снарядом 17. To move the drilling machine 15 (from the starting position, which is indicated by a dotted line in Fig. 5) around the periphery of the drilling chamber 26 (Fig. 5), the lifting platform 13 is equipped with levers 27, pivotally mounted on it, and additional hydraulic cylinders 28, for actuating the levers 27 which are pivotally connected to the frame 14 of the drilling rig 15. The frame 14 is equipped with fastening mechanisms 29, which can be made in the form of hydraulic cylinders (Fig. 3) with locking elements 30 made in the form of shoes with an individual drive from the hydraulic cylinders. The drilling rig 15 is equipped with a hydraulic motor, a feed cylinder (not shown in FIG.), A rotator 16 (FIG. 4) connected to the drill 17.

Для работы бурового агрегата производят следующие основные операции. Подготавливают передвижную платформу 1, соединяют ее с дополнительными передвижными тележками 12 и электровозом, перемещают в концевую зону 31 к торцевой стенке 32 горной выработки 33, где выполнена буровая камера 26, которая в сечении имеет размер больше, чем горизонтальная горная выработка 33. Буровая камера 26 ограничена торцевой стенкой 32 и второй торцевой стенкой 34, в которую врезана горная выработка 33. Торцевые стенки 32 и 34 соединены боковой стенкой 36. For the operation of the drilling unit, the following basic operations are performed. Prepare a mobile platform 1, connect it to additional mobile carts 12 and an electric locomotive, move it to the end zone 31 to the end wall 32 of the mine 33, where the drilling chamber 26 is made, which in cross section is larger than the horizontal mining 33. Drilling chamber 26 bounded by an end wall 32 and a second end wall 34 into which the mine 33 is embedded. The end walls 32 and 34 are connected by a side wall 36.

После доставки бурового агрегата в зону буровой камеры 26 (фиг. 4) снимают с тележек 12 раму 14 бурового станка 15, вращатель 16 и подъемную площадку 13 с шарнирным узлом 24. Раму 14 бурового станка 15 с помощью рычагов 27 шарнирно соединяют с подъемной площадкой 13 и устанавливают буровой агрегат в исходное положение перед буровой камерой 26. Выводят опорные узлы 4 в вертикальное положение относительно рамы 3 и передвижной платформы 1 и крепят их с помощью винтовых растяжек 6. Затем элементы фиксации 5 с помощью гидродомкратов 7 раскрепляют в боковое крепление горизонтальной горной выработки 33 (тоннеля), например в чугунные тюбинги, и с помощью передвижной стрелы 9 выводят подъемную площадку 13 с рамой 14 бурового станка 15 в заданное положение. After the drilling unit is delivered to the zone of the drilling chamber 26 (Fig. 4), the frame 14 of the drilling machine 15, the rotator 16 and the lifting platform 13 with the hinge assembly 24 are removed from the carts 12. The frame 14 of the drilling machine 15 is pivotally connected to the lifting platform 13 using levers 27 and set the drilling unit in the initial position in front of the drilling chamber 26. The support nodes 4 are brought upright relative to the frame 3 and the mobile platform 1 and fastened with screw extensions 6. Then, the fixing elements 5 are secured to the side mount using hydraulic jacks 7 of the horizontal excavation 33 (Tunnel), such as tubing, cast iron, and via a mobile jib 9 outputted lifting platform 13 to the frame 14 of the drilling machine 15 to a predetermined position.

Для осуществления патентуемого способа необходимо произвести бурение скважин из торцевой стенки 32 буровой камеры 26. Для этого в торцевой стенке 32 производят разметку и задание пространственного положения (направления) скважин 35 (для последующей установки замораживающих колонн). С помощью манипулятора 8 и рычагов 27, которые взаимодействуют с гидроцилиндром 28, раму 14 бурового станка 15 отводят в сторону боковой стенки 36 буровой камеры 26, поворачивают буровой станок 15 и направляют ось вращателя 16 и бурового снаряда 17 вдоль боковой стенки 36, перемещают по периферии буровой камеры 26 подземной горной выработки 33 и совмещают ось вращателя 16 и бурового снаряда 17 с заданным пространственным положением скважины 35. Затем производят раскрепление и фиксацию с помощью механизмов крепления 29 и элементов фиксации 30 в торцевые стенки 32 и 34 буровой камеры 26. После этого производят забуривание скважины, установку в нее кондуктора и бокового отвода (на чертеже не показаны). После чего производят бурение скважины 35 с циркуляцией промывочной жидкости или сжатого воздуха и установку в скважину 35 замораживающих колонн 23. После чего механизмы крепления 29 и элементы фиксации 30 ослабляют и с помощью манипулятора 8 перемещают раму 14 бурового станка 15 по периферии торцевой стенки 32 буровой камеры 26, при этом производят их периодическое раскрепление и фиксацию с торцевые стенки 32 и 34 буровой камеры 26, совместно в подвижной стрелой 9 манипулятора 8 (для бурения последующих скважин) вдоль стенки выработки и установку в них замораживающих колонн 23. To implement the patented method, it is necessary to drill wells from the end wall 32 of the drilling chamber 26. To do this, mark and set the spatial position (direction) of the wells 35 (for the subsequent installation of freezing columns) in the end wall 32. Using the manipulator 8 and levers 27 that interact with the hydraulic cylinder 28, the frame 14 of the drilling rig 15 is diverted towards the side wall 36 of the drilling chamber 26, the drilling rig 15 is turned and the axis of the rotator 16 and the drill 17 are guided along the side wall 36, and are moved around the periphery the drilling chamber 26 of the underground mine 33 and combine the axis of the rotator 16 and the drill 17 with the given spatial position of the well 35. Then, the fastening and fixing are carried out using the fastening mechanisms 29 and the fixing elements 30 in the end face NKI 32 and 34 of the drilling chamber 26. After this, the well is drilled, a conductor and a lateral outlet are installed in it (not shown in the drawing). After that, drilling a well 35 with circulation of flushing fluid or compressed air and installing freezing columns 23 into the well 35. After that, the fastening mechanisms 29 and fixing elements 30 are loosened and using the manipulator 8 move the frame 14 of the drilling machine 15 around the periphery of the end wall 32 of the drilling chamber 26, at the same time they are periodically unfastened and fixed from the end walls 32 and 34 of the drilling chamber 26, together in the movable boom 9 of the manipulator 8 (for drilling subsequent wells) along the production wall and installed in x freezing columns 23.

Для облегчения установки замораживающих колонн 23 в пробуренные скважины 35, шпиндель бурового станка 15 оборудуют кольцеобразным переходником 37 (фиг. 6), который внутренней резьбой 38 соединяют со шпинделем бурового станка 15, а наружной 39 периодически взаимодействуют с устанавливаемой в скважину 35 замораживающей колонной 23 труб. To facilitate the installation of freezing columns 23 in the drilled wells 35, the spindle of the drilling rig 15 is equipped with an annular adapter 37 (Fig. 6), which is connected by a female thread 38 to the spindle of the drilling rig 15 and the external 39 is periodically interacted with the freezing string 23 installed in the well 35 .

Таким образом, кольцеобразный переходник 37 позволяет снизить продольные габаритные размеры в зоне соединения со шпинделем бурового станка 15 в стесненных условиях буровой камеры 26. Thus, the annular adapter 37 allows to reduce the longitudinal overall dimensions in the area of connection with the spindle of the drilling machine 15 in the cramped conditions of the drilling chamber 26.

Claims

1. Буровой агрегат, включающий передвижную платформу с размещенными на ней опорными узлами, манипулятор с подвижной стрелой, шарнирным узлом и приводным гидроцилиндром, подъемную площадку, раму, буровой станок с рамой, вращателем и буровым снарядом, маслостанцию с гидроприводом, пульт управления, насос для подачи промывочного агента, отличающийся тем, что рама бурового станка установлена на подъемной площадке шарнирно с возможностью перемещения в плоскости, перпендикулярной оси бурового снаряда, посредством рычагов и дополнительных гидроцилиндров. 1. A drilling unit, including a mobile platform with supporting units located on it, a manipulator with a moving boom, a hinged unit and a driving hydraulic cylinder, a lifting platform, a frame, a drilling machine with a frame, a rotator and a drill, a hydraulic oil station, a control panel, a pump for feeding the flushing agent, characterized in that the frame of the drilling rig is mounted on a lifting platform pivotally with the ability to move in a plane perpendicular to the axis of the drill, by means of levers and additional guides cylinders.

2. Агрегат по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен кольцеобразным переходником, имеющим внутреннюю резьбу для соединения со шпинделем бурового станка и наружную резьбу для периодического взаимодействия с устанавливаемой в скважине замораживающей колонной. 2. The unit according to claim 1, characterized in that it is equipped with an annular adapter having an internal thread for connection to a spindle of the drilling rig and an external thread for periodic interaction with a freezing string installed in the well.