устройство для сооружения лучевых дренажных скважин из горных выработок

Формула изобретения

1. Устройство для сооружения лучевых дренажных скважин из горных выработок, содержащее магазин для транспортировки шнекофильтров с шарнирно закрепленным на его основании вращательно-подающим механизмом, выполненным в виде гидроцилиндра двойного действия, оснащенного элементами передачи крутящего момента, механизм поворота вращательно-подающего механизма, выполненный с гидроцилиндром двойного действия, шарнирно связанный с корпусом вращательно-подающего механизма, механизм раскрепления устройства в вертикальной скважине, выполненный с гидроцилиндром двойного действия, шарнирно связанный с основанием магазина, механизм фиксации кондуктора для бурообсаднофильтровой колонны, выполненный с гидроцилиндрами двойного действия, шарнирно связанными с основанием магазина и кондуктором, магистрали трубопроводов для подачи масла (жидкости) в полости гидроцилиндров двойного действия и в полость вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия, отличающееся тем, что в наземной части одной из двух магистралей каждого гидроцилиндра механизмов и вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия, встроено следящее устройство, выполненное в виде герметичного сосуда, оснащенного шкалой и подвижным элементом с указателем, разделяющим сосуд на две герметичные камеры, одна из которых через этот же трубопровод соединена с гидрораспределителем пульта управления подачи масла (жидкости), а другая камера через этот же трубопровод соединена с полостью гидроцилиндра двойного действия, причем полость герметичного сосуда выполнена объемом большим, чем объем связанной с ней полости гидроцилиндра или полости вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия.

2. Устройство по по.1, отличающееся тем, что соприкасающиеся с запертым маслом площади подвижных элементов вращательно-подающего механизма и связанного с ним герметичного сосуда, выполнены равными.

Описание изобретения к патенту

Устройство относится к горной промышленности, в частности к устройствам для проведения лучевых дренажных скважин с использованием механизмов, содержащих гидроцилиндры двойного действия или механизмы, выполненные в виде гидроцилиндров двойного действия, и может быть использовано при осушении обводненных горных пород в горнодобывающей промышленности, при строительстве и эксплуатации промышленных и гражданских сооружений, промышленных площадок, котлованов в строительстве, дренажа мелиорируемых с/х земель, водоснабжения, отбора нефти, природного битума, газа, при бурении взрывных, разведочных, дегазационных, газификационных и других скважин.

Известны устройства для проведения лучевых дренажных скважин, состоящие, например, из магазина для транспортировки шнеко-фильтров, вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия, оснащенного элементами передачи крутящего момента, механизма раскрепления устройства в вертикальной скважине, механизма фиксации кондуктора, выполненного с использованием гидроцилиндров двойного действия, магистралей трубопроводов для подачи масла к механизмам, обеспечивающим управление их работой [1]

Для контроля крайних положений механизмов устройств при сооружении дренажных скважин, используют общеизвестные датчики контроля крайних положений. Недостатком совместной работы устройства для сооружения лучевых дренажных скважин и датчиков контроля положений механизмов, является невысокая надежность работы устройства из-за частого выхода датчиков из строя, т.к. они установлены на подвижных элементах механизмов в горных выработках, заполненных водой с абразивами. Для предотвращения проникновения жидкости в датчики их необходимо уплотнять. Для контроля промежуточных положений механизмов, требуется большое количество датчиков, что требует соответственно прокладки кабеля к каждому датчику по всей глубине вертикальной скважины. Все это требует больших затрат при невысокой надежности работы. Использование датчиков не позволяет контролировать скорость бурения лучевых дрен по всей их длине.

Наиболее близким по конструктивным признакам к предлагаемому, является устройство для сооружения лучевых дренажных скважин, состоящее из магазина для транспортировки шнеко-фильтров, вращательно-подающего механизма с шарнирной подвеской, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия, оснащенного элементами передачи крутящего момента, механизма поворота вращательно-подающего механизма, выполненного с гидроцилиндром двойного действия, механизма раскрепления устройства в вертикальной скважине и механизма фиксации кондуктора для бурообсаднофильтровой колонны, выполненных с гидроцилиндрами двойного действия, магистрали трубопроводов для подачи масла (жидкости), обеспечивающих работу всех механизмов, причем в данной устройстве для контроля крайних и промежуточных положений механизмов используют также общеизвестные датчики контроля [1]

Недостатком совместной работы устройства для сооружения лучевых дренажных скважин и датчиков контроля положений механизмов является невысокая надежность при больших затратах, а также невозможность контроля скорости бурения скважин по всей их длине.

Цель изобретения повышение надежности работы устройства за счет наиболее надежного и точного дистанционного определения положений механизмов в работе при осуществлении технологических операций с одновременным контролем скорости бурения лучевых дрен по всей их длине, снижение затрат на контроль и изготовление контролирующих устройств.

Цель достигается тем, что в устройстве для сооружения лучевых дренажных скважин из горных выработок, содержащем магазин для транспортировки шнеко-фильтров с шарнирно-закрепленным на его основании вращательно-подающим механизмом, выполненным в виде гидроцилиндра двойного действия, оснащенного элементами передачи крутящего момента, механизм поворота вращательно-подающего механизма, выполненный с гидроцилиндром двойного действия, шарнирно связанный с магазином и корпусом вращательно-подающего механизма, механизм раскрепления устройства в вертикальной скважине, выполненный с гидроцилиндром двойного действия, шарнирно связанный с основанием магазина, механизм фиксации кондуктора для бурообсаднофильтровой колонны, выполненный с гидроцилиндрами двойного действия, шарнирно связанными с основанием магазина и кондуктором, магистрали трубопроводов для подачи масла (жидкости) в полости гидроцилиндров двойного действия и в полость вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия, согласно предлагаемому решению, в наземной части одной из двух магистралей каждого гидроцилиндра механизмов и вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия, встроено следящее устройство, выполненное в виде герметичного сосуда, оснащенного шкалой и подвижным элементом с указателем, разделяющим сосуд на две герметичные камеры, одна из которых через этот же трубопровод соединена с гидрораспределителем пульта управления подачи масла (жидкости), а другая камера через этот же трубопровод, соединена с полостью гидроцилиндра двойного действия, причем полость герметичного сосуда выполнена объемом большим, чем объем связанной с ней полости гидроцилиндра или полости вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия.

Для более точного контроля скорости бурения лучевых дрен, соприкасающиеся с запертым маслом площади подвижных элементов вращательно-подающего механизма и связанного с ним герметичного сосуда, выполнены равными.

По сравнению с прототипом, устройство для сооружения лучевых дренажных скважин выполнено совместно с следящими устройствами, служащими для дистанционного управления и определения положений механизмов, в любой момент их работы и дистанционного контроля скорости бурения лучевой дрены. Данные устройства встроены в наземной части одного из двух трубопроводов каждого гидроцилиндра двойного действия и вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия. Выполнены следящие устройства в виде герметичных сосудов со шкалой и подвижным элементом с указателем, разделяющим данный сосуд на две герметичные камеры, соединенные через этот же трубопровод с полостью гидроцилиндра и с гидрораспределителем пульта подачи масла.

Сущность изобретения состоит в следующем. Через трубопроводы, не содержащие герметичные сосуды, заполняют маслом полости гидроцилиндров двойного действия механизмов, вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия. Далее по второму трубопроводу заполняют маслом полости герметичных сосудов и связанные с ними полости гидроцилиндров двойного действия механизмов и вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия. Подвижные элементы герметичных сосудов поднимутся вверх и займут положение выше крайних отметок. С помощью гидрораспределителей подают масло в связанные с ними камеры, опуская подвижные элементы, расположенные в них в исходное положение, при этом подвижные элементы гидроцилиндров механизмов и вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия, синхронно займут исходное положение, одновременно с этим удаляют лишние масло и воздух из-под подвижных элементов герметичных сосудов. Между подвижными элементами герметичных сосудов и гидроцилиндров двойного действия механизмов и вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия, запирается постоянный объем масла (жидкости), вытесняемый при работе поочередно в камеры герметичных сосудов, а затем из камер в полости гидроцилиндров двойного действия и в полость вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия, заставляя синхронно двигаться соединенные между собой запертым маслом их подвижные элементы, показывая при этом на шкале соответственно положения механизмов в работе, а по скорости перемещения соответствующего указателя, контролируется скорость бурения лучевой дрены. При соприкасающихся с запертным маслом, равных площадях подвижного элемента вращательно-подающего механизма, выполненного в виде гидроцилиндра двойного действия и подвижного элемента герметичного сосуда, скорости их перемещения будут равными в единицу времени.

Дистанционно по перемещению указателя подвижного элемента герметичного сосуда, контролируется скорость бурения лучевой дрены. При сбоях скорости бурения, увеличивают или уменьшают подачу масла в полости вращательно-подающего механизма, восстанавливая заданные режимы бурения.

На чертеже показана принципиальная схема соединения механизмов устройства с герметичными сосудами. В качестве примера рассмотрены герметичные сосуды, оснащенные шкалой положений механизмов и установленные в магистраль трубопроводов подачи масла для осуществления холостого хода механизмов, выполненных в виде неподвижно закрепленных цилиндров с расположенными в них подвижными элементами, в виде полях поршней-штоков, наружные концы которых оснащены обратными клапанами для удаления воздуха и указателями положений механизмов в работе и определения скорости бурения лучевой дрены. Шкала положений механизмов установлена вне цилиндра по ходу движения указателя. Полость мерного сосуда выполнена большей, по сравнению с полостью связанного с ней гидроцилиндра для предотвращения выхода подвижных элементов за крайние "мертвые точки" при работе с объемом вытесненной жидкости их полости гидроцилиндра.

Устройство для проведения лучевых дренажных скважин состоит из трубчатого магазина для транспортировки шнеко-фильтров (на схеме магазин не показан), вращательно-подающего механизма 1, выполненного в виде гидроцилиндра 2 двойного действия, оснащенного шлицевыми элементами 3 для передачи крутящего момента с установкой на наружной поверхности цилиндра 2 шнеко-фильтра 4 (первый шнеко-фильтр оснащен долотом 5), механизма 6 для разворота вращательно-подающего механизма 1, выполненного с использованием гидроцилиндра 7 двойного действия, механизма 8 раскрепления с использованием гидроцилиндра 9, механизма 10, выполненного с использованием гидроцилиндра 7 двойного действия, механизма 8 для раскрепления устройства в вертикальной скважине, выполненного с использованием гидроцилиндра 9 двойного действия, механизма 10, выполненного с использованием гидроцилиндров 11 двойного действия при фиксации кондуктора 12 в рабочем положении для бурообсаднофильтровой колонны, пары магистралей трубопроводов для подачи масла: 13, 14 в гидроцилиндр 2 механизма 1, 15, 16 в гидроцилиндр 7 механизма 6, 17, 18 в гидроцилиндр 9 механизма 8, 19, 20 в гидроцилиндры 11 механизма 10, гидрораспределителей 21, 22, 23, 24 для подачи масла через трубопроводы 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 в соответствующие им герметичные сосуды 25, 26, 27, 28 и гидроцилиндры 2, 7, 9, 11. Герметичные сосуды 25, 26, 27, 28 имеют шкалы 29, 30, 31, 32 положений механизмов 1, 2, 8, 10 в работе и подвижные элементы 33, 34, 35, 36 с указателями 37, 38, 39, 40 и обратными клапанами 41, 42, 43, 44 для удаления масла и воздуха при установке подвижных элементов 33, 34, 35, 36 в исходное положение.

Исходные и крайние положения механизмов определяют опытным путем и наносят соответствующие отметки на шкалах. Между ними наносят отметки промежуточных положений. Например, на шкале 29 показано исходное и промежуточное и крайние положения вращательно-подающего механизма совместно со шнеко-фильтром, на шкале 30 горизонтальное, промежуточное и вертикальное положения вращательно-подающего механизма, на шкале 31 исходное, промежуточное и рабочее положения механизма раскрепления устройства, на шкале 32 показаны исходное, промежуточные положения и рабочее положение кондуктора. Между исходным и крайним (рабочим) положением наносят деления на равном расстоянии.

Устройство работает следующим образом.

На гидроцилиндр 2 вращательно-подающего механизма 1 устанавливают известным способом первый шнеко-фильтр 4, оснащенный долотом 5 и кондуктором 12 для бурообсадно-фильтровой колонны. Устройство опускают в пробуренную скважину, например, на трубчатом магазине на необходимую глубину с ориентацией в заданном направлении. Известными способами заполняют системы, включающие гидроцилиндры механизмов, герметичные сосуды, вращательно-подающий механизм, выполненный в виде гидроцилиндра, маслом. При этом подвижные элементы 33, 34, 35, 36 поднимаются вверх и занимают положение выше крайних отметок. Затем, с помощью гидрораспределителей 21, 22, 23, 24 подают масло в соответствующие камеры герметичных сосудов 25, 26, 27, 28. Под воздействием давления масла, подвижные элементы 33, 34, 35, 36 опускаются вниз, синхронно устанавливая подвижные элементы гидроцилиндров 2, 7, 9, 11 соответствующих механизмов в исходное положение. При этом удаляют воздух и лишнее количество масла из-под подвижных элементов 33, 34, 35, 36 через полый шток и обратные клапаны 41, 42, 43, 44.

Между подвижными элементами гидроцилиндров механизмов и подвижными элементами герметичных сосудов, соединенных одним и тем же трубопроводом, запирается необходимый объем масла, обеспечивающий надежный контроль механизмов в работе с одновременным контролем их скорости.

После установки указателей 36, 38, 39, 40 соответствующих подвижных элементов 33, 34, 35, 36 в исходное положение на шкалах 29, 30, 31, 32 (шкала 29 И.П.Ш.Ф. исходное положение шнеко-фильтра, шкала 30 Г.П.В. П.М. - горизонтальное положение вращательно-подающего механизма, шкала 31 И.П.М.Р. исходное положение механизма раскрепления; шкала 32 исходное положение кондуктора). С помощью гидрораспределителя 23 подают мало по трубопроводу 18 в поршневую полость гидроцилиндра 9 механизма 8, осуществляя раскрепление устройства в вертикальной скважине. Запертое масло вытесняется из штоковой полости гидроцилиндра 9, поступая по трубопроводу 17 под подвижный элемент 35, поднимая его вверх. При достижении указателя 39 на шкале 31 положения У. З. (устройство зафиксировано) переходят к осуществлению последующих технологических операций по проведению лучевых дрен разбуривание обсадной трубы, забуривание шнеко-фильтра 4, оснащенного долотом 5 с одновременной установкой кондуктора 12 в рабочее положение следующим образом. С помощью гидрораспределителя 24 по трубопроводу 20 подают масло в поршневые полости гидроцилиндров 11 механизма фиксации 10 и одновременно с помощью гидрораспределителя 21 по трубопроводу 14 подают масло в поршневую полость гидроцилиндра 2 вращательно-подающего механизма 1. Одновременно гидроцилиндру 2 через шлицевые элементы 3 придают и вращательное движение известным способом [1] Кондуктор получает поступательное движение, а шнеко-фильтр 4, оснащенные долотом 5, находящийся на цилиндре 2, поступательное движение с одновременным вращением осуществляется разбуривание обсадной трубы, забуривание шнеко-фильтра 4, оснащенного долотом 5, и установка кондуктора 12 в рабочее положение.

По мере бурения дрены перемещение шнеко-фильтра 4 и кондуктора 12 вперед из штоковых полостей гидроцилиндра 2 вращательно-подающего механизма 1 и гидроцилиндров 11 механизма 10, перемещается запертое масло (жидкость) по трубопроводам 13, 19 под соответствующие подвижные элементы 33, 36 сосудов 25, 28.

Под воздействием перемещаемого запертого масла, подвижные элементы 33, 36 с указателями 36, 40 перемещаются вверх, показывая на шкале 29 и 32 соответственно полный процесс разбуривания обсадной трубы, забуривание шнеко-фильтра 4, оснащенного долотом 5 и установка кондуктора в рабочее положение. Кроме того, по скорости перемещения указателя 37 определяется скорость бурения дрен. При завершении технологических операций указатель 37 остановится на шкале с отметкой Ш.Ф.З. (шнеко-фильтр забурен), а указатель 40 займет положение на шкале 37 К.З. (кондуктор зафиксирован). После этого вращения и подачу гидроцилиндра 2 прекращают. Затем с помощью гидрораспределителя 21 подают масло по трубопроводу 13 в связанную с ним камеру мерного сосуда 25. Подвижный элемент 33 с указателем 37 опускается вниз, вытесняя запертое масло в штоковую полость гидроцилиндра 2 вращательно-подающего механизма 1, возвращаемого в исходное положение. При достижении указателем 37 на шкале 29 отметки И. П.Ш.Ф. осуществляют разворот вращательно-подающего механизма 1 в вертикальное положение за счет подачи масла гидрораспределителем 22 по трубопроводу 16 в поршневую полость гидроцилиндра 7 механизма разворота 6. Поршень-шток гидроцилиндра 7 перемещается вперед под воздействием давления масла, осуществляя разворот вращательно-подающего механизма 1 в вертикальное положение. Из штоковой полости гидроцилиндра 7 вытесняется запертое масло по трубопроводу 15 в связанную с ним камеру мерного сосуда 26 под подвижный элемент 34. По мере вытеснения жидкости, указатель 38 подвижного элемента 34 займет на шкале 30 отметку вертикальное положение вращательно-подающего механизма (В.П.В.- П.М.). После этого осуществляют забор очередного шнеко-фильтра из магазина известным способом. С помощью гидрораспределителя 22 подают масло в штоковую полость мерного сосуда 26. Под воздействием масла подвижный элемент 34 опускается вниз, перемещая запертый объем масла по трубопроводу 15 в штоковую полость цилиндра 7 механизма разворота 6, осуществляя разворот вращательно-подающего механизма 1 в горизонтальное положение. При достижении указателем 38 отметки Г.П.В. П.М. осуществляют забуривание очередного шнеко-фильтра вышеописанным методом. Цикл работы повторяют до проведения дрены на заданную длину. Затем указатели 37, 38, 39, 40 подвижных элементов 33, 34, 35, 36 устанавливают в исходное положение ранее описанным методом. После этого можно переходить к проведению очередной дрены или извлекать устройство на поверхность.

Устройство для сооружения лучевых дренажных скважин из горных выработок, оснащенное следящим устройством, выполненным в виде герметичных сосудов, обладает высокой надежностью в работе, позволяет полностью в любой момент работы механизмов определять их положение в процессе осуществления технологических операций, а также позволяет дистанционно контролировать скорость бурения лучевых дрен с восстановлением заданных режимов бурения.

Герметичные сосуды не дороги в изготовлении, обладают высокой надежностью в работе.