способ и устройства для манипулирования деталями типа штанг при бурении и анкерном креплении

Формула изобретения

1. Способ манипулирования штангами в установке (1) для бурения горных пород, содержащий следующие стадии: складирование удлиненных штанг (9) в линейное накопительное устройство (13) для штанг, в котором штанги (9) поддерживаются параллельно друг другу, бок о бок и на расстоянии друг от друга, передвижение штанг (9) подающим элементом (19) в накопительном устройстве (13) для штанг и передвижение штанги (9а), которая находится в накопительном устройстве (13) для штанг, посредством перемещающих элементов в предварительно определенный центр (K), параллельный штангам (9), или, соответственно, из центра (K) в накопительное устройство (13) для штанг, отличающийся тем, что содержит использование подающего элемента (19), снабженного винтовой поверхностью (25), для передвижения штанг (9) в накопительном устройстве (13) для штанг, предотвращение выхода штанг (9) из контакта с винтовой поверхностью (25), поддерживание штанг (9) винтовой поверхностью (25) и вращение подающего элемента (19) вокруг своей оси вращения с передвижением, таким образом, штанг (9) в накопительном устройстве (13) для штанг в направлении подающей установки (S), расположенной на наиболее удаленном от центра его конце, или из подающей установки (S) в зависимости от направления вращения вследствие воздействия винтовой поверхности (25).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержит использование подающего элемента (19), в котором винтовая поверхность (25) образована из спирали (26), для передвижения штанг (9) в накопительном устройстве для штанг.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержит использование удлиненного винта, снабженного винтовой поверхностью (25), для передвижения штанг (9) в накопительном устройстве (13) для штанг.

4. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что содержит наклон подающего элемента (19) под предварительно заданным углом (В) по отношению к штангам (9), причем величина угла (В) зависит от шага винтовой поверхности (25), и поддержание поверхности штанг (9) в накопительном устройстве (13) для штанг на линейной контактной поверхности винтовой поверхности (25).

5. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит наклон подающего элемента (19) по отношению к штангам (9) для уменьшения зазоров между штангами (9) и винтовой поверхностью (25).

6. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит передвижение штанг (9) в накопительном устройстве для штанг посредством, по меньшей мере, двух пространственно разнесенных подающих элементов (19) и наклон подающих элементов (19) в противоположных друг от друга направлениях.

7. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит подачу на подающую установку (S) наиболее удаленной от центра штанги (9а) в накопительном устройстве (13) для штанг подающим элементом (19) напротив, по меньшей мере, одной противодействующей поверхности (36).

8. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит использование перемещающего элемента (21) для передвижения штанг (9) из подающей установки (S) в центр (К) и обратно, причем перемещающий элемент содержит рычаг (31), который поворачивается поворачивающим устройством (33) между подающей установкой (S) и центром (К), поворот перемещающего элемента (21) в свое исходное положение в верхней части подающего элемента (19) и подачу наиболее удаленной от центра штанги (9а), которая находится в накопительном устройстве (13) для штанг, подающим элементом (13) напротив противодействующей поверхности (36) на наиболее удаленном от центра конце рычага (31), прикрепление наиболее удаленной от центра штанги (9а) к захватывающему средству (34), предоставленному в рычаге (31), и поворот рычага (31) из исходного положения по криволинейной траектории таким образом, чтобы штанга (9а), поддерживаемая захватывающим средством (34), установилась в центр (К).

9. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит использование перемещающего элемента (21) для передвижения штанг (9) из подающей установки (S) в центр (К) и обратно, причем перемещающий элемент передвигается линейно (L) между подающей установкой (S) и центром (K).

10. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит передвижение подающей установки (S) накопительного устройства (13) для штанг в центр (K), когда штанги (9) передвигаются между центром (K) и накопительным устройством для штанг (13).

11. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит передвижение подающей установки (S) накопительного устройства (13) для штанг в центр (K), когда штанги (9) передвигаются между центром (K) и накопительным устройством для штанг (13), и поворот накопительного устройства (13) для штанг относительно шарнира (32), посредством чего подающая установка (S) передвигается по криволинейной траектории из исходного положения в центр (K) и обратно.

12. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит передвижение подающей установки (S) накопительного устройства (13) для штанг в центр (K), когда штанги (9) передвигаются между центром (K) и накопительным устройством для штанг (13), и поворот накопительного устройства (13) для штанг соединительным устройством (39), посредством чего подающая установка (S) передвигается по криволинейной траектории из исходного положения в центр (К) и обратно.

13. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит передвижение подающей установки (S) накопительного устройства (13) для штанг в центр (K), когда штанги (9) передвигаются между центром (K) и накопительным устройством для штанг (13), и поворот накопительного устройства (13) для штанг под управлением направляющей поверхности (46), таким образом, чтобы подающая установка (S) передвигалась из исходного положения в центр (К) и обратно.

14. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит передвижение подающей установки (S) накопительного устройства (13) для штанг в центр (K), когда штанги (9) передвигаются между центром (K) и накопительным устройством для штанг (13), и поворот накопительного устройства (13) для штанг посредством, по меньшей мере, одного линейного движения, таким образом, чтобы подающая установка (S) передвигалась из исходного положения в центр (К) и обратно.

15. Способ по любому одному из предшествующих пп.1-3, отличающийся тем, что содержит передвижение подающей установки (S) накопительного устройства (13) для штанг в центр (K), когда штанги (9) передвигаются между центром (К) и накопительным устройством для штанг (13), и поддержание штанги (9), прикрепленной к подающей установке (S), подающим элементом (19) и, по меньшей мере, одной противодействующей деталью (36) в течение, по меньшей мере, продолжения транспортирования между подающей установкой (S) и центром (K).

16. Линейное накопительное устройство для штанг для установки для бурения горных пород, содержащее, по меньшей мере, один подающий элемент (19), выполненный с возможностью поддерживания множества штанг (9) параллельно друг другу, бок о бок и передвижения их в накопительном устройстве (13) для штанг, и перемещающее средство для передвижения штанги (9а), которая находится в подающей установке (S) накопительного устройства (13) для штанг, в предварительно определенный центр (К), расположенный параллельно со штангами (9), и, соответственно, из центра (K) в подающую установку (S), отличающееся тем, что подающий элемент (19) содержит винтовую поверхность (25), которая поддерживает штанги (9) в накопительном устройстве (13) для штанг, штанги опираются на, по меньшей мере, одну поперечную опору (23) на стороне, обращенной от подающего элемента (19), что предотвращает выход штанг (9) из контакта с винтовой поверхностью (25), при этом подающий элемент (19) способен вращаться вокруг своей оси вращения, посредством чего штанги (9) передвигаются в накопительном устройстве для штанг в направлении подающей установки (S) или от нее в зависимости от направления вращения вследствие воздействия винтовой поверхности (25).

17. Накопительное устройство для штанг по п.16, отличающееся тем, что винтовая поверхность (25) подающего элемента (19) представляет собой спираль (26).

18. Накопительное устройство для штанг по п.16, отличающееся тем, что подающий элемент (19) представляет собой винт, имеющий винтовую поверхностью (25) на своей наружной поверхности.

19. Накопительное устройство для штанг по любому одному из предшествующих пп.16-18, отличающееся тем, что подающий элемент (19) наклонен по отношению к штангам (9) под углом, пропорциональным шагу винтовой поверхности (25), при этом между нижней поверхностью штанг (9) в накопительном устройстве (13) для штанг и винтовой поверхностью (25) обеспечена линейная контактная поверхность.

20. Накопительное устройство для штанг по любому одному из предшествующих пп.16-18, отличающееся тем, что подающий элемент (19) способен наклоняться по отношению к штангам (9) и в пропорции к диаметру штанг (9), подлежащих складированию, причем накопительное устройство (13) для штанг способно регулироваться под штанги (9) различных диаметров.

21. Накопительное устройство для штанг по любому одному из предшествующих пп.16-18, отличающееся тем, что перемещающие элементы содержат, по меньшей мере, один рычаг (31), который может поворачиваться посредством поворачивающего средства (33) по криволинейной траектории между подающей установкой (S) в верхней части подающего элемента (9) и центром (К), и наиболее удаленный от центра конец рычага (31) оснащен захватывающим средством (34) для захватывания штанг (9).

22. Накопительное устройство для штанг по любому одному из предшествующих пп.16-18, отличающееся тем, что перемещающее средство содержит, по меньшей мере, один рычаг (44), имеющий захватывающее средство (34) для захватывания штанг и выполненный с возможностью линейного передвижения (L) между подающей установкой (S) и центром (K).

23. Накопительное устройство для штанг по любому одному из предшествующих пп.16-18, отличающееся тем, что накопительное устройство (13) для штанг выполнено с возможностью передвижения относительно центра (K), причем подающая установка (S) способна передвигаться между исходным положением и центром (K).

24. Накопительное устройство для штанг по любому одному из предшествующих пп.16-18, отличающееся тем, что выполнено с возможностью передвижения относительно центра (K), причем подающая установка (S) способна передвигаться между исходным положением и центром (K), и с возможностью поворота относительно шарнира (32), причем подающая установка (S) способна поворачиваться между исходным положением и центром (K).

25. Накопительное устройство для штанг по любому одному из предшествующих пп.16-18, отличающееся тем, что выполнено с возможностью передвижения относительно центра (K), причем подающая установка (S) способна передвигаться между исходным положением и центром (K), и с возможностью поворота посредством соединительного устройства (39), причем подающая установка (S) способна поворачиваться между исходным положением и центром (K).

26. Накопительное устройство для штанг по любому одному из предшествующих пп.16-18, отличающееся тем, что выполнено с возможностью передвижения относительно центра (K), причем подающая установка (S) способна передвигаться между исходным положением и центром (K), и с возможностью линейного передвижения для перемещения подающей установки (S) в центр (K).

27. Накопительное устройство для штанг по любому одному из предшествующих пп.16-18, отличающееся тем, что расположено на направляющей (6), которая находится на наиболее удаленном от центра конце стрелы-манипулятора (3, 15).

28. Агрегат для бурения горных пород, содержащий направляющую (6), машину (5) для бурения по горной породе, к которой может быть прикреплен инструмент (8), содержащий множество присоединенных с возможностью снятия буровых штанг (9), подающее устройство (7) для передвижения машины (5) для бурения по горной породе на направляющей (6) и линейное накопительное устройство (13) для штанг для складирования и манипулирования буровыми штангами (9), которое содержит, по меньшей мере, один подающий элемент (19) для поддержания множества буровых штанг (9) параллельно друг другу, бок о бок и для передвижения их в накопительном устройстве (13) для штанг, перемещающее средство для перемещения буровой штанги (9а), расположенной в подающей установке (S) накопительного устройства (13) для штанг, в центр (K) буровой линии и, соответственно, из центра (K) в подающую установку (S), отличающийся тем, что подающий элемент (19) накопительного устройства (13) для штанг содержит винтовую поверхность (25), посредством которой буровые штанги (9) способны перемещаться, подающий элемент (19) при этом способен вращаться вокруг своей оси вращения, и штанги (9) способны перемещаться в накопительном устройстве (13) для штанг в направлении подающей установки (S) или от нее в зависимости от направления вращения вследствие воздействия винтовой поверхности (25).

29. Агрегат для анкерного крепления, содержащий направляющую (6), устройство (18) для анкерного крепления, обеспечивающее возможность введения анкерного болта (17) в предварительно пробуренную скважину (12), линейное накопительное устройство (13) для штанг для складирования и манипулирования анкерными болтами (17), которое содержит, по меньшей мере, один подающий элемент (19) для удерживания большого количества анкерных болтов (17) параллельно друг другу, бок о бок и для передвижения их в накопительном устройстве (13) для штанг, и перемещающее средство для перемещения анкерного болта (17), расположенного в подающей установке (S) накопительного устройства (13) для штанг, в центр (K) линии болтового соединения и, соответственно, из центра (K) в подающую установку (S), отличающийся тем, что подающий элемент (19) накопительного устройства (13) для штанг содержит винтовую поверхность (25), обеспечивающую перемещение анкерных болтов (17), подающий элемент (19) способен вращаться вокруг своей оси вращения, и анкерные болты (17) способны перемещаться в накопительном устройстве (13) для штанг в направлении подающей установки (S) или от нее в зависимости от направления вращения вследствие воздействия винтовой поверхности (25).

Описание изобретения к патенту

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способу складирования и манипулирования удлиненными штангами, как например буровыми штангами и анкерными болтами, посредством накопительного устройства для штанг, расположенного на конце стрелы-манипулятора. Множество штанг складируют бок о бок в линейное накопительное устройство для штанг и передвигают в накопительном устройстве посредством одного или более подающих элементов. Подающий элемент перемещает штанги в накопительном устройстве в направлении подающей установки или от нее, в зависимости от того загружают ли штанги в накопительное устройство или выгружают из него. Штанги затем перемещают перемещающим средством в линию бурения или болтового соединения, т.е. в центр. В процессе перемещения штангу, подлежащую перемещению, удерживают захватывающими элементами в перемещающем средстве.

Изобретение также относится к накопительному устройству для штанг, агрегату для бурения горных пород и агрегату для соединения болтами, оснащенным накопительным устройством для штанг. Область изобретения определена более подробно в преамбулах независимых пунктов формулы изобретения.

Установка для бурения горных пород, подлежащая использованию для бурения глубоких скважин, может быть оснащена накопительным устройством для штанг, в котором посредством использования механизма, соединенного с накопительным устройством для штанг, можно складировать и манипулировать буровыми инструментами, как например, бурильными трубами и наращиваемыми буровыми штангами. Накопительное устройство для штанг устанавливают в буровой агрегат таким образом, чтобы штанги из накопительного устройства можно было добавлять манипулятором между машиной для бурения по горной породе и компоновочным блоком буровых штанг уже в буровой скважине, и соответственно штанги можно было демонтировать из компоновочного блока и возвращать в накопительное устройство для штанг. Манипулятор, соединенный с накопительным устройством для штанг, может содержать поворотные рычаги и т.п., оснащенные захватывающим средством. С помощью поворотных рычагов штангу можно перемещать из накопительного устройства для штанг в буровой центр и соответственно возвращать из бурового центра в накопительное устройство для штанг. Известные накопительные устройства для штанг включают вращающиеся накопительные устройства и линейные накопительные устройства. Недостатком вращающихся накопительных устройств является их большая ширина, что создает трудность при установке их в направляющую. Патент США 4632618 раскрывает линейное накопительное устройство, в котором штанги хранятся одна поверх другой по вертикали и подаются в накопительном устройстве посредством подающих пластин, оснащенных желобками. Накопительное устройство для штанг патента США имеет сложную структуру и его эксплуатационная надежность является неудовлетворительной в сложных условиях.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в создании нового и усовершенствованного способа и накопительного устройства для штанг для складирования и манипулирования буровыми инструментами и анкерными болтами в установках для бурения горных пород и создании агрегата для бурения горных пород и агрегата для соединения болтами, оснащенных усовершенствованным накопительным устройством для штанг.

Способ изобретения отличается использованием подающего элемента, оснащенного винтовой поверхностью, для передвижения штанг в накопительном устройстве для штанг, предотвращением выхода штанг из контакта с винтовой поверхностью, поддерживанием штанг винтовой поверхностью и вращением подающего элемента вокруг своей оси вращения, передвигая таким образом штанги в накопительном устройстве для штанг в направлении подающей установки, расположенной на наиболее удаленном от центра его конце, или из подающей установки в зависимости от направления вращения вследствие воздействия винтовой поверхности.

Накопительное устройство для штанг изобретения отличается тем, что подающий элемент содержит винтовую поверхность, которая поддерживает штанги в накопительном устройстве для штанг, штанги опираются, на, по меньшей мере, одну поперечную опору на стороне, обращенной от подающего элемента, что предотвращает выход штанг из контакта с винтовой поверхностью, подающий элемент способен вращаться вокруг своей оси вращения, посредством чего штанги передвигаются в накопительном устройстве для штанг в направлении подающей установки или от нее в зависимости от направления вращения вследствие воздействия винтовой поверхности.

Агрегат для бурения горных пород изобретения отличается тем, что подающий элемент накопительного устройства для штанг содержит винтовую поверхность, посредством которой осуществляется перемещение буровых штанг, и подающий элемент способен вращаться вокруг своей оси вращения, посредством чего осуществляется передвижение штанг в накопительном устройстве для штанг в направлении подающей установки или от нее в зависимости от направления вращения вследствие воздействия винтовой поверхности.

Агрегат для анкерного крепления изобретения отличается тем, что подающий элемент накопительного устройства для штанг содержит винтовую поверхность, посредством которой осуществляется перемещение анкерных болтов, и подающий элемент способен вращаться вокруг своей оси вращения, посредством чего осуществляется передвижение анкерных болтов в накопительном устройстве для штанг в направлении подающей установки или от нее в зависимости от направления вращения вследствие воздействия винтовой поверхности.

Изобретение основано на идее, что накопительное устройство для штанг представляет собой линейный тип, при этом штанги загружают в одну линию, в который они находятся параллельно, бок о бок. Накопительное устройство для штанг содержит, по меньшей мере, один подающий элемент, имеющий винтовую поверхность, посредством которой осуществлено передвижение штанг в накопительном устройстве. Штанги передвигаются в накопительном устройстве в направлении подающей установки или от нее посредством вращения подающего элемента вокруг своей оси вращения. Штанги можно поддерживать в контакте с винтовой поверхностью.

Преимущество изобретения состоит в том, что подающий элемент, оснащенный винтовой поверхностью, представляет собой функционально надежный и простой составной элемент. В дополнение работой подающего элемента легко управлять и переводить в автоматический режим. Дополнительно благодаря новой конструкции накопительное устройство для штанг может быть легким и занимать небольшое пространство. Более того, его легко защищать от повреждений.

Согласно варианту осуществления, подающий элемент содержит удлиненный корпус, имеющий смонтированную вокруг него спираль с шагом резьбы. Данный тип подающего элемента является легким. Дополнительное преимущество спиральной конструкции состоит в том, что подающий элемент довольно легко модифицировать, снабжая его винтовыми поверхностями различных шагов.

Согласно варианту осуществления, подающий элемент содержит спираль с шагом, причем спираль сама по себе достаточна прочная, так что нет необходимости ее поддерживать посредством отдельного участка корпуса с внутренней стороны спирали. Данный тип подающего элемента является особенно легким и простым. Удерживание штанг в контакте с винтовой поверхностью спирали может быть установлено за счет поддерживания штанг как со стороны подающего элемента, так и с противоположной к нему стороны посредством одной или более поперечных опор. Поперечная опора может фактически представлять собой деталь типа скобы.

Согласно варианту осуществления, подающий элемент представляет собой удлиненный винт, наружная поверхность которого содержит резьбу с шагом. Винтовое звено представляет собой твердый, прочный и простой составной элемент.

Согласно варианту осуществления, размер шага подающего элемента может совпадать с диаметром наибольшей штанги, подлежащей перемещению. Следовательно, диаметр подающего элемента подходит для различных штанг.

Согласно варианту осуществления, подающий элемент наклонен по отношению к диаметру штанг, подлежащих перемещению. Наклон происходит в плоскости параллельной продольным осям штанг. Наклон обеспечивает возможность регулировки накопительного устройства для штанг различных диаметров и это означает, что накопительное устройство для штанг можно использовать для различных штанг без значительных изменений. Наклон уменьшает зазоры между подающим элементом и штангами, подлежащими перемещению, что обеспечивает возможность уменьшения раскачивания штанг и получающихся в результате вибрации и шума.

Согласно варианту осуществления, подающий элемент может быть наклонен по отношению к штангам в накопительном устройстве таким образом, чтобы угол наклона соответствовал шагу винтовой поверхности. В этом случае имеются линейные контактные поверхности между нижней поверхностью штанг и винтовой поверхностью. Линейная контактная поверхность имеет меньшее поверхностное давление, чем точечная контактная поверхность. Наклон находится в плоскости параллельной продольным осям штанг.

Согласно варианту осуществления, накопительное устройство для штанг содержит, по меньшей мере, два подающих элемента на расстоянии друг от друга и, по меньшей мере, два перемещающих элемента и т.п. на расстоянии друг от друга. Преимущество данного варианта осуществления состоит в том, что манипулирование штангами происходит правильно и точно.

Согласно варианту осуществления, подающие элементы на расстоянии друг от друга наклонены в направлениях друг от друга. Это позволяет сократить осевые силы, действующие на штанги.

Согласно варианту осуществления, накопительное устройство для штанг содержит первую концевую опору и вторую концевую опору, которые расположены на концах штанг в накопительном устройстве. Концевые опоры предотвращают продольное движение штанг.

Согласно варианту осуществления, перемещающее средство содержит, по меньшей мере, один рычаг, способный поворачиваться поворачивающим устройством по криволинейной траектории между подающей установкой в верхней части подающего элемента и центром. Наиболее удаленный от центра конец рычага оснащен захватывающим средством для захватывания штанг.

Согласно варианту осуществления, перемещающее средство включает, по меньшей мере, один рычаг, который способен передвигаться посредством одного или более одновременных или неодновременных линейных движений между подающей установкой в верхней части подающего элемента и центром. Наиболее удаленный от центра конец рычага оснащен захватывающим средством для захватывания штанг.

Согласно варианту осуществления, подающая установка накопительного устройства для штанг может передвигаться из исходного положения в центр, когда штангу передвигают в центр или от него. Исходное положение является базовым положением накопительного устройства для штанг при передвижении вне рабочей зоны бурового оборудования или оборудования для соединения болтами.

Согласно варианту осуществления, накопительное устройство для штанг выполнено с возможностью поворачивания относительно шарнира, посредством чего его подающая установка может поворачиваться между исходным положением и центром. Альтернативно накопительное устройство для штанг выполнено с возможностью поворота посредством соединительного устройства. Способное поворачиваться накопительное устройство для штанг может быть наиболее небольшим главным образом в боковом направлении. Более того, оно может быть простое и легкое.

Согласно варианту осуществления, накопительное устройство для штанг выполнено с возможностью передвижения вдоль одной или более направляющих поверхностей. Альтернативно накопительное устройство для штанг выполнено с возможностью передвижения посредством одного или более линейных движений. Признак, общий для данных вариантов применения, состоит в том, что подающую установку перемещают из исходного положения в центр и обратно.

Согласно варианту осуществления, накопительное устройство для штанг соединено с направляющей на наиболее удаленном от центра конце стрелы-манипулятора.

Согласно варианту осуществления, накопительное устройство для штанг имеет одну или более противодействующих деталей, напротив которых располагается подающий элемент, чтобы толкать наиболее удаленную от центра штангу в накопительном устройстве при ее перемещении в подающую установку накопительного устройства для штанг. Противодействующая деталь может быть обеспечена поверхностью, ограничивающей движение наиболее удаленной от центра штанги в направлении подачи подающего элемента. Дополнительно противодействующая деталь может быть обеспечена пространством для размещения штанги и средством для удерживания штанги. Противодействующая деталь обеспечивает возможность подачи штанги с точным расположением в положении для подачи, что облегчает манипулирование штангой.

Согласно варианту осуществления, подающий элемент выполнен с возможностью удерживания штанги в подающей установке посредством, по меньшей мере, одной противодействующей детали, когда подающую установку перемещают в центр. В данном случае отдельное захватывающее средство или исполнительные механизмы для них не требуются.

Согласно варианту осуществления, штанга, подлежащая перемещению, представляет собой буровой инструмент. Буровой инструмент может представлять собой бурильную трубу, наращиваемую буровую штангу или аналогичное удлиненное звено, используемое при бурении.

Согласно варианту осуществления, наращиваемая буровая штанга, подлежащая перемещению, представляет собой анкерный болт, который является удлиненной деталью, которую можно помещать в предварительно высверленное в горной породе отверстие, и закреплять в нужном месте для поддержки потолка или стены пространства, вскрытого в горной породе. Анкерные болты устанавливают в нужном месте с использованием аппарата для болтового соединения.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Некоторые варианты осуществления изобретения будут описаны ниже более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг. 1 представляет собой схематичный боковой вид установки для бурения горных пород;

фиг. 2 представляет собой схематичный перспективный вид бурового агрегата, оснащенного накопительным устройством для штанг изобретения;

фиг. 3 представляет собой схематичный перспективный вид блока манипулирования для накопительного устройства для штанг изобретения;

фиг. 4 представляет собой схематичный боковой вид блока манипулирования фигуры 3;

фиг. 5 представляет собой схематичный вид бурового агрегата, оснащенного накопительным устройством для штанг, рассматриваемого в продольном направлении направляющей;

фиг. 6 представляет собой схематичный вид бурового агрегата фиг.5 в ситуации, в которой рычажный механизм, принадлежащий накопительному устройству для штанг, переместил штангу из накопительного устройства для штанг в линию бурения;

фиг. 7 представляет собой схематичный вид в продольном направлении бурового агрегата, оснащенного поворачивающимся накопительным устройством для штанг;

фиг. 8 представляет собой схематичный вид бурового агрегата фиг. 7 в ситуации, в которой накопительное устройство для штанг было повернуто для перемещения штанги в линию бурения;

фиг. 9 и 10 представляют собой схематичный вид накопительного устройства для штанг, рассматриваемого в продольном направлении направляющей, причем накопительное устройство выполнено с возможностью поворота посредством соединительного устройства;

фиг. 11 представляет собой схематичный вид накопительного устройства для штанг, рассматриваемого в продольном направлении направляющей, причем накопительное устройство оснащено спиральным подающим элементом и перемещающим элементом, передвигающимся в линейном направлении;

фиг. 12 и 13 представляют собой схематичные виды накопительного устройства для штанг, рассматриваемого в продольном направлении направляющей, при этом накопительное устройство выполнено с возможностью передвижения под управлением посредством направляющей поверхности между исходным положением и центром.

Для ясности некоторые варианты осуществления изобретения были упрощены. Одинаковые части обозначены на фигурах одинаковыми ссылочными номерами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 показывает установку 1 для бурения горных пород, включающую подвижное транспортное средство 2 с одной или несколькими стрелами-манипуляторами 3, расположенными на нем и оснащенными агрегатом 4 для бурения горных пород. Агрегат 4 для бурения горных пород содержит машину 5 для бурения по горной породе, которую можно передвигать вдоль направляющей 6 посредством перемещающего устройства 7. Машина 5 для бурения по горной породе может иметь инструмент 8, соединенный с ней и содержащий множество следующих одна за другой буровых штанг 9, соединенных друг с другом посредством соединительных звеньев, как например винтовое соединение. Дополнительно наиболее удаленный от центра конец крайней буровой штанги 9 оснащен буровым долотом 10, имеющим бурильные наконечники, для создания буровой скважины 12 в горной породе 11. Машина 5 для бурения по горной породе может содержать ударное устройство для передачи ударных импульсов в инструмент 8, который передает их в буровое долото 10 и далее в горную породу 11, подлежащую разрушению. Машина 5 для бурения по горной породе может также содержать вращающееся устройство, которое обеспечивает возможность вращения инструмента 8 вокруг своей продольной оси в процессе бурения.

Буровой агрегат 4 дополнительно оснащен накопительным устройством 13 для штанг, опирающимся на направляющую 6. Накопительное устройство 13 для штанг может быть использовано для складирования буровых штанг 9 и других буровых инструментов, необходимых для бурения глубоких скважин. Накопительное устройство 13 для штанг оснащено подсобными приспособлениями для перемещения буровых инструментов между накопительным устройством 13 для штанг и осью бурения, т.е. центром K.

В дополнение к машине 5 для бурения по горной породе буровой агрегат 4 может быть оснащен устройством для анкерного крепления, смонтированным на направляющей 6 индексированным образом, например, чтобы обеспечить возможность складирования анкерных болтов в накопительном устройстве 13 для штанг. С целью большей ясности фигура не показывает устройство для анкерного крепления в соединении с буровым агрегатом 4.

Дополнительно установка 1 для бурения горных пород может быть оснащена одной или более стрелами-манипуляторами 15, оснащенными агрегатом 16 для анкерного крепления, подлежащим использованию для установки анкерного болта 17 в скважину 12, пробуренную заблаговременно. Агрегат 16 для анкерного крепления содержит устройство 18 для анкерного крепления, которое может быть смонтировано на направляющей 16 и т.п. Устройство 18 может быть оснащено накопительным устройством 13 для штанг для складирования анкерных болтов 17 и для захвата их в линию анкерного крепления, т.е. в центр K устройства 18 для соединения болтами.

Фиг. 2 показывает буровой агрегат 4, содержащий накопительное устройство 13 для штанг для складирования и манипулирования буровыми штангами 9. Принцип складирования накопительного устройства 13 для штанг линейный, т.е. штанги 9 расположены в одну линию, параллельно друг другу, бок о бок. Фиг. 2 показывает исполнение, в котором штанги находятся вертикально, одна поверх другой. Накопительное устройство 13 для штанг содержит два подающих элемента 19, которые поддерживают штанги 9. Подающие элементы 19 расположены на расстоянии друг от друга и на расстоянии от концов штанг 9, посредством чего длинные штанги 9 также хорошо поддерживаются. Подающие элементы 19 представляют собой удлиненные детали, которые можно вращать вокруг их продольной оси. Подающие элементы 19 могут быть оснащены двигателем вращения, как например гидравлический двигатель. Подающие элементы 19 содержат винтовые поверхности, которые обеспечивают возможность перемещения штанг 9 в пределах накопительного устройства 13 для штанг. Дополнительно накопительное устройство 13 для штанг может содержать два перемещающих средства 21, которые могут быть выполнены в соединении с подающими элементами 19. С помощью перемещающих элементов 21 штанги 9 можно перемещать из накопительного устройства 13 для штанг в центр K и обратно. Подробная конструкция и функционирование подающего элемента 19 и подробная конструкция и функционирование перемещающего элемента 21 показаны на следующих фигурах.

Фиг. 2 дополнительно показывает, что накопительное устройство 13 для штанг содержит концевые опоры 22, которые предотвращают скольжение штанг 9 в продольном направлении, когда буровой агрегат 4 направляется вверх или вниз. Концевая опора 22 может представлять собой рычаг, опирающийся на направляющую 6, причем наиболее удаленный от центра участок рычага оснащен опорной поверхностью на стороне концов штанги. Накопительное устройство 13 для штанг может дополнительно содержать две поперечные опоры 23, смонтированные на подающем элементе 19 на стороне, обращенной от него. Поперечные опоры 23 предотвращают выход штанг 9 в накопительном устройстве 13 для штанг из контакта с винтовой поверхностью подающего элемента 19 в поперечном направлении. Поперечная опора 23 может опираться на направляющую 6 и представлять собой плоскую опорную поверхность, относительно которой штанги 9 легко перемещать подающим элементом 19. Накопительное устройство 13 для штанг, таким образом, содержит, по меньшей мере, два блока 24a, 24b манипулирования, расположенные на расстоянии друг от друга и содержащие, по меньшей мере, подающий элемент 19, перемещающий элемент 21 и поперечную опору 23. Блоки 24a, 24b манипулирования могут быть легко оснащены ограждениями вокруг них для предотвращения повреждения. В целом, накопительное устройство 13 для штанг изобретения может иметь довольно легкую и простую конструкцию. В некоторых случаях накопительное устройство для штанг может содержать только один блок манипулирования.

Фиг. 3 показывает блок 24b манипулирования, принадлежащий накопительному устройству 13 для штанг. Вертикальное накопительное устройство 13 для штанг удерживает четыре штанги 9, складированные линейно, одна поверх другой. Естественно, параметры накопительного устройства 13 для штанг могут быть подобраны для меньшего или большего количества штанг. Штанги 9 перемещаются в линейном направлении подающим элементом 19, содержащим винтовую поверхность 25. В варианте, показанном на фигуре 3, винтовая поверхность 25 представляет собой спираль 26, которая опирается на удлиненный корпус 27 подающего элемента 19, причем корпус может вращаться вокруг своей продольной оси таким образом, что винтовая поверхность 25 напротив нижних поверхностей штанг 9 поднимает или опускает штанги в зависимости от направления вращения подающего элемента 19. Никакие отдельные промежуточные детали не нужны между наложенными друг на друга штангами 9 для создания зазоров 28 между штангами 9, потому что спираль 26 находится между штангами 9 и неизбежно образует зазор 28 между ними, как показано на фигуре 4. Корпус 27 подающего элемента 19 можно вращать посредством вращения двигателя 29. Вместо спирали 26 подающий элемент 19 может содержать удлиненный винт, который вращается вокруг своей продольной оси. Данный вариант не требует отдельного корпуса 27. Параметры шагов резьбы винта и спирали 26 могут быть подобраны так, что штанги, подлежащие перемещению, плотно входят в пространство между витками или спиралями. В дополнение параметры винтовой поверхности 25 и остальной части конструкции подающего элемента должны быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить возможность приема массы штанг 9 в накопительном устройстве 13 для штанг. Данный аспект также должен быть принят в расчет при подборе параметров средства вращения.

Фиг. 3 и 4 показывают, что подающий элемент 19 можно наклонять под предварительно заданным углом B по отношению к штангам 9. Наклон происходит в плоскости параллельной продольному направлению штанг 9. Верхние концы подающих элементов 19 блоков 24a и 24b манипулирования могут быть наклонены друг к другу. Величина угла B наклона может быть выбрана согласно шагу винтовой поверхности 25 таким образом, чтобы нижние поверхности штанг 9 опирались о линейную противодействующую поверхность спирали 26 или плоскую противодействующую поверхность винтовой резьбы. Подающий элемент 19 может быть смонтирован с фиксированным углом В наклона или альтернативно угол B наклона может быть отрегулирован вручную или с использованием подходящего исполнительного механизма. Параметры шага резьбы спирали 26 подающего элемента 19 или альтернативно шага винтовой резьбы могут быть подобраны согласно штанге 9, имеющей наибольшее поперечное сечение. Однако накопительное устройство 13 для штанг, оснащенное данным типом подающего элемента 19, может быть использовано также для манипулирования штангами 9 меньшего диаметра. Если в данном случае необходимо предотвратить образование зазоров между штангами 9 меньшего диаметра и подающим элементом 19 и вызываемое этим раскачивание штанг 9, подающий элемент 19 можно наклонить в направлении B, что обеспечивает возможность уменьшения зазоров. Также возможно, чтобы деталь, имеющая винтовую поверхность 25 подающего элемента 19, представляла собой сменную деталь, которую легко заменить в соответствии со штангами 9, подлежащими перемещению в определенное время.

Фиг. 3 и 4 показывают, что подающий элемент 19 может быть оснащен датчиком 30 для отслеживания вращения подающего элемента 19. Результат измерения, полученный от датчика 30, может быть передан в блок 40 управления, управляющий работой накопительного устройства 13 для штанг. Параметры шага резьбы подающего элемента 19 могут быть подобраны, например, таким образом, что один полный поворот вокруг продольной оси вызывает передвижение штанги 9 вверх или вниз на одну позицию в накопительном устройстве 13 для штанг. Естественно, существует также другое средство приспособления подбора размеров и стратегии управления, потому что блок 40 управления может рассчитывать необходимое вращение подающего элемента 19 на основе шага резьбы винтовой поверхности 25 и требуемого расстояния перемещения.

Фиг. 3 и 4 показывают перемещающий элемент 21, содержащий рычаг 31, имеющий по существу, форму буквы C и прикрепленный к направляющей 6 посредством шарнира 32. Перемещающий элемент 21 можно поворачивать поворачивающим элементом 33 в направлении C, поперек направляющей 6. Наиболее удаленная от центра часть перемещающего элемента 21 может быть оснащена захватывающим средством 34, как например захватами 37, для захватывания штанг 9. Захватывающее средство 34 может быть использовано в направлении D захватывающим исполнительным механизмом 35. Поворачивающее устройство 33 и захватывающий исполнительный механизм 35 могут представлять собой гидравлические цилиндры, только схематично представленные на фиг. 3 и 4. Альтернативно могут быть использованы другие исполнительные механизмы, подходящие для данной цели.

На фиг. 5 перемещающий элемент 21 был повернут в свое исходное положение, причем наиболее удаленный от центра конец рычага 31 находится на подающем элементе 19. Наиболее удаленный от центра конец рычага 31 может быть оснащен противодействующей деталью 36, при этом подающий элемент 19 может перемещать наиболее удаленную от центра штангу 9a накопительного устройства 13 для штанг в направлении него для того, чтобы опираться на нее. В своем наиболее простом виде противодействующая деталь 36 может представлять собой деталь, обладающую формой, соответствующей наружной поверхности штанги, как показано на фигуре. Противодействующая деталь 36 может также содержать промежуток или подающую установку 39, оснащенную фиксатором, например, или аналогичным стопорным механизмом, и в который может входить наиболее удаленная от центра штанга 9a, подаваемая из накопительного устройства 13 для штанг. Также возможно, чтобы верхняя часть подающего элемента 19 была оснащена средством для приема наиболее удаленной от центра штанги 9a и для удерживания ее до тех пор, пока перемещающий элемент 21 не примет штангу для перемещения. Дополнительно захватывающее средство 34 на наиболее удаленном от центра конце рычага 31 может содержать один или более способных открываться или способных закрываться захватов 37, которые используются захватывающим исполнительным механизмом 35. Захваты 37 перемещающего элемента 21 могут зажимать наиболее удаленную от центра штангу 9a в накопительном устройстве 13 для штанг напротив противодействующей детали 36. Вслед за этим рычаг 31 можно поворачивать в направлении C для перемещения штанги 9a в линию бурения, т.е. центр K. Данная ситуация показана на фигуре 6. Как на ней видно, C-форма рычагов дает им возможность поворачиваться в поперечном направлении без соударения рычагов с другими штангами 9 в накопительном устройстве 13 для штанг. Поскольку рычаги 31 располагаются рядом с подающим элементом 19, рычаги 31 не соударяются с подающим элементом 19 при поворачивании. Когда штанга 9a доставлена в центр K, захваты 37 могут быть открыты, а рычаг 31 может быть возвращен в свое исходное положение, показанное на фиг. 5, чтобы обеспечить возможность введения следующей штанги. В связи с этим подробное манипулирование со штангами в центре, как например открывание и прикрепление соединительных звеньев, не описано.

Когда буровая скважина пробурена, и оборудование для наращиваемых буровых штанг демонтируют, рычаг 31 направляют в центр K, посредством чего противодействующую деталь 36 устанавливают напротив штанги 9a в центре, после чего захваты 37 закрывают и рычаг 31 поворачивают в свое исходное положение на подающем элементе 19. Вслед за этим захваты 37 открывают, и штангу 9a перемещают к поддерживающей винтовой поверхности 25 подающего элемента 19. Подающий элемент 19 вращают таким образом, что штанга 9a, вставленная в накопительное устройство 13 для штанг, передвигается на одну позицию вниз, посредством чего место в подающей установке S освобождается для штанги, подлежащей вставлению вслед за этим. Это продолжается до тех пор, пока все штанги не будут разгружены или пока накопительное устройство 13 для штанг не заполнится штангами.

Фиг. 7 и 8 показывают вариант накопительного устройства 13 для штанг, в котором подающий элемент 19 и поперечная опора 23 выполнены с возможностью поворота в направлении C вместе с рычагом 31. В этом случае поворачиваются также все штанги 9 в накопительном устройстве 13 для штанг и нет необходимости придавать рычагу форму буквы C, как на предыдущих фигурах, потому что он теперь не может соударяться со штангами. Следовательно, конструкция накопительного устройства 13 для штанг может быть более узкой, чем конструкция, показанная на фиг. 5 и 6. Накопительное устройство 13 для штанг выполнено с возможностью поворота относительно шарнира 32 целиком, обеспечивая таким образом возможность направления подающей установки S в верхней части подающего элемента 19 в центр K, как показано на фиг.8. В других отношениях признаки вариантов осуществления, показанных на фиг. 3-6, например, что касается подающего элемента 19, могут быть использованы в вариантах осуществления фиг. 7 и 8.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 7 и 8, накопительное устройство 13 для штанг может совсем не содержать каких-либо рычагов 31, но в качестве перемещающего элемента действует поворачивающийся подающий элемент 19. В этом случае подающая установка S в верхней части подающего элемента 19 может быть оснащена необходимым захватывающим средством.

Фиг. 9 и 10 показывают накопительное устройство 13 для штанг, которое можно передвигать посредством соединительного устройства 39. Фиг. 9 показывает исходное положение, а фиг. 10 ситуацию, в которой подающая установка S была доставлена в центр K. Соединительное устройство 39 может иметь в своем составе, по меньшей мере, два рычага 40a и 40b, которые выполнены с возможность поворота посредством шарниров 41a и 41b к подающему механизму 19, а с другой стороны, опираются на направляющую 6 посредством шарниров 42a и 42b. Соединительное устройство 39 расположено таким образом, чтобы накопительное устройство 13 для штанг поворачивалось в направлении C вдоль изменяющейся криволинейной траектории. Параметры рычагов и взаимное положение шарниров могут быть использованы для воздействия на форму криволинейной траектории. Кривизна траектории изменяется таким образом, что ее радиус становится меньше в направлении центра K. Преимущество этого состоит в том, что накопительное устройство 13 для штанг не увеличивает размеры бурового агрегата в сторону увеличения. Естественно, для передвижения накопительного устройства 13 для штанг можно использовать также другие соединительные устройства, подходящие для данной цели.

Дополнительно подающий элемент 19, показанный на фиг. 9 и 10, представляет собой спираль 26, параметры которой могут быть подобраны так, что она способна нести массу штанг 9, не опираясь при этом на какой-либо корпус в середине спирали, как показано на фиг. 3-8. Внутри спирали 26 или альтернативно снаружи ее может быть расположена не способная вращаться поперечная опора 23b, которая вместе с поперечной опорой 23a сохраняет штанги 9 в линейном расположении и предотвращает выход штанг 9 из контакта со спиралью 26. Противодействующая деталь 36 и захватывающее средство, если они имеют место, могут быть смонтированы на свободном конце поперечной опоры 23b. Поперечные опоры 23a и 23b можно заменить трубой, выполненной без возможности вращения, смонтированной вокруг подающего элемента 19 и имеющей канавку, открывающуюся в подающую установку S, причем канавка расположена параллельно штангам 9 в накопительном устройстве, чтобы обеспечить возможность передвижения штанг в накопительном устройстве. Естественно, также возможны поперечные опоры какой-либо другой конструкции.

Также возможно, чтобы накопительное устройство 13 для штанг не имело какого-либо отдельного захватывающего средства, но подающий элемент 19 и противодействующая деталь 36 могли быть выполнены с возможностью совместного функционирования в качестве разновидности захватывающих звеньев и удерживать штангу в подающей установке S, когда накопительное устройство 13 для штанг перемещается в центр K. С помощью подающего элемента 19 штангу 9 можно толкать относительно противодействующей детали 36 или аналогичной поверхности. Следовательно, отдельные захватывающие звенья не нужны, вследствие чего конструкция может быть даже более простой.

Фиг. 11 показывает накопительное устройство 13 для штанг в своем исходном положении под диагональным углом к направляющей 6. Подающий элемент 19 может представлять собой спираль 26, опирающуюся только на двигатель вращения 29. Снаружи спирали 26 может быть смонтирована без возможности вращения опора 43, верхняя часть которой может быть оснащена перемещающим элементом 21, который может содержать рычаг 44, двигающийся в линейном направлении L. Рычаг 44 можно передвигать посредством подходящего исполнительного механизма 45, как например гидравлический цилиндр. Рычаг 44 оснащен захватывающим средством 34, которое можно передвигать в линейном направлении L между подающей установкой S и центром K.

Фиг. 12 и 13 дополнительно иллюстрируют решение, в котором накопительное устройство 13 для штанг можно перемещать под управлением посредством направляющей поверхности 46 из исходного положения согласно фиг.12 в положение, показанное на фиг.13, с подающей установкой S в центре K. Накопительное устройство 13 для штанг можно поддерживать на направляющей поверхности 46, например, роликами 47. Естественно, существуют также другие варианты трактовки направляющей поверхности 46 и опорных звеньев, опирающихся на нее. Фиг. 13 фактически изображает направляющую поверхность, показанную пунктирной линией, причем для доставки подающей установки S в центр K накопительное устройство 13 для штанг может двигаться вдоль поверхности в линейном направлении L2.

Обычно накопительное устройство 13 для штанг расположено на одной стороне направляющей, как показано на фигуре. В зависимости от настройки под рабочую руку бурового агрегата или устройства для соединения болтами накопительное устройство для штанг может быть со стороны правой руки или левой руки, если смотреть со стороны стрелы-манипулятора. Обе стороны направляющей 6 могут быть оснащены установочными элементами, которые обеспечивают возможность легкого изменения настройки под рабочую руку бурового агрегата. Конструкция накопительного устройства 13 для штанг может быть симметричной, в каком случае его можно прикреплять к каждой стороне направляющей 6 без каких-либо изменений. В некоторых случаях накопительное устройство 13 для штанг может быть смонтировано на обеих сторонах направляющей 6, посредством чего количество складируемых буровых инструментов или анкерных болтов может быть больше. В этом случае оба накопительных устройства для штанг 13 могут быть оснащены отдельными подающими элементами 19 и перемещающими элементами 21. Вариант применения накопительного устройства 13 для штанг, показанный, например, на фиг. 7 и 8, является простым для размещения на обеих сторонах направляющей. Дополнительно перемещающий элемент 21 накопительного устройства 13 для штанг типа, показанный на фиг. 5 и 6, можно трактовать в отличие от фигур как один общий перемещающий элемент, выполненный с возможностью перемещения штанг между центром и обоими подающими элементами. Также возможно, чтобы на первой стороне направляющей имелось накопительное устройство для буровых штанг, а на второй стороне - накопительное устройство для анкерных болтов.

Вместо единообразной спирали 26 или винта винтовая поверхность подающего элемента 19 может быть образована таким образом, чтобы она включала большое количество винтовых элементов, смонтированных по отношению друг к другу так, чтобы совместно образовывать винт с шагом резьбы, чтобы обеспечить возможность опоры и/или перемещения штанг. Винтовые элементы могут представлять собой, например, шипы, пластины или аналогичные выступы, которые располагаются на наружной поверхности способного вращаться корпуса, вращаемого двигателем вращения таким образом, чтобы через опорные поверхности могла быть протянута воображаемая винтовая линия с шагом резьбы, предназначенная для установки напротив штанг винтовых элементов.

Вместо вертикального положения исходное положение накопительного устройства 13 для штанг может представлять собой диагональное положение, как например, на фиг. 9 и 11, или даже оно может представлять собой горизонтальное положение.

Несмотря на то, что фиг. с 3 по 13 показывают признаки накопительного устройства 13 для штанг и различные варианты применения по отношению к буровому агрегату, соответствующие признаки, характеристики и варианты применения могут быть использованы также в связке с устройством для соединения болтами для складирования и манипулирования анкерными болтами.

В данном варианте применения вертикальное положение означает основное положение бурового агрегата или агрегата для соединения болтами, при этом направляющая и устройства, соединенные с ними, находятся в вертикальном положении. Когда стрелу-манипулятор и направляющую поворачивают в процессе бурения и соединения болтами, вертикальное линейное накопительное устройство может находиться в наклонном или даже почти в горизонтальном положении. Однако накопительное устройство все также сохраняет свою относительную ориентацию по отношению к направляющей, даже если изменилась ее абсолютная ориентация.

В некоторых случаях признаки, раскрытые в данной заявке, могут быть использованы сами по себе безотносительно к другим признакам. С другой стороны, признаки, раскрытые в данной заявке, могут также быть использованы для предоставления различных комбинаций, при необходимости.

Чертежи и относящееся к ним описание предназначены исключительно для иллюстрирования идеи изобретения. Детали изобретения могут варьировать в пределах объема правовых притязаний формулы изобретения.