способ и оборудование для проведения взрывных работ с малым зарядом

Формула изобретения

1. Способ проведения взрывных работ с малым зарядом, содержащий следующие стадии:

проведение взрывных работ посредством бурового агрегата (4) для горных пород, содержащего, по меньшей мере, ходовую балку (5), перемещающее устройство (5а), машину (6) для бурения по горным породам и буровой инструмент (7);

бурение скважины (16) в материале (11), подлежащем разработке, машиной (6) для бурения по горным породам;

поддержание машины (6) для бурения по горным породам в направлении пробуренной скважины (16) после бурения;

подача после бурения, по меньшей мере, одного патрона (Р), содержащего метательный заряд, в скважину (16) по, по меньшей мере, одному каналу (15) в буровом инструменте (7);

подача патрона из установки (14) подачи патронов в канал (15) бурового инструмента;

герметизация скважины (16); и

воспламенение патрона (Р), посредством чего в скважине (16) образуется большое давление газа, вызывая разрыв материала (11), подлежащего обработке,

отличающийся тем, что содержит

перемещение патрона (Р) в канал (15) бурового инструмента из установки (14) подачи патронов, отдельной от машины (6) для бурения по горным породам.

2. Буровой агрегат для горных пород для проведения взрывных работ с малым зарядом, содержащий ходовую балку (5), машину (6) для бурения по горным породам, перемещающее устройство (5а) для перемещения машины (6) для бурения по горным породам на ходовой балке (5) в направлении перемещения (А) и в обратном направлении (В), буровой инструмент (7), соединенный с машиной (6) для бурения по горным породам и содержащий, по меньшей мере, один продольный канал (15), и установку (14) подачи патронов для подачи патрона (Р), содержащего метательный заряд, в буровой инструмент (7) и по каналу (15) в скважину (16);

отличающийся тем, что

что установка (14) подачи патронов представляет собой блок, отдельный от машины (6) для бурения по горным породам.

3. Буровой агрегат по п.2, отличающийся тем, что установка (14) подачи патронов размещена на ходовой балке (5) на передней стороне машины (6) для бурения по горным породам.

4. Буровой агрегат по п.2 или 3, отличающийся тем, что машина (6) для бурения по горным породам и установка (14) подачи патронов размещены на ходовой балке (5) на одной и той же каретке (19).

5. Буровой агрегат по п.2 или 3, отличающийся тем, что машина (6) для бурения по горным породам размещена на ходовой балке (5) на первой каретке (19а), а установка (14) подачи патронов размещена на ходовой балке (5) на второй каретке (19b).

6. Буровой агрегат по п.2 или 3, отличающийся тем, что машина (6) для бурения по горным породам снабжена выдвигаемым стволом (20), который выдвигается к установке (14) подачи патронов, расположенной на передней стороне машины (6), и, по меньшей мере, часть ствола (20) на стороне бурового инструмента (9) содержит продольный канал (22), при этом ствол (20) содержит, по меньшей мере, одно подающее отверстие (23) для подачи патронов (Р) из установки (14) подачи патронов в канал (22) ствола (20) и в канал (15) бурового инструмента (9), соединенного со стволом (20).

7. Буровой агрегат по п.2 или 3, отличающийся тем, что буровой инструмент (7), соединенный со стволом (20) машины (6) для бурения по горным породам, содержит, по меньшей мере, одно подающее отверстие (23) на установке (14) подачи патронов для подачи из нее патронов (Р) в канал (15) бурового инструмента (7).

Описание изобретения к патенту

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к способу проведения взрывных работ с малым зарядом, включающему бурение машиной для бурения по горным породам буровой скважины в материале, подлежащем разработке, и подачу после бурения, по меньшей мере, одного патрона, содержащего метательный заряд, в буровую скважину посредством бурового агрегата. После этого буровую скважину герметизируют перед воспламенением патрона. Воспламенение малого заряда создает большое давление газа в шпуре, вызывая разрыв материала, подлежащего разработке.

Изобретение, кроме того, относится к буровому агрегату для горных пород для взрывных работ с малым зарядом. Буровой агрегат содержит ходовую балку, машину для бурения по горным породам и буровой инструмент, соединенный с машиной для бурения по горным породам и содержащий канал для подачи патрона в скважину. Патрон подают в канал в буровом инструменте посредством подающей установки.

При взрывных работах с малым зарядом патрон, содержащий метательный заряд или аналогичный малый заряд, размещают в буровой скважине. Когда патрон воспламеняют, в скважине создается большое давление газа. Большое давление в скважине является причиной управляемого разрыва материала, подлежащего разработке. По сравнению с обычными взрывными работами взрывные работы с малым зарядом обеспечивают такое преимущество, что для воспламенения после бурения нет необходимости перемещать с буровой площадки установку для бурения горных пород, и, таким образом, взрывные работы можно выполнять непрерывно. Кроме того, взрывные работы с малым зарядом не создают большие волны напряжений, посредством чего часть горной породы, которую не нужно разрушать, остается неповрежденной и не требует крепления. Также, взрывные работы с малым зарядом безопасны и создают меньшее количество пыли.

Патент США 5 308 149 раскрывает буровой агрегат, содержащий машину для бурения по горным породам и перемещающее устройство патронов, которое может фиксированно располагаться на ходовой балке. Сначала машиной для бурения по горным породам пробуривают скважину, а затем в скважине фиксированно располагают перемещающее устройство патронов для перемещения патронов в скважину. Перемещающее устройство патронов содержит массивную забоечную штангу, посредством которой патрон толкают в забой скважины, при этом посредством такой штанги забой буровой скважины также герметизируют. Публикация WO 2006/099 637 раскрывает альтернативную конфигурацию для взрывных работ с малым зарядом. В ней не требуется отдельное перемещающее устройство патронов в дополнение к машине для бурения по горным породам, при этом патрон подают из перемещающей установки в машине для бурения по горным породам в ствол и далее через буровые штанги в буровую коронку, из которой их направляют в забой скважины. Недостаток данного решения состоит в том, что требуется применение изготовляемой на заказ машины для бурения по горным породам.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель настоящего изобретения состоит в создании новых и усовершенствованных способа и бурового агрегата для взрывных работ с малым зарядом.

Способ изобретения отличается подачей патрона в канал бурового инструмента из установки подачи патронов, отдельной от машины для бурения по горным породам.

Буровой агрегат изобретения отличается тем, что установка подачи патронов представляет собой блок, отдельный от машины для бурения по горным породам.

Идея изобретения состоит в том, что установку подачи патронов размещают отдельно от машины для бурения по горным породам, что делает ее отдельным от машины блоком.

Изобретение обеспечивает преимущество, состоящее в том, что для бурения можно использовать совершенно обычную машину для бурения по горным породам, потому что подающая установка представляет собой независимый отдельный блок. В таком случае, наиболее важный элемент, т.е. машину для бурения по горным породам, не нужно конструировать заново, но может быть использована любая подходящая машина для ударного бурения по горным породам или машина для вращательного бурения по горным породам. В дополнение, конструкцию отдельной подающей установки можно выбирать свободно в соответствии с необходимостью. Кроме того, подающая установка может представлять собой легко заменяемый составной элемент. В общем, конструкция оборудования является более простой, потому что машина для бурения по горным породам и подающая установка являются отдельными блоками.

Идея варианта осуществления состоит в том, что отдельную установку подачи патронов размещают на передней стороне машины для бурения по горным породам.

Идея варианта осуществления состоит в том, что машину для бурения по горным породам и установку подачи патронов располагают на ходовой балке на одной и той же каретке.

Идея варианта осуществления состоит в том, что машину для бурения по горным породам размещают на ходовой балке на первой каретке, а установку подачи патронов размещают на ходовой балке на второй каретке.

Идея варианта осуществления состоит в том, что машину для бурения по горным породам снабжают выдвигаемым стволом, который выдвигается в подающую установку, расположенную на передней стороне машины для бурения по горным породам. В дополнение, по меньшей мере, часть ствола на стороне бурового инструмента содержит продольный канал. Ствол содержит также, по меньшей мере, одно подающее отверстие для подачи патронов из установки подачи патронов в канал ствола и далее в канал бурового инструмента, соединенного со стволом.

Идея варианта осуществления состоит в том, что буровой инструмент, расположенный на стволе машины для бурения по горным породам, содержит, по меньшей мере, одно подающее отверстие на установке подачи патронов для подачи патронов из установки подачи патронов в канал бурового инструмента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Некоторые варианты осуществления изобретения описываются более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 схематично показывает установку для бурения горных пород, которая снабжена буровыми агрегатами для взрывных работ с малым зарядом согласно изобретению;

фиг.2 схематично показывает вид сверху ситуации, где патрон и герметизирующую среду подают через буровой инструмент в скважину;

фиг.3 схематично показывает вид сбоку бурового агрегата согласно изобретению, в котором патрон подают из установки подачи патронов, расположенной на передней стороне машины для бурения на своей собственной каретке, в выдвигаемый ствол и дополнительно, посредством воды под давлением, по каналу в инструменте далее в скважину;

фиг.4 схематично показывает вид сбоку второго бурового агрегата, в котором патрон подают из установки подачи патронов, расположенной на передней стороне машины и размещенной на одной и той же каретке, в подающее отверстие первого бурового инструмента, соединенного с машиной, и дополнительно, посредством воды под давлением, по каналу в буровом инструменте в буровую коронку и далее в забой скважины.

Из соображений ясности, некоторые варианты осуществления изобретения на фигурах показаны упрощенными. Одинаковые части на фигурах обозначены одинаковыми ссылочными номерами.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ НЕКОТОРЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Установка 1 для бурения горных пород, показанная на фиг.1, содержит подвижное транспортное средство 2, три буровые стрелы-манипулятора 3a-3c и буровые агрегаты 4a-4c на каждой буровой стреле-манипуляторе. Буровой агрегат 4 содержит, по меньшей мере, ходовую балку 5, машину 6 для бурения по горным породам, перемещающее устройство 5a для перемещения машины 6 на ходовой балке в направлении А перемещения и в обратном направлении B, и буровой инструмент 7, соединенный с машиной 6, расположенной в передней части ходовой балки 5, переднюю направляющую 8, через которую устанавливают буровой инструмент 7. Буровой инструмент 7 может содержать одну или более буровых штанг 9 и буровую коронку 10 на наиболее дальнем конце инструмента. Альтернативно, буровой инструмент 7 может представлять собой целостную штангу, наиболее дальний конец которой снабжен коронками и т.п. Машина 6 для бурения по горным породам может представлять собой бурильную машину ударного действия, содержащую ударное устройство, с помощью которого ударные импульсы передаются в буровой инструмент и далее передаются посредством инструмента в горную породу или аналогичный материал 11, подлежащий разработке. Машина ударного действия для бурения по горным породам может содержать вращающееся устройство для вращения бурового инструмента вокруг своей продольной оси. Альтернативно, можно использовать машину для бурения по горным породам не ударного действия, причем в таком случае бурение осуществляют посредством только вращательного движения. Для основной идеи изобретения неважна технология бурения, используемая для бурения скважины. Патроны, используемые во взрывных работах с малым зарядом, можно подавать из хранилища 12 для патронов на транспортном средстве 2 по подающему каналу 13 в установку 14 подачи патронов и далее по каналу 15 в буровой штанге 9 в скважину 16, как показано на фиг.2. Альтернативно, хранилище 12с для патронов может быть расположено на буровом агрегате 4.

Фиг.2 иллюстрирует способ проведения взрывных работ с малым зарядом. В горной породе 17 общепринятым способом пробуривают скважину 16 с помощью машины 6 для бурения и связанного с ней инструмента 7. После окончания бурения, инструмент 7 может быть извлечен в обратном направлении B на некоторое расстояние от забоя скважины 16. Инструмент, однако, удерживают в буровой скважине. После этого патрон P можно подавать из хранилища 12 и т.п. в подающую установку 14 на ходовой балке 5, при этом подающая установка соединена с продольным каналом 15 в инструменте 7. Патрон P можно подавать посредством рабочей среды под давлением, как например, вода под давлением или воздух, или даже может быть использован подходящий толкатель, как например, трос. После того как в пространство между буровой коронкой 10 и забоем буровой скважины были поданы один или более патронов P, забой буровой скважины может быть герметично закрыт посредством подачи воды из канала 15. Уплотняющая вода V заполняет трещины в скважине, посредством чего в скважине лучше поддерживается давление, создаваемое патроном P, и горная порода разрушается более легко. Уплотняющая вода V служит также в качестве среды, передающей давящее действие, создаваемое патроном P, в горную породу. Инструмент 7 можно удерживать в скважине 16 в течение периода времени воспламенения патрона, посредством чего инструмент 7 служит в качестве забойки для устья скважины и предотвращает потерю давления, создаваемого патроном P, в скважине 16.

После того как патрон P был подан, а скважина 16 герметично закрыта, патрон P можно воспламенять с помощью подачи импульса воспламенения посредством запального устройства 18 и т.п. Патрон P может содержать чувствительный к давлению запал, посредством чего его можно воспламенять, подавая импульс давления в воду V вокруг патрона посредством запального устройства 18. С другой стороны, запальное устройство 18 может подавать механический импульс через буровой инструмент 7 в запал патрона P, или запал можно воспламенять посредством электромагнитных волн или импульсов. Запальное устройство 18 может быть расположено в буровом агрегате 4. Если для воспламенения используют электромагнитные волны, запальное устройство 18 может находиться за пределами бурового агрегата и воспламенение можно выполнять с помощью дистанционного управления, например, из кабины установки 1 для бурения горных пород.

Фиг.3 показывает значительно упрощенный вид бурового агрегата 4, на котором в направлении A перемещения на передней стороне машины 6 для бурения размещена установка 14 подачи патронов, которая представляет собой независимый физический блок, отдельный от машины 6. Машина 6 может быть подвижно расположена на ходовой балке 5 посредством первой каретки 19a, а установка 14 подачи патронов, сама по себе, может быть расположена подвижно на ходовой балке 5 посредством второй каретки 19b. В качестве ствола 20 для машины 6 с базовой конструкцией может быть использован ствол, который длиннее, чем обычно, при этом ствол выдвигается в подающую установку 14. В таком случае, соединение 21 между инструментом 7 и стволом 20 находится на передней стороне подающей установки 14. В стволе 20 на, по меньшей мере, подающей установке 14 выполнен осевой канал 22, соединенный с каналом 15 в инструменте 7. В дополнение, ствол 20 содержит, по меньшей мере, одно подающее отверстие 23 поперечного направления, через которое канал 22 соединен с подающей камерой 24 подающей установки 14 и с подающим каналом 13, соединенным с подающей установкой 14. В таком случае, патрон P, подаваемый из подающего канала 13, можно перемещать при управлении перемещающим средством 25 в подающей камере 24 подающей установки 14 через подающее отверстие 23 в канал 22 ствола 20 и дальше по каналу 15 инструмента 7 в буровую скважину. Средство 25 может представлять собой исполнительный механизм, приводимый в действие пружинным элементом 26, рабочей средой под давлением и т.п., перемещая патрон P в подающее отверстие 23 в направлении, поперечном линии бурения. Подающая установка 14 может, кроме того, содержать уплотняющее средство 27, посредством которого ствол 20 может быть герметизирован в подающей установке 14. Таким образом, на регулируемой основе осуществляют подачу промывочной воды из подающего канала 13 и/или машины 6, воды, используемой для подачи патрона P, уплотняющей воды V или аналогичной рабочей среды под давлением. Подающая установка 14 может иметь конструкцию, отличную от показанной на фиг.3 в качестве примера.

Фиг.4 показывает значительно упрощенный вид еще одного бурового агрегата 4 для горных пород, который отличается от агрегата, показанного на фиг.3, по меньшей мере, в том, что в данном случае машина 6 для бурения по горным породам и подающая установка 14 расположены на одной и той же каретке 19. Кроме того, обычный ствол 20 прикреплен к машине 6, а инструмент 7 прикреплен к выступу ствола. На участке конца инструмента 7 на стороне машины 6 расположено, по меньшей мере, одно подающее отверстие 23, проходящее от наружной поверхности инструмента 7 в канал 15, через которое можно подавать патрон P. Подающее отверстие 23 расположено на подающей установке 14. Инструмент 7 может содержать одну или более буровых штанг 28a, 28b, из которых первая буровая штанга 28a, ближайшая к машине 6, снабжена подающим отверстием 23.

Фиг.4 также показывает пунктирной линией 29 канал, который может проходить через ударный элемент машины 6, при этом по такому каналу или по трубке, проходящей через него, в ствол 20 можно подавать воду для перемещения патрона P в скважину. Вместо данной промывочной трубки воду можно подавать в промывочные каналы в стволе 20 через подающий канал 13 или из канала 30, соединенного с подающей установкой 14. Движущая сила может также быть обеспечена из канала 30 в перемещающее средство 25, приводимое в действие рабочей средой под давлением.

Необходимо отметить, что подающую установку 14 нет необходимости располагать на расстоянии от машины 6, как показано на фиг. 3 и 4, но подающая установка 14 может быть расположена напротив передней части машины 6. Еще одна возможность состоит в том, чтобы расположить подающую установку на обратной стороне машины 6, посредством чего патроны подают по каналу 29, согласно фиг.4, через машину в ствол и далее по каналу в инструменте в скважину.

В некоторых случаях, признаки, представленные в данной заявке, могут быть использованы сами по себе, независимо от других признаков. С другой стороны, признаки, описанные в настоящей заявке, при необходимости, могут быть объединены для образования различных комбинаций.

Чертежи и относящееся к ним описание предназначены исключительно для того, чтобы проиллюстрировать идею изобретения. В деталях, изобретение может изменяться в пределах объема правовых притязаний формулы изобретения.