RU2304687C2

RU2304687C2 - Well drilling rig

Info

Publication number: RU2304687C2
Application number: RU2005131803/03A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Жабин (RU); Александр Васильевич Жабин; жнюк Иван Николаевич Прис (RU); Иван Николаевич Присяжнюк; Сергей Владимирович Цивилев (RU); Сергей Владимирович Цивилев
Original assignee: Александр Васильевич Жабин
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2007-08-20
Also published as: RU2005131803A

Abstract

FIELD: mine drilling equipment, particularly to drill all-purpose wells in underground openings.

SUBSTANCE: well drilling rig comprises drilling head, namely drilling tool rotator including hydraulic engine, reduction gear unit and rotation chuck. Device also has drilling head advancing hydrocylinders, which move drilling head along cylindrical guiders, rotary device and anchor posts. Device comprises load-bearing frame with rotation chuck installed on the frame. The rotation chuck is made of metal-roll, for instance of four parallel channel bars connected to two plates by channel bar ends. Cylindrical guider ends are fastened to the plates. One plate is pivotally connected to advancing hydrocylinder bodies. Conical pins of rotary device are secured to frame sides.

EFFECT: simplified structure and increased operational reliability.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области буровой техники и может быть использовано для проходки скважин различного назначения на подземных горных работах.The invention relates to the field of drilling equipment and can be used for sinking wells for various purposes in underground mining.

Известен буровой станок (RU, патент №2035580. кл. Е21В 3/02, 1995), содержащий подвижный вращатель - регулируемый электродвигатель, верхний захват с зажимом для крепления бурильных труб, нижний захват для удержания труб, направляющие с верхней и нижней траверсами, гидроцилиндры подачи, каретку, перемещаемую по направляющим и жестко связанную с подвижным вращателем и гидроцилиндрами.Known drill rig (RU, patent No. 2035580. Class. ЕВВ 3/02, 1995), containing a movable rotator - an adjustable electric motor, an upper grip with a clamp for fastening drill pipes, a lower grip for holding pipes, guides with upper and lower yokes, hydraulic cylinders feed, the carriage moved along the rails and rigidly connected with the movable rotator and hydraulic cylinders.

Недостатком известной конструкции является ограничение функциональных возможностей ввиду невозможности бурения пологих, горизонтальных и восстающих скважин.A disadvantage of the known design is the limitation of functionality due to the impossibility of drilling shallow, horizontal and rising wells.

Известен также буровой агрегат АБШ-1 (см. Л.Н.Соловьянов, Л.Н.Макашов, Я.А.Кучер. Буровые машины для металлических рудников. M.: Недра, 1964, стр.137-143, рис.82-85), который содержит гусеничный ход, расположенную на нем раму, электрическую часть, гидропривод и коробку скоростей, установленные на раме; вращатель бурового инструмента и распорную колонку. Вращатель содержит шпиндель с двумя зажимными кулачковыми патронами: подвижным и неподвижным. Подвижный патрон передает на буровую штангу крутящий момент и усилие подачи, а неподвижный - служит для удержания бурового става при перехватах подвижного патрона. На вращателе установлена траверса, в которой закреплены две цилиндрические направляющие и штоки двух гидроцилиндров подачи бурового инструмента.Also known is the ABSh-1 drilling unit (see L.N. Solovyanov, L.N. Makashov, Y.A. Kucher. Drilling machines for metal mines. M .: Nedra, 1964, pp. 137-143, Fig. 82 -85), which contains a caterpillar track, a frame located on it, an electrical part, a hydraulic drive and a gear box mounted on the frame; drill tool rotator and spacer column. The rotator contains a spindle with two clamping cam chucks: movable and stationary. The movable chuck transmits torque and feed force to the drill rod, while the fixed chuck serves to hold the drill stand during intercepts of the chuck. A traverse is installed on the rotator, in which two cylindrical guides and rods of two hydraulic cylinders for drilling tool are fixed.

Агрегат АБШ-1 предназначен для бурения вертикального кругового веера скважин и имеет большие габаритные размеры и массу, которые исключают возможность использования его в подземных выработках с ограниченным пространством, при этом скважины должны располагаться как в вертикальных плоскостях, так и в горизонтальных.The ABS-1 unit is designed for drilling a vertical circular fan of wells and has large overall dimensions and mass, which exclude the possibility of using it in underground workings with limited space, while the wells should be located both in vertical and horizontal planes.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому объекту является буровой станок СБГ-200 (см. Машины и инструменты для бурения скважин в угольных шахтах /Сафохин М.С., Катанов Б.А., Тарасенко В.Е., Алейников А.А. - M.: Недра, 1972, с.31-34, рис.16, 17), выбранный в качестве прототипа. Этот станок содержит вращатель в составе: гидродвигатель, зубчатый редуктор, шлицевой вал, две зубчатые передачи, ведущие шестерни которых подвижно соединены с валом, и два кулачковых зажимных патрона, попеременно приводимых в сцепление со штангой бурового става; четыре гидроцилиндра подачи бурового инструмента на забой; траверсу с закрепленными на ней консольно направляющими и две распорные стойки. Гидродвигатель, зубчатый редуктор, шлицевой вал и гидроцилиндры подачи расположены на траверсе, которая устанавливается в нужном положении по высоте на распорных стойках при помощи подъемного механизма. Угол направления скважины по отношению к линии горизонта задается поворотным устройством.Of the known technical solutions, the SBG-200 drilling rig is the closest to the claimed object (see Machines and tools for drilling wells in coal mines / Safokhin M.S., Katanov B.A., Tarasenko V.E., Aleinikov A.A. . - M .: Nedra, 1972, p.31-34, Fig. 16, 17), selected as a prototype. This machine contains a rotator consisting of: a hydraulic motor, a gear reducer, a spline shaft, two gears, the drive gears of which are movably connected to the shaft, and two cam clamping chucks, alternately brought into engagement with the drill rod; four hydraulic cylinders for supplying drilling tools to the bottom; traverse with cantilever guides fixed on it and two spacers. The hydraulic motor, gear reducer, spline shaft and feed hydraulic cylinders are located on the traverse, which is installed in the desired height position on the struts using a lifting mechanism. The angle of the direction of the well relative to the horizon is set by the rotary device.

Гидроцилиндры, работая попарно, обеспечивают непрерывную подачу вращающегося става на забой. Когда один патрон, в котором зажат став, совершает рабочий ход - подает став на забой, другой, двигаясь навстречу первому, совершает холостой ход. По окончании этого такта первый патрон разжимается, второй зажимает став, гидроцилиндры реверсируются и совершают второй такт. При этом патроны, двигаясь в противоположных направлениях, удаляются друг от друга. По окончании второго такта цикл работы механизмов повторяется.Hydraulic cylinders, working in pairs, provide a continuous supply of a rotating stand to the bottom. When one cartridge, in which the stand is clamped, makes a working stroke, it moves to the face, the other, moving towards the first, makes an idle stroke. At the end of this measure, the first cartridge unclenches, the second clamps becoming, the hydraulic cylinders are reversed and make the second measure. In this case, the cartridges, moving in opposite directions, are removed from each other. At the end of the second measure, the cycle of the mechanisms is repeated.

Недостатком известного бурового станка является сложность конструкции и недостаточная надежность работы. Это следует из того, что станок содержит шлицевой вал - изделие сложное и дорогое в изготовлении; три зубчатых передачи - две из них располагаются параллельно; четыре гидроцилиндра подачи, из которых два на протяжении всего цикла работают вхолостую, а консольность направляющих снижает устойчивость процесса бурения, вызывает вибрацию и способствует уводке скважины от заданного направления. Кроме того, станок ничем не защищен от попадания воды с буровым шламом из скважины на исполнительные узлы и механизмы.A disadvantage of the known drilling rig is the design complexity and lack of reliability. This follows from the fact that the machine contains a splined shaft - the product is complex and expensive to manufacture; three gears - two of them are located in parallel; four feed cylinders, two of which are idle throughout the cycle, and the cantilever of the guides reduces the stability of the drilling process, causes vibration and promotes the withdrawal of the well from a given direction. In addition, the machine is in no way protected from the ingress of water with drill cuttings from the well to the actuating units and mechanisms.

Технической задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции бурового станка и увеличение надежности его работы.The technical task of the present invention is to simplify the design of the drilling rig and increase the reliability of its operation.

Решение указанной технической задачи достигается тем, что в конструкцию станка введена несущая рама с установленным на ней зажимным патроном. Рама выполнена из металлопроката, например четырех параллельно расположенных швеллеров, торцами соединенных с пластинами с закрепленными в них концами цилиндрических направляющих. Одна из пластин соединена шарнирно с корпусами гидроцилиндров подачи, а на боковинах рамы закреплены конусные цапфы поворотного устройства.The solution of this technical problem is achieved by the fact that a support frame with a chuck mounted on it has been introduced into the design of the machine. The frame is made of rolled metal, for example four parallel channels, the ends connected to the plates with the ends of the cylindrical guides fixed to them. One of the plates is pivotally connected to the bodies of the supply hydraulic cylinders, and the conical trunnions of the rotary device are fixed on the side of the frame.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен буровой станок, общий вид; на фиг.2 - то же, вид сверху, на фиг.3 - то же, вид сбоку.The invention is illustrated in the drawing, where Fig.1 shows a drilling rig, a General view; figure 2 is the same, a top view, figure 3 is the same side view.

Буровой станок содержит несущую раму 1, установленную на салазках 2, бурильную головку 3, расположенную на цилиндрических направляющих 4, 5, гидроцилиндры 6, 7 подачи бурильной головки 3 вместе с трубчатой штангой 8 бурового става с буровым инструментом 9 и две распорные стойки 10, 11.The drilling rig contains a supporting frame 1 mounted on a slide 2, a drill head 3 located on cylindrical guides 4, 5, hydraulic cylinders 6, 7 of the feed of the drill head 3 together with a tubular rod 8 of the drill stand with the drilling tool 9 and two expansion racks 10, 11 .

Бурильная головка 3 включает в себя гидродвигатель 12, одноступенчатый цилиндрический редуктор 13 и подвижный зажимной патрон 14, который может приводиться в сцепление со штангой 8, приводя буровой став во вращение, или, наоборот, разжатием освобождать ее. Корпус патрона соединен шарнирно со штоками гидроцилиндров 6, 7.The drill head 3 includes a hydraulic motor 12, a single-stage cylindrical gearbox 13 and a movable clamping chuck 14, which can be brought into engagement with the rod 8, causing the drill bit to rotate, or, conversely, to release it. The cartridge case is pivotally connected to the rods of the hydraulic cylinders 6, 7.

На раме 1 в передней части установлен неподвижный зажимной патрон 15, который также может приводиться в сцепление со штангой 8 и тем самым исключать всякое движение бурового става, или, наоборот, разжатием освобождать штангу.On the frame 1 in the front part there is a fixed clamping chuck 15, which can also be brought into engagement with the rod 8 and thereby exclude any movement of the drill stand, or, conversely, release the rod by expansion.

На задний конец штанги навинчена сальниковая муфта 16 для подачи воды через буровой став к забою для охлаждения инструмента и промывки скважины.An stuffing box 16 is screwed onto the rear end of the rod to supply water through the drill to the bottom to cool the tool and flush the well.

Каркас рамы 1 представляет собой четыре параллельно расположенных швеллера 17, соединенных жестко своими торцами с двумя пластинами: передней 18 и задней 19, в которых закреплены концы направляющих 4, 5. Внутри рамы располагаются гидроцилиндры 6, 7, шарнирно соединенные своими корпусами с пластиной 19. На боковинах рамы закреплены конусные цапфы 20, 21, которые в соединении с подшипниковыми обоймами 22 образуют поворотное устройство. Оно позволяет поворачивать раму на угол нужного направления бурения скважины по отношению к линии горизонта. Установка рамы в нужном положении по высоте на распорных стойках осуществляется при помощи подъемного механизма (например, лебедки с ручным приводом) и хомутов 23, которые жестко соединены с подшипниковыми обоймами 22.The frame of the frame 1 is four parallel channels 17, rigidly connected by their ends to two plates: front 18 and rear 19, in which the ends of the guides 4, 5 are fixed. Inside the frame are hydraulic cylinders 6, 7, pivotally connected by their bodies to the plate 19. Conical trunnions 20, 21 are fixed on the sidewalls of the frame, which, in connection with the bearing race 22, form a rotary device. It allows you to rotate the frame at an angle of the desired direction of drilling of the well with respect to the horizon line. The installation of the frame in the desired height position on the struts is carried out using a lifting mechanism (for example, winch with a manual drive) and clamps 23, which are rigidly connected to the bearing race 22.

Гидроблок 24 и гидропанель 25 производят распределение жидкости по исполнительным механизмам станка в соответствии с выполняемыми операциями цикла.The valve body 24 and the hydraulic panel 25 distribute the liquid along the actuators of the machine in accordance with the operations of the cycle.

Защитные кожухи 26, 27 и защитный козырек 28, выполненный по контуру передней пластины 18 со стороны забоя, предназначены для защиты узлов и механизмов станка от попадания на них воды с буровым шламом из скважины. Условию защиты от различных внешних воздействий отвечает также расположение внутри рамы цилиндрических направляющих 4, 5 и гидроцилиндров 6, 7 со своими штоками. Эти конструктивные признаки защитного характера наряду с тем, что устранена консольность закрепления цилиндрических направляющих, а также принципиально новая более простая компоновка расположения исполнительных механизмов заявленного бурового станка повысят надежность его работы в шахтных условиях.Protective housings 26, 27 and a protective visor 28, made along the contour of the front plate 18 from the bottom, are designed to protect the components and mechanisms of the machine from water entering them with drill cuttings from the well. The condition of protection against various external influences is also met by the location inside the frame of cylindrical guides 4, 5 and hydraulic cylinders 6, 7 with their rods. These design features of a protective nature, along with the fact that the cantilever of fixing the cylindrical guides is eliminated, as well as the fundamentally new simpler arrangement of the actuators of the claimed drilling rig will increase the reliability of its operation in mine conditions.

Работа станка происходит следующим образом.The operation of the machine is as follows.

Устанавливают в подземной выработке распорные стойки 10, 11. Поднимают и закрепляют на них станок, в котором бурильная головка 3 находится в исходном положении, а патроны 14, 15 - в разжатом состоянии. Вставляют в станок штангу и приводят в сцепление с ней подвижный зажимной патрон 14. На передний конец штанги наворачивают буровой инструмент, а на задний конец - сальниковую муфту 16. Задают станку нужное положение по высоте и углу направления скважины.Install spacers 10, 11 in the underground mine. Raise and fix the machine on them, in which the drill head 3 is in the initial position, and the chucks 14, 15 are in the unclenched state. A rod is inserted into the machine and a movable clamping chuck 14 is engaged with it. A drilling tool is screwed onto the front end of the rod, and an stuffing box 16. The machine is set to the desired position in height and angle of the direction of the well.

Включают гидродвигатель 12 вращения штанги, гидроцилиндры 6, 7 подачи бурильной головки 3 на забой и подачу воды. Бурение продолжается, пока бурильная головка не совершит установленный полный ход подачи, который по величине меньше длины штанги. Это означает, что заявляемый станок для бурения скважин относится к типу короткоходовых. После этого подвижный патрон 14 разжимается, неподвижный патрон 15 сцепляется со штангой, гидроцилиндры 6, 7 реверсируются и перемещают бурильную головку 3 в исходное положение. Затем неподвижный патрон 15 разжимается, подвижный патрон 14 сцепляется со штангой и процесс бурения повторяется. Повторение происходит несколько раз, пока сальниковая муфта 16 не окажется у задней пластины 19 рамы 1. Это обстоятельство служит сигналом бурильщику к отключению подачи бурильной головки, вращения гидродвигателя и подачи воды в буровой став. Затем снимается сальниковая муфта, буровой став наращивается очередной штангой, на задний свободный конец става навинчивается сальниковая муфта и процесс бурения возобновляется.Turn on the hydraulic motor 12 of the rotation of the rod, the hydraulic cylinders 6, 7 of the supply of the drill head 3 to the bottom and the water supply. Drilling continues until the drill head completes the set full feed stroke, which is smaller than the rod length. This means that the inventive machine for drilling is a short-stroke type. After that, the movable cartridge 14 is expanded, the stationary cartridge 15 is engaged with the rod, the hydraulic cylinders 6, 7 are reversed and the drill head 3 is moved to its original position. Then the stationary cartridge 15 is expanded, the movable cartridge 14 is engaged with the rod and the drilling process is repeated. The repetition occurs several times until the stuffing box 16 is at the rear plate 19 of the frame 1. This circumstance serves as a signal to the driller to cut off the supply of the drill head, the rotation of the hydraulic motor and the water supply to the drill stand. Then the stuffing box is removed, the drill string is extended by the next rod, the stuffing box is screwed on to the rear free end of the stave and the drilling process is resumed.

Claims

A drilling machine containing a drill head — a rotator of a drilling tool comprising a hydraulic motor, a cylindrical gearbox and a chuck, hydraulic cylinders for supplying the drill head along cylindrical guides, a rotary device and spacer racks, characterized in that the carrier frame is additionally inserted into the machine with a support frame mounted on it a chuck made of rolled metal, for example, four parallel channels, the ends connected to two plates, with the ends fixed in them and a cylindrical guide, with one of the plates is pivotally coupled with the housings of hydraulic cylinders feed to a fixed frame sidewalls tapered spigot rotator.