RU2309238C1

RU2309238C1 - Device for roof-bolt borehole drilling by fluid-circulation method

Info

Publication number: RU2309238C1
Application number: RU2006116210/03A
Authority: RU
Inventors: Олег Васильевич Кабанов (RU); Олег Васильевич Кабанов; Борис Серафимович Маховиков (RU); Борис Серафимович Маховиков; Владимир Игоревич Медведков (RU); Владимир Игоревич Медведков
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-10-27

Abstract

FIELD: coal-mining industry, particularly cutting machines for hydromines.

SUBSTANCE: device comprises oil 1 and water 6 loops including oil 2 and water 9 pumps correspondingly, control members and pressure hydrolines 8. Oil loop 1 comprises hydraulic cylinder 5 and discharge hydroline 4. Water loop has hydraulic drive 7 mechanically connected to hydraulic cylinder 5. Device has water pressure sensor 10 communicated with pressure hydroline 8 of water loop and with two-way spring-loaded slide 11 having sealed chamber 14 arranged from spring 13 side. Pressure branch 17 of the slide is connected with pressure hydroline 3 of oil loop. Sealed chamber 14 of the slide is communicated with discharge hydroline 4 through connected in parallel throttle flap 16 and check valve 15. Slide end opposite to sealed chamber 14 is mechanically connected with water pressure sensor 10 included in water loop 6.

EFFECT: prevention of hydrodrive overturning as moment of cutting resistance increases during drilling operation and increased borehole drilling reliability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к угольной промышленности, в частности, к нарезным машинам для гидрошахт.The invention relates to the coal industry, in particular, to threaded machines for hydraulic mines.

Известно устройство для бурения скважин с промывкой в виде бурового станка СБУ200 (Комплексная механизация и автоматизация очистных работ в угольных шахтах. Под общей ред. Б.Ф.Братченко. М., "Недра", 1977. - С.393), предназначенного для бурения водоспускных, дегазационных и других скважин по углю, в том числе, нисходящих - аналог. Вращение бурового инструмента осуществляется электродвигателем на штреке, подача инструмента на забой - гидроцилиндрами с масляным питанием. При этом вода для промывки скважины подается из пожарного водопровода или насосом из специально пройденного зумпфа. Использование электропривода, примененного в аналоге, для бурения нисходящих скважин, в стенки которых анкеруют нарезную машину в заявляемом устройстве, нерационально, так как для упрощения машины и обеспечения большей безопасности ведения работ энергоносителем для привода анализируемого устройства должна быть вода.A device for drilling wells with flushing in the form of a drilling machine SBU200 (Integrated mechanization and automation of treatment work in coal mines. Under the general editorship of B.F. Bratchenko. M., "Nedra", 1977. - S. 393), intended drilling drainage, degassing and other wells for coal, including downstream - an analogue. The rotation of the drilling tool is carried out by the electric motor on the drift, the supply of the tool to the face is carried out by oil-powered hydraulic cylinders. At the same time, water for flushing the well is supplied from the fire water supply system or by a pump from a specially passed sump. The use of an electric drive, used in an analogue, for drilling downhill wells, into the walls of which an rifled machine is anchored in the inventive device, is irrational, since to simplify the machine and ensure greater safety of work, the energy source for the drive of the analyzed device should be water.

Известно устройство для бурения нисходящих анкерных скважин с промывкой, использованное для удержания нарезной машины в заданном положении временным анкерованием в стенки скважины (Реферат заявки на изобретение RU №93014499/03 от 19.03.1993 на "Способ удержания горной машины в заданном положении и устройство для его осуществления"; реферат опубликован в БИ №7 10.03.1995; Е21С 25/60) - прототип. Здесь вращение режущего инструмента осуществляется объемным водяным гидродвигателем, конструкция которого описана в статье Медведкова В.И., Краюшкина В.Г. "Новые водяные двигатели для забойного оборудования гидрошахт" (Сб. науч. тр. ВНИИгидроугля. - Новокузнецк, 1991. - С.76-85). Гидродвигатель расположен в голове проводимой скважины. Подача этого гидродвигателя с закрепленной на его валу режущей коронкой на забой скважины осуществляется гидроцилиндром с питанием маслом от маслонасоса на машине (масляный контур), а питание указанного гидродвигателя и одновременно вынос бурового штыба из скважины осуществляются отработавшей в гидродвигателе водой (водяной контур). Недостаток прототипа заключается в том, что между водяным контуром питания гидродвигателя и масляным контуром питания подающего гидроцилиндра нет обратной связи, предотвращающей опрокид гидродвигателя при нарастании момента сопротивления резанию во время бурения, т.е. процесс проведения скважины имеет недостаточный уровень надежности.A device for drilling downward anchor wells with flushing is used to hold the rifled machine in a predetermined position by temporary anchoring into the borehole walls (Abstract of patent application RU No. 93014499/03 of 03.19.1993 on "Method for holding a mining machine in a predetermined position and device for it implementation "; the abstract was published in BI No. 7 03/10/1995; Е21С 25/60) - prototype. Here, the rotation of the cutting tool is carried out by a volumetric water hydraulic motor, the design of which is described in the article by V.I. Medvedkov and V.G. Krajushkin. "New water engines for downhole equipment of hydraulic mines" (Collection of scientific papers of the All-Russian Research Institute of Hydroglow. Novokuznetsk, 1991. - P.76-85). The hydraulic motor is located in the head of the conducted well. The supply of this hydraulic motor with a cutting crown fixed on its shaft to the bottom of the well is carried out by a hydraulic cylinder powered by oil from the oil pump on the machine (oil circuit), and the specified hydraulic motor is fed and the drill pin is removed from the well by the water that has been spent in the hydraulic motor (water circuit). The disadvantage of the prototype is that there is no feedback between the water supply circuit of the hydraulic motor and the oil supply circuit of the feed hydraulic cylinder, which prevents the hydraulic motor from tipping over when the moment of cutting resistance increases during drilling, i.e. the process of the well has an insufficient level of reliability.

Техническим результатом изобретения является устранение указанного недостатка, т.е. повышение надежности процесса бурения скважины для последующего анкерования нарезной машины при проведении основной выработки.The technical result of the invention is to eliminate this drawback, i.e. improving the reliability of the drilling process for the subsequent anchoring of the rifled machine during the main production.

Технический результат достигается тем, что согласно изобретениюThe technical result is achieved by the fact that according to the invention

устройство для бурения анкерных скважин с промывкой, содержащее масляный и водяной контуры, включающие соответственно масляный и водяной насосы, элементы управления и напорные гидролинии, при этом масляный контур включает гидроцилиндр и сливную гидролинию, а водяной контур - гидродвигатель, механически связанный с гидроцилиндром, согласно изобретениюdevice for drilling anchor wells with flushing, containing oil and water circuits, respectively comprising oil and water pumps, control elements and pressure hydraulic lines, while the oil circuit includes a hydraulic cylinder and a drain hydraulic line, and the water circuit is a hydraulic motor mechanically connected to the hydraulic cylinder, according to the invention

оно снабжено датчиком давления воды, соединенным с напорной гидролинией водяного контура, и двухходовым подпружиненным золотником с глухой камерой со стороны пружины, при этом напорный отвод упомянутого золотника соединен с напорной гидролинией масляного контура, глухая камера золотника соединена со сливной гидролинией через параллельно включенные дроссель и обратный клапан, а противоположный глухой камере торец золотника соединен механически с датчиком давления в водяном контуре.it is equipped with a water pressure sensor connected to the pressure circuit of the water circuit and a two-way spring-loaded spool with a blind chamber on the spring side, while the pressure tap of the spool is connected to the pressure circuit of the oil circuit, the blind chamber of the spool is connected to the drain line through a throttle and a return valve valve, and the end face of the spool opposite to the dead chamber is mechanically connected to a pressure sensor in the water circuit.

При этом повышение давления в напорной линии водяного контура вызывает снижение давления в напорной линии масляного контура. Такое усовершенствование прототипа предотвращает опрокид гидродвигателя, что повышает надежность процесса бурения скважины.In this case, an increase in pressure in the pressure line of the water circuit causes a decrease in pressure in the pressure line of the oil circuit. This improvement of the prototype prevents overturning the hydraulic motor, which increases the reliability of the drilling process.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично показаны масляный и водяной контуры и узлы их взаимосвязи, на фиг.2 те же контуры изображены применительно к изображенной схематично нарезной машине, работающей по проведению выработки.The inventive device is illustrated by drawings, where in Fig. 1 schematically shows the oil and water circuits and the nodes of their relationship, in Fig. 2, the same circuits are depicted in relation to the schematically shown threaded machine working to conduct development.

На чертеже обозначены: 1 - масляный контур, 2 - масляный насос, 3 - напорная линия масляного контура, 4 - сливная линия масляного контура, 5 - гидроцилиндр, 6 - водяной контур, 7 - объемный водяной гидродвигатель, 8 - напорная линия водяного контура, 9 - водяной насос, 10 - датчик давления воды, 11 - золотник, 12 - сливной отвод золотника, 13 - пружина, 14 - глухая камера золотника, 15 - обратный клапан, 16 - дроссель, 17 - напорный отвод золотника, 18 - режущая коронка (фиг.2); 19 - подпорный клапан (фиг.1), БУ-М блок управления масляного контура, БУ-В блок управления водяного контура, Э-В электродвигатель водяного контура в хорошо проветриваемой выработке, Д-М двигатель маслостанции масляного контура.The drawing shows: 1 - oil circuit, 2 - oil pump, 3 - pressure line of the oil circuit, 4 - drain line of the oil circuit, 5 - hydraulic cylinder, 6 - water circuit, 7 - volumetric water motor, 8 - pressure line of the water circuit, 9 - water pump, 10 - water pressure sensor, 11 - spool, 12 - drain valve spool, 13 - spring, 14 - blind valve spool, 15 - check valve, 16 - throttle valve, 17 - pressure valve spool outlet, 18 - cutting crown (figure 2); 19 - backup valve (Fig. 1), BU-M control unit for the oil circuit, BU-V control unit for the water circuit, EV electric motor for the water circuit in a well-ventilated outlet, DM engine for the oil circuit oil circuit.

С напорной линией 8 водяного контура 6 соединен датчик давления воды 10, а с напорной линией 3 масляного контура 1 соединен двухходовой подпружиненный золотник 11 с глухой камерой 14 со стороны пружины 13,A water pressure sensor 10 is connected to the pressure line 8 of the water circuit 6, and a two-way spring-loaded spool 11 is connected to the pressure line 3 of the oil circuit 1 with a deaf chamber 14 from the side of the spring 13,

напорная линия 3 масляного контура 1 соединена с напорным отводом 17 золотника 11, сливной отвод 12 которого соединен со сливом, его глухая камера 14 соединена со сливной линией 4 масляного контура 1 через параллельно включенные дроссель 16 и обратный клапан 15, а противоположный глухой камере торец золотника 11 соединен механически с подвижным элементом (например, мембраной) датчика давления 10 в водяном контуре 6.the pressure line 3 of the oil circuit 1 is connected to the pressure pipe 17 of the spool 11, the drain pipe 12 of which is connected to the drain, its blind chamber 14 is connected to the drain line 4 of the oil circuit 1 through the throttle 16 and the check valve 15 connected in parallel, and the valve end opposite the blind chamber 11 is connected mechanically with a movable element (for example, a membrane) of the pressure sensor 10 in the water circuit 6.

Здесь повышение давления в напорной линии 8 водяного контура 6 вызывает снижение давления в напорной линии 3 масляного контура 1.Here, an increase in pressure in the pressure line 8 of the water circuit 6 causes a decrease in pressure in the pressure line 3 of the oil circuit 1.

Снижение веса нарезной (проходческой) машины достигнуто благодаря временному креплению ее при проходке очередного уступа путем анкерования в почву проводимой выработки. Анкерование производят в стенки скважины специальным анкерующим устройством (здесь не рассматривается). Скважину бурят сверху вниз буровым устройством, в голове которого находится режущая коронка 18, закрепленная на валу объемного водяного гидродвигателя 7. Корпус этого гидродвигателя жестко соединен с невращающейся полой штангой. Через осевую полость штанги в рабочие камеры гидродвигателя 7 подается вода под давлением по напорной линии 8 от объемного или центробежного насоса 9. Отработавшая в гидродвигателе вода служит транспортным средством для выноса из скважины продуктов разрушения вверх на почву проводимой выработки и далее по уклону - к зумпфу. Описанная совокупность элементов образует водяной контур 6.Reducing the weight of the rifled (sinking) machine is achieved due to its temporary fastening during the sinking of the next step by anchoring the excavation into the soil. Anchoring is carried out into the walls of the well with a special anchoring device (not considered here). The well is drilled from top to bottom with a drilling device, in the head of which there is a cutting crown 18, mounted on the shaft of a volumetric water hydraulic motor 7. The housing of this hydraulic motor is rigidly connected to a non-rotating hollow rod. Water is supplied through the axial cavity of the rod into the working chambers of the hydraulic motor 7 under pressure along the pressure line 8 from the volumetric or centrifugal pump 9. The water that has been discharged in the hydraulic motor serves as a vehicle for carrying up the fracture products from the well up to the soil of the excavation and then going downhill to the sump. The described set of elements forms a water circuit 6.

Штангу с водяным гидродвигателем 7 и режущей коронкой 18 подают на забой гидроцилиндром 5, корпус которого жестко связан с элементами машины, а шток - со штангой. Гидроцилиндр 5 запитан от маслонасоса 2 по напорной гидролинии 3 со сливом отработавшей жидкости по гидролинии 4 и управляется через блок БУ-М, содержащий, в частности, другой распределитель. Маслонасос 2 приводится двигателем Д-М, в качестве которого может быть использован водяной двигатель или электродвигатель (при возможности применения электроэнергии в данной выработке). Указанная совокупность элементов образует масляный контур 1.A rod with a water hydraulic motor 7 and a cutting crown 18 is fed to the bottom by a hydraulic cylinder 5, the body of which is rigidly connected to the elements of the machine, and the rod is connected to the rod. The hydraulic cylinder 5 is supplied from the oil pump 2 via a pressure hydraulic line 3 with discharge of the spent liquid via hydraulic line 4 and is controlled via a BU-M unit, containing, in particular, another distributor. The oil pump 2 is driven by a DM engine, which can be used as a water motor or electric motor (if possible, the use of electricity in this generation). The specified set of elements forms an oil circuit 1.

Традиционно контуры 1 и 6 между собой функционально не связаны, поэтому при настройке БУ-М на постоянную скорость подачи штока гидроцилиндра 5 при постоянном давлении в линии 3 гидродвигатель 7 может войти в режим перегрузки при случайном росте сопротивления резанию на его валу; возможна остановка гидродвигателя и последующее срабатывание предохранительных клапанов в обоих контурах. Следовательно, неуправляемость процесса проведения скважины снижает его надежность.Traditionally, circuits 1 and 6 are not functionally interconnected, therefore, when the BU-M is set to a constant feed speed of the hydraulic cylinder 5 rod at a constant pressure in line 3, the hydraulic motor 7 can enter overload mode if the cutting resistance on its shaft increases accidentally; it is possible to stop the hydraulic motor and the subsequent operation of the safety valves in both circuits. Therefore, the uncontrollability of the process of conducting the well reduces its reliability.

Согласно сделанному усовершенствованию при повышении сопротивления на валу гидродвигателя 7 повышается гидравлическое сопротивление его проточного тракта, а следовательно, повышается давление воды в напорной линии 8, что вызовет перемещение упругого элемента датчика давления 10, и двухходовой подпружиненный золотник 11 сместится влево (по фиг.1), в результате чего напорная линия 3 контура 1 соединится со сливом через напорный 17 и сливной 12 отводы золотника 11 - давление масла в напорной линии 3 снизится и силовое воздействие гидроцилиндра 5 на режущий инструмент ослабнет, а скорость его вращения возрастет. Колебательные процессы в описанной системе гасятся с помощью параллельно соединенных дросселя 16 и обратного клапана 15, которые гидравлически соединены с глухой камерой 14 золотника 11 с одной стороны и со сливной гидролинией 4 контура 1 - с другой. Настройку системы на гашение колебаний можно производить с помощью подпорного клапана 19 в сливной гидролинии 4. Возврат золотника 11 в исходное положение осуществляет пружина 13.According to the improvement made, with increasing resistance on the shaft of the hydraulic motor 7, the hydraulic resistance of its flow path increases, and therefore, the water pressure in the pressure line 8 increases, which will cause the elastic element of the pressure sensor 10 to move, and the two-way spring-loaded spool 11 will shift to the left (Fig. 1) as a result of which the pressure line 3 of circuit 1 is connected to the drain through the pressure 17 and drain 12 taps of the spool 11 - the oil pressure in the pressure line 3 will decrease and the force of the hydraulic cylinder 5 n cutting tool loosens, and its rotation speed increases. Oscillation processes in the described system are quenched by means of a parallel-connected throttle 16 and a check valve 15, which are hydraulically connected to the blind chamber 14 of the spool 11 on one side and to the drain hydraulic line 4 of circuit 1 on the other. The system can be damped by means of a check valve 19 in the drain hydraulic line 4. The spring 13 is returned to its initial position.

Таким образом, сделанные усовершенствования препятствуют возникновению режима опрокида гидродвигателя 7 при изменении сопротивления резанию массива, а следовательно, повышают надежность процесса бурения анкерной скважины, чем и достигнут положительный эффект.Thus, the improvements made prevent the occurrence of the overturn mode of the hydraulic motor 7 when the resistance to cutting the array changes, and therefore, increase the reliability of the process of drilling the anchor well, which has achieved a positive effect.

Приведенное описание позволяет считать заявляемое устройство новым и полезным.The above description allows us to consider the claimed device new and useful.

Claims

A device for drilling anchor wells with flushing, containing oil and water circuits, respectively comprising oil and water pumps, control elements and pressure hydraulic lines, while the oil circuit includes a hydraulic cylinder and a drain hydraulic line, and the water circuit is a hydraulic motor mechanically connected to the hydraulic cylinder, characterized in that it is equipped with a water pressure sensor connected to the pressure line of the water circuit and a two-way spring-loaded spool with a blind chamber from the spring side, while the pressure the spool of said spool is connected to the pressure line of the oil circuit, the blind chamber of the spool is connected to the drain line through a throttle and non-return valve, and the end of the spool opposite to the blind chamber is mechanically connected to the pressure sensor in the water circuit.