SU1040110A1

SU1040110A1 - Device for drilling boreholes

Info

Publication number: SU1040110A1
Application number: SU823442694A
Authority: SU
Inventors: Владимир Яковлевич Чуплый; Валентин Иосифович Броновицкий; Феофан Ильич Кондратенко; Леонтий Феофанович Воюта
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Горнорудного Машиностроения
Priority date: 1982-05-24
Filing date: 1982-05-24
Publication date: 1983-09-07

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВУРЁН11Й СКВАЖИН, включающее напорно-подаю .щий механизм, раму с ключом дл удержани бурового става,; буровые штанги с ниппельными концами и вращатель с выходным валом, внутри которого соосно расположены шпиндель и подпружиненный плунжер, о т л ичающеес тем, что, с целью повышени надежности монтажа - демонтажа путем автоматического блокировани шпиндел со штангой, плунжер и ниппельные концы каждой буровой штанги имеют встречные торцовые кулачки, .установленные с возможностью их взаимодействи , а шпин- . дель Подпружинен.и установлен с возможностью продольного перемещени относительно ш ходного вала на величину , превышающуювысоту кулачков.DEVICE FOR WURRING 11W WELLS, including a pressure-feed mechanism, a frame with a key to hold the drill rod; Drill rods with nipple ends and a rotator with an output shaft, inside which the spindle and spring-loaded plunger are located coaxially, which is so that, in order to increase the reliability of the installation - disassembly by automatically blocking the spindle with the rod, the plunger and nipple ends of each drill rod have the counter face cams. established with a possibility of their interaction, and spins -. Del Spring and installed with the possibility of longitudinal movement relative to the drive shaft by an amount greater than the height of the cams.

Description

Изобретение относитс к горнорудной промыцшенности и может быть использовано дл бурени восстающих выработок или подземных скважин шарошечными долотами.The invention relates to the mining industry and can be used to drill re-mining workings or underground wells with roller bits.

Известны устройства дл бурени скважин большого диаметра в подземных услови х, которые содержат раму с ключом дл удержани бурового става , напорно-подающий механизм, пода чик буровых штанг и вращатель с выходйым шпинделем и планшайбой дл блокировани закладными элементами шпиндел и штанги при отвинчивании последней от бурового , пр его разборке l .Underground conditions for drilling wells of large diameter are known, which contain a frame with a key for holding a drill rod, a pressure-feed mechanism, a feed for drill rods and a rotator with an exit spindle and a faceplate for blocking the spindle and rod with mortgage elements when unscrewing the latter from the drill pr disassembling it l.

Общим недостатком этих устройств вл етс необходимость производить вручную блокировку шпиндел со татан гой, что вл етс трудоемкой. Дли- тельной и опасной операцией, A common disadvantage of these devices is the need to manually lock the spindles with tatang, which is time consuming. Long and dangerous operation

Наиболее близким к .изобретению вл етс устройство дл бурени скважин,включающее напорно-подающий механизм, раму с ключом дл уде . жани бурового става, буровые штанг с ниппельны ли концами и вращатель с выходным валом, внутри которого соосно расположены шпиндель и подгПружиненнзй плунжер 2 The closest to the invention is a device for drilling wells, including a pressure-feed mechanism, a frame with a key for one. drilling rods, drill rods with nipple ends and a rotator with an output shaft, inside which the spindle and the spring-loaded plunger 2 are coaxially arranged

Недостатками устройства вл ютс сложность конструкции, котора вызвана тем, что внутри вала раз- мещен силовой цилиндр дл управлени перемещением плунжера, что, в свою очередь, требует дополнительного подврд щего устройства дл подвода рабочей среды к силовому цилиндру, а кроме того, наличие силового цилиндра внутри вала не позвол ет организовать подвод продувочной смеси к буровому ставу при помощи простого торцового вертлюга. Установ1«а подвод щего устройства на шпинделе со стороны бурового става увеличивает размеры устройства и снижает его долговечность, так как уплотн ющие манжеты устанавливаютс по большим диаметрам трени . Причем увеличение размеров подвод щего устройства приводит к увеличению размеров по высоте вращател , а следовательно , и буровой установки, что крайне нежелательно в стесненных услови х подземных выработок.The drawbacks of the device are the complexity of the design, which is caused by the fact that a cylinder is placed inside the shaft to control the movement of the plunger, which, in turn, requires an additional supporting device for supplying the working medium to the cylinder. inside the shaft, it does not allow organizing the supply of the purge mix to the drilling rod using a simple face swivel. Installing the feeding device on the spindle from the side of the drill rod increases the size of the device and reduces its durability, since the sealing cuffs are mounted along large friction diameters. Moreover, an increase in the size of the supply device leads to an increase in the size of the height of the rotator, and consequently, of the drilling rig, which is highly undesirable in the cramped conditions of underground workings.

Известное устройство характеризует ненадежность автоматической разблокировки (вывод шлицевого плунжера из зацеплени со штангой) при помощи пружины из-за наличи сил трени в шлицах, которые, при наличии перекосов в шлицевом соедине-НИИ могут достигать значительных величин.The known device characterizes the unreliability of automatic unlocking (withdrawing the spline plunger from engagement with the rod) with the help of a spring due to the presence of friction forces in the splines, which, if there are distortions in the spline connection, can reach significant values.

Кроме того, в известном устройстве возможны поломки шлицев плунжера или штанги (при приложении .вращательного момента, страгивеиощегоIn addition, in the known device possible failure of the splines of the plunger or the rod (with the application of the torque,

резьбовое соединение) при частичном вводе шлицев друг относительно друга, что возможно при наличии не-, соосности резьб и шлицев блокируемых частей устройства, а наличие 5 пшицевых отверстий в каждой штанге и высока точность их изготовлени дл обеспечени взаимозамен емости привод т к повышению трудоемкости изготовлений буровых штанг и к удорожанию буровой установки в целом.threaded connection) with partial insertion of the splines relative to each other, which is possible if there are inconsistent alignment of the threads and splines of the device parts to be blocked, and 5 sheaf holes in each rod and high precision of their production to ensure interchangeability lead to an increase in the labor intensity of drilling rods and to increase the cost of the rig as a whole.

Целью изобретени вл етс повышение надежности монтажа - демонтажа путем автоматического блокировани шпиндел со штангой,The aim of the invention is to improve the reliability of installation - disassembly by automatically locking the spindle with a rod,

5 Указанна цель достигаетс тем, что в устройстве дл бурени скважин , включающем напорно-подающий механизм, раму с ключом дл удержани бурового става, буровые штанги5 This goal is achieved by the fact that in a well drilling device, including a pressure feed mechanism, a frame with a key for holding a drill rod, drill rods

Q с йиппельными концами и вращатель с выходным валом, внутри которого соосно расположены шпиндель и подпружиненный плунжер, плунжер и ниппельные концы ка одой буровой штанги имеют встречные торцовые кулачки, установленные с возможностью их взаимодействи , а шпиндель подпружинен и установлен с возможностью продольного перемещени относительно выходного ваша на величину, превышающую высоту кулачков,Q with yippelnye ends and a rotator with an output shaft, within which the spindle and spring-loaded plunger coaxially located, the plunger and the nipple ends of each drill rod have opposite face cams installed with the possibility of their interaction, and the spindle is spring-loaded and installed with the possibility of longitudinal movement relative to the output by an amount greater than the height of the cams,

На фиг, 1 изображено устройство с частичным разрезом по выходному валу вращател при зафиксированном в ключе буровом ставе, общий вид;Fig, 1 shows a device with a partial cut along the output shaft of the rotator with the drill rod fixed in the key, general view;

5 на фиг, 2 - вращатель в положении отвинчивани штанги от бурового .. става, разрез; на фиг, 3 - то же, при отвинчивании шпиндел от буровой штанги, зафиксированной в Ключе5 in FIG. 2 —the rotator is in the unscrewing position of the rod from the drilling rig. Fig, 3 - the same, when unscrewing the spindle from the drill rod, fixed in the Key

0 податчика штанг.0 bar feeder.

Устройство дл бурени скважин, состоит из рамы I с ключо1М 2 дл фиксации бурового ставав. Буровой став состоит из .секций штанг .4,A device for drilling wells, consisting of a frame I with a key 1M 2 for fixing the drilling rig. Drilling rod consists of a rod section .4,

5 Дл подачи штанг 4 в устройство5 To feed the rods 4 into the device

и обратного извлечени их на рам& 1 (шарнирно установлен податчик 5 штанг 4 с.замком 6, ПОдатчик приводитс - в движение при помощи гидpoци линдра.and return them to the frame & 1 (the feeder 5 rods 4 sec. lock 6 is pivotally mounted, the feeder is set in motion with the help of a hydraulic cylinder.

Штанги 4 имеют резьбо.вые ниппельные концы 7, при помощи кoтo рых штанги соедин ютс со шпинделем 8 вращател 9, Вращатель 9 соединен с напорно-подающим механизмом 10, состо щим из двух или более силовых цилиндров, штоки которых закреплены на раме 1,The rods 4 have threaded nipple ends 7, with the help of which the rods are connected to the spindle 8 of the rotator 9, the Rotator 9 is connected to the pressure feed mechanism 10, consisting of two or more actuators, the rods of which are fixed to the frame 1,

Шпиндель 8 имеет зубчатую муфту, помещенную в зубчатой втулке 11The spindle 8 has a gear coupling placed in the gear sleeve 11

0 выходного вала 12,0 output shaft 12,

Между шпинделем 8 и выходным валом 12 установлена пРУжина 13, перемещающа шпиндель в рторону ниппел буровой штангн 4, При этом ходBetween the spindle 8 and the output shaft 12, a spring 13 is installed, moving the spindle into the rthoron nipple of the drill rod 4, with the stroke

5 шпиндел больше, чем высотаг кулака 8. Выходной вал 12 имеет зубчатую втулку 14, в которой при помощи пружины 15 перемещаетс плунжер 16,. Вращающий момент от втулки 14 передаетс на плунжер 16 через зубча-тую муфту 17. Ниппельный конец 7 буровой штамп ги 4 имеет два или более винтовых или близких к винтовой форме (например , скс аенных) кулачка 18, а плунжер 16 имеет на своем торце встречно направленные аналогичные кулачки 19. При замыкании винтовых кулачков 18 и 19 врсццакиций момент может передаватьс через них от выходного вала 12 через зубчатую в ку 14 на зубчатую муфту 17 плунжера 16 непосредственно к бУровой шта ге 4 г разгружа при этЬм от момента шпиндель 8, т.е. при помощи кула ков 18 и 19 может производитьс бло кировка резьбового соединени шпиндел 8 со штангой 4. Плунжер 16 соединен с патрубком 20, к которому подсоединен вертлюг 21 дл подвода водовоздушной смеси к буровому инструменту через бурово став 3.. Устройство работает следующим образом. Бурова штанга 4с шарошечным до лотом или кажда очередна укладываетс в замок € и податчиком 5 подаетс на ось бурени , т.е. совмещаетс , с осью шпиндел 8. Шпиндель находитс в выдвинутом положении и поддерживаетс пружиной 13, котора обеспечивает наличие зазора (фиг.3) между кулачками 1В и 19 независимо от положени плунжера 16, чтобы исключить прощелкивание кулачков при Свинчиваний. Кроме того, подпружиненный шпиндель 8 см гчает нагрузки на резьбовые поверхности при свинчивании. После свинчивани шпиндел В ро штангой 4 последн вместе с вращателем 9 при помощи напорного подающего механизма Ю подаетс к ниппел ному коццу штанги бурового става 3, который зафиксирован в ключе 2 . и свинчиваетс с ним известным способом. Далее буровой став освобождаетс от ключа 2 и подаетс напорно-подающим механизмом 10 на забой скважины. Вращение на буровой став передаетс от.вращател 9 через шпиндель 8, при этом все элементы выходного вала и штанга 4 вра щаютс как одно целое. При бурении (вращение бурового,, става осуществл етс на завинчивание резьбовых соединений штанг) буровой став прижимает шпиндель 8 к торцу выходного вала 12 и кулачки 18 штанги 4 упираютс в кулачки 19 плунжера 16. При этом кулачки могут находитьс в любом положении друг относительно друга, но пружина 15 будет всегда прижимать плунжер к кулачкам ниппел штанги 4. ; После отбуривани очерёдной штанги в ее лыски вводитс ключ 2, вращатель 9 при помощи напорно-поДсвдщего мех&лизма 10 отвод т назад ,( а так как штанга 4 зафиксировав на в ключе 2 и соединена со шпинделем В, то,они остаютс на месте, а вращатель перемвдаетс на величину хода шпиндел (фиг. 2). При этом кулачки 18 и 19 полностью размыкаютс и между ними возникает зазор. Производитс отвинчивание шпинде-, л от бурового става, при этом кулачки 19 вращаютс вместе со шпинделем относительно неподвижной штанги 4, не задева за кулачки 18. Завор по мере отвинчивани остаетс м шпиндель, сжима пружину 13, воспринимает ее усилие, чем - - предохран ютс резьбы от повреждений . После отвинчивани шпиндел вращатель подаетс в исходное положение и на ось бурени подаетс очередна штанга. При разборке бурового става все штанги поочередно удал ютс из скважины. При этом, когда удал етс очередна штанга, буровой став находитс в ключе 2 (фиг.1).Штангу 4, котора находитс между буровым ставой 3 и шпинделем 8, необходимо сначала отвинтить от бурового става 3, а затем, вз в ее в замок б податчика 5, отвинтитьс от нее шпинделем 8. Така последовательность отвинчивани штанги обеспечиваетс следующим образом. Напорно-подающим механизмом 10 подают вращатель на штангу 4 до упора шпиндел 8 в выходной вал 12,, при этом кулачки 18 прижимаютс к кулачкам 19. В таком положении путем реверса двигателей вращател производ т развинчивание. Если начала ртвинчиватьс Штанга 4 от бурового става 3, то отвинчивание продолжают до конца, затем подают замок 6 податчиком 5 на лыски штанги 4 и производ т отвинчивание ее так, как отвинчивали шпиндель от бурового става при наращивании шТаиг. Если пер-. воначаЛьно началось отвинчивание шпиндел 8 от штанги 4, а не штанги 4 от бурового става 3, то. оно кратко временное и производитс , пока s Торец кулака 19 плунжера 16 не замкнетс с торцом кулака 18 танги 4. Наибольший относитель-; ный провррот до-Зсииыканй кулачков п№ двух .кулачках может быть не бо-ч лее 180. При зa ыкaнии кулачков. 18 и 19 автоматически происходит блокировка резьбового соединени пиндел 8 со штангой 4 и отвинчивание последней от бурового ста- .5, the spindle is larger than the height of the cam 8. The output shaft 12 has a gear sleeve 14, in which the plunger 16 is moved by means of a spring 15 ,. The torque from the sleeve 14 is transmitted to the plunger 16 via a tooth coupling 17. The nipple end 7 of the drill stamp gi 4 has two or more screw 18 or close to the screw shape (for example, cams) of the cam 18, and the plunger 16 has directed similar cams 19. With the closure of the screw cams 18 and 19 of the vrststsakiytsii, the moment can be transmitted through them from the output shaft 12 through the gear 14 to the gear coupling 17 of the plunger 16 directly to the drill head 4 g unloading at this point from the moment the spindle 8, t. e. using knuckles 18 and 19, the threaded connection of the spindle 8 with the rod 4 can be performed. The plunger 16 is connected to the nozzle 20 to which the swivel 21 is connected to supply the water-air mixture to the drilling tool through the drilling rig 3. The device operates as follows. The drill rod 4c is roller coneed up to a lot or each is placed in the lock € and the feeder 5 is fed to the drilling axis, i.e. is aligned with the axis of the spindle 8. The spindle is in the extended position and supported by the spring 13, which provides for a gap (figure 3) between the cams 1B and 19, regardless of the position of the plunger 16, in order to prevent the cams from clicking on during screwing. In addition, the spring-loaded spindle 8 cm gchaet loads on threaded surfaces when screwing. After screwing the spindle Into the rod 4, the latter, together with the rotator 9, is fed to the nipple rod of the drill rod 3, which is fixed in the key 2, together with the rotator 9. and screwed with it in a known manner. The drilling rig is then released from the key 2 and fed by the pressure feed mechanism 10 to the bottom of the well. The rotation to the drill is transmitted from the actuator 9 through the spindle 8, with all the elements of the output shaft and the rod 4 being rotated as one piece. During drilling (rotation of the drill, staging is done by screwing the threaded connections of the rods), the drill is pressing the spindle 8 to the end of the output shaft 12 and the cams 18 of the rod 4 abut against the cams 19 of the plunger 16. In this case, the cams can be in any position relative to each other, but the spring 15 will always press the plunger against the nipple of the rod rod 4.; After drilling the next rod, the key 2 is inserted into its flats, the rotator 9 is retracted using pressure head 10, (and since the bar 4 is fixed on the key 2 and connected to the spindle B, they remain in place and the rotator is interleaved by the spindle stroke (Fig. 2). At that, the cams 18 and 19 completely open and there is a gap between them. The spindle is unscrewed, 1 from the drill rod, while the cams 19 rotate with the spindle relative to the fixed rod 4, without hitting the cams 18. Curbing at least screwing the spindle remains, compressing the spring 13, takes its effort, thereby preventing the threads from being damaged. After unscrewing the spindle, the rotator moves to its original position and the next rod is fed to the drilling axis. When disassembling the drill rod, all the rods are alternately removed from the well. At the same time, when the next rod is removed, the drilling rig is located in key 2 (FIG. 1). The rod 4, which is between the drilling rod 3 and the spindle 8, must first be unscrewed from the drilling rod 3, and then, taking it into the lock used feeder 5 , unscrew from it by a spindle 8. Such a sequence of unscrewing the rod is provided as follows. The pressure feed mechanism 10 feeds the rotator onto the rod 4 against the stop of the spindle 8 into the output shaft 12, while the cams 18 are pressed against the cams 19. In this position, the reverse of the rotator motors is unscrewed. If the rod 4 starts to rotate from the drill rod 3, then unscrewing is continued to the end, then lock 6 is fed by the feeder 5 to the rods of the rod 4 and it is unscrewed as the spindle was unscrewed from the drill stem. If the Soon the spindle 8 was unscrewing from the rod 4, and not the rod 4 from the drill rod 3, then. it is briefly temporary and is produced until the butt of the knuckle 19 of the plunger 16 is closed with the butt of the knuckle 18 of the tangi 4. The largest relative; The proverb of additional cams of two or more cams may be no more than 180. When closing the cams. 18 and 19 automatically locks the pindel 8 with the rod 4 and locks the latter from the drill bit.

ва 3, Далее штанга отвинчиваетс в манипул торе 5 ранее описанным способом .va 3, Next, the bar is unscrewed in the manipulator 5 by the previously described method.

Необходимым условием работы устройства вл етс обеспечение зазора, который может быть при условиИ|Что ход шпиндел больше высоты кулачка (фиг.З). i A prerequisite for the operation of the device is to provide a gap, which can be subject to the condition that the spindle stroke is greater than the height of the cam (FIG. 3). i

Использование изобретени позво .л ет значительно упростить вращаг гель бурового устройства, уменьшить габариты как вращател , такThe use of the invention makes it possible to considerably simplify the rotation of the gel of the drilling device, to reduce the dimensions of both the rotator and the rotator.

и бурового устройства, а также по высить надежность автоматизации раз винчивани буровых штанг в устройствах дл бурени скважин преимущественно большего диаметра и в целом позвол ет создать компактную полуавтоматическую буровую установку. Работа- на такой установке становитс более безопасной. Повышаетс производительность .самой установки за счет сокращени времени на выполнение вспомогательных операций.and a drilling device, as well as to improve the reliability of automating the development of drilling rods in devices for drilling wells of a predominantly larger diameter and, in general, makes it possible to create a compact semi-automatic drilling rig. Work on such an installation becomes safer. The performance of the installation itself is improved by reducing the time for performing auxiliary operations.

//////////// ///// ///////Л фиг. I////////// // //// /////// L FIG. I

f8f8

19nineteen

Claims

DRILLING DEVICE 'FOR BORING HOUSES', including a pressure-feeding mechanism, a frame with a key for holding the drill stand, drill rods with nipple ends and a rotator with an output shaft, inside of which the spindle and spring-loaded plunger are coaxially located, which prevents them from In order to increase the reliability of installation - dismantling by automatically locking the spindle with the rod, the plunger and the nipple ends of each drill rod have counter end cams installed with the possibility of their interaction, and the spin. del spring-loaded and installed with the possibility of longitudinal movement relative to the output shaft by an amount exceeding the height of the cams, g '"P