Бурильный блок, способ бурения пазов и устройство для прорезания пазов
Группа изобретений относится к области бурения, а именно к устройству и способу прорезания пазов с помощью бурения шпуров. Устройство прорезания пазов для использования с буровой установкой для бурения вплотную друг к другу множества параллельных пересекающихся шпуров так, что образуется паз в твердом материале, таком как скальная порода, каменная кладка или бетон. Устройство прорезания пазов включает в себя направляющую часть, соединенную с корпусной частью, по меньшей мере, одним кронштейном. Направляющая часть расположена в предыдущем пробуренном шпуре, а корпусная часть и ударно-вращательный инструмент вместе образуют камеру изменяемого объема, содержащую промывочную текучую среду, демпфирующую передачу волн ударного напряжения от ударного устройства на устройство прорезания пазов. Обеспечивает увеличение срока службы устройства за счет уменьшения воздействия ударных волн на конструкцию корпуса и направляющей устройства. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 15 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к бурильному блоку и способу прорезания пазов и устройству для прорезания пазов. При бурении пазов множество шпуров бурят вплотную друг к другу для образования паза в скальной породе. Паз можно выполнять в скальной поверхности или в скальном массиве посредством бурения множества шпуров в поверхности с шагом, по существу, равным диаметру шпуров. При бурении пазов необходимо специальное устройство прорезания пазов для направления бурильного инструмента вдоль ранее пробуренного шпура. Цель изобретения описана более подробно в преамбулах независимых пунктов формулы изобретения.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Бурение пазов является способом, использующимся в подземных и наземных горных работах. При бурении пазов шпуры последовательно бурят вплотную друг к другу, и когда новый шпур бурят рядом с предыдущим пробуренным шпуром, стенка породы между шпурами разрушается. Таким способом выполняют непрерывный паз из шпуров при их последовательном бурении. Такие непрерывные пазы, то есть удлиненные полости можно использовать при наземных взрывных работах для защиты зданий вблизи площадки взрывных работ. При таком способе предотвращается распространение ударных волн за пределы площадки взрывных работ. В подземных горных работах полости или пазы можно бурить в сплошной скальной породе, например на забое туннеля для образования первичного открытого пространства, в которое может расширяться разрушенная скальная порода при взрывных работах. Это необходимо, например, при проходке очистной выработки или штреков.
Когда в скальной породе бурят одиночный шпур, боковая стенка шпура остается нетронутой, и радиальные усилия, действующие от стенки шпура на буровое долото, стремятся компенсировать друг друга. Вместе с тем, при бурении пазов, когда множество шпуров выполняют в ряд для образования паза, стенка скального грунта между предыдущим пробуренным шпуром и новым бурящимся шпуром разрушается в процессе бурения нового шпура, и радиальные усилия, действующие от частично образованной окружностью стенки нового шпура на буровое долото, создают равнодействующую, направленную к предыдущему пробуренному шпуру.
Поэтому буровое долото в процессе бурения нового шпура стремится сместиться радиально от необходимой траектории под действием приложенной таким образом комбинации радиальных усилий. Для предотвращения смещения бурового долота в обычной практике используют направляющий стержень, закрепленный параллельно бурильной штанге и имеющий диаметр, по существу, одинаковый или немного меньше диаметра выполняемых шпуров. Перед бурением нового шпура направляющий стержень вставляют в предыдущий пробуренный шпур рядом с местом нового шпура, стабилизируя опору бурильной штанги. При размещении направляющего стержня в предыдущем пробуренном шпуре предотвращается смещение опоры бурильной штанги, даже когда большие радиальные усилия действуют на бурильную штангу в процессе бурения нового шпура.
В патенте США № 5690184 описан бурильный блок для бурения пазов. Бурильный блок включает в себя направляющий стержень, закрепленный для поддержки бурильной штанги на переднем конце балки подачи, при этом направляющий стержень проходит к переднему торцу балки подачи. Таким образом, бурильный блок разработан с конструкцией только для бурения пазов.
В публикации заявки РСТ WO 99/45237 описано устройство прорезания пазов, которое включает в себя забойную бурильную машину внутри корпусной части устройства и параллельную направляющую трубу, размещенную на кронштейне на корпусной части. Одним недостатком описанного устройства прорезания пазов является то, что ударные волны, создаваемые ударным устройством бурильной машины, передаются не только на инструмент, но также на конструкцию корпуса и направляющую трубу. Волны напряжения могут вызывать серьезные повреждения корпуса и направляющей устройства прорезания пазов. Данный недостаток особенно относится к вариантам применения с верхним ударником.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является создание нового и усовершенствованного бурильного блока и способа бурения пазов и дополнительно нового и усовершенствованного устройства для прорезания пазов.
Бурильный блок согласно изобретению отличается тем, что между корпусной частью устройства прорезания пазов и инструментом размещена, по меньшей мере, одна осевая объемная камера, содержащая текучую среду для демпфирования передачи волн ударного напряжения от ударного устройства на устройство прорезания пазов.
Устройство прорезания пазов согласно изобретению отличается тем, что оно снабжено, по меньшей мере, одной осевой объемной камерой между корпусной частью и инструментом и содержит, по меньшей мере, один канал потока для направления текучей среды в камеру, при этом текучая среда в камере предназначена для передачи осевых усилий от инструмента на корпусную часть.
Способ согласно изобретению отличается тем, что содержит этапы передачи усилия подачи на корпус устройства прорезания пазов в направлении бурения посредством текучей среды, по меньшей мере, в одной осевой объемной камере между инструментом и корпусной частью и демпфирования передачи волн ударного напряжения от ударного устройства на устройство прорезания пазов посредством текучей среды в, по меньшей мере, одной осевой объемной камере.
Согласно настоящему изобретению устройство прорезания пазов содержит осевую объемную камеру, содержащую промывочную текучую среду для демпфирования передачи волн ударного напряжения от ударного устройства на устройство прорезания пазов. Соответственно, волны ударного напряжения передаются на инструмент, но их передача на устройство прорезания пазов, прикрепленное к инструменту, демпфируется. Дополнительно, во время бурения усилие подачи в направлении бурения передается на корпус устройства прорезания пазов посредством текучей среды.
Преимущество изобретения состоит в том, что в ситуации нормального бурения существует осевой зазор в направлении бурения между противоположными механическими поверхностями инструмента и корпуса устройства прорезания пазов, при этом энергия волн напряжения, создаваемых ударным устройством, не передается на корпус и направляющее устройство прорезания пазов. Благодаря этому волны напряжения не повреждают конструкцию устройства прорезания пазов, и срок службы устройства прорезания пазов можно увеличивать.
Идея варианта осуществления заключается в том, что устройство прорезания пазов является съемным вспомогательным устройством, соединенным с переводником бурильной машины или с бурильной штангой, соединенной с переводником. При этом устройство прорезания пазов можно легко и соединять со стандартной бурильной машиной и отсоединять от нее, когда необходимо. Когда устройство прорезания пазов отсоединено, бурильную машину можно использовать в бурении стандартных одиночных шпуров.
Идея варианта осуществления заключается в том, что текучую среду подают для удаления бурового шлама бурящегося шпура. Предпочтительно, текучая среда проходит через осевую объемную камеру, образованную между корпусной частью устройства прорезания пазов и инструментом, и промывочная текучая среда демпфирует передачу на устройство прорезания пазов волн ударного напряжения, создаваемых ударным устройством.
Идея варианта осуществления заключается в том, что устройство прорезания пазов само способно к смещению в случае прихвата устройства прорезания пазов в пазе.
Идея варианта осуществления заключается в том, что устройство прорезания пазов снабжено клапанным средством, регулирующим расход текучей среды через осевую объемную камеру. Клапанное средство ограничивает поток текучей среды, при этом увеличивая давление текучей среды и создавая дополнительное усилие для перемещения устройства прорезания пазов в случае прихвата.
Идея варианта осуществления заключается в том, что направляющая часть содержит трубу, разнесенную с корпусной частью и параллельную ей. Дополнительно, труба может содержать вырез, в котором режущая кромка долота может вращаться. Этим исключают риск контакта бурового долота с трубой.
Идея варианта осуществления заключается в том, что направляющая часть содержит, по меньшей мере, один удлиненный направляющий выступ, проходящий продольно вдоль внешней поверхности направляющей части. Данные удлиненные направляющие выступы обеспечивают соблюдение нужного расстояния между бурящимся шпуром и предыдущим шпуром.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Ниже изобретение описано более подробно для являющихся примерами вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:
На фиг.1a схематично показана буровая установка.
На фиг.1b схематично показан бурильный блок.
На фиг.2a-2c схематично показано выполнение паза последовательным бурением вплотную множества шпуров.
На фиг.3 показан первый изометрический вид первого варианта осуществления устройства прорезания пазов согласно настоящему изобретению.
На фиг.4 показан вид в плане устройства прорезания пазов фиг.3.
На фиг.5 показан вид, частично в разрезе, устройства прорезания пазов фиг.3.
На фиг.6 показан детальный вид, частично в разрезе, области, указанной на фиг.5, с устройством прорезания пазов фиг.3 в первом состоянии.
На фиг.7 показан детальный вид, частично в разрезе, аналогичный фиг.6, с устройством прорезания пазов фиг.3 во втором состоянии.
На фиг.8 показан второй изометрический вид устройства прорезания пазов фиг.3.
На фиг.9 схематично показан второй вариант осуществления устройства прорезания пазов согласно настоящему изобретению.
На фиг.10 показано сечение по линии X-X на фиг.9.
На фиг.11 показано сечение по линии XI-XI на фиг.10.
На фиг.12 схематично показано удерживающее устройство, через которое можно проталкивать устройство прорезания пазов.
На фигурах некоторые варианты осуществления показаны упрощенно для ясности. На фигурах одинаковые части указаны одинаковыми номерами ссылки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1a схематично показана буровая установка 1, включающая в себя стрелу 2, на конце которой установлен бурильный блок 60. Бурильный блок 60, показанный более детально на фиг.1b, содержит балку 3 подачи с бурильной машиной 6, включающей в себя ударное устройство 4 и, возможно, вращающее устройство 5. В общем, ударное устройство 4 содержит ударный поршень, работающий под действием среды под давлением и ударяющий по верхнему концу инструмента 7 или соединительной детали, установленной между инструментом 7 и ударным устройством 4, такой как переводник 61. Фактически, возможно создание ударных импульсов в ударном устройстве 4 другим способом, например с помощью электропривода или без возвратно-поступательного перемещения ударного поршня. Ближний конец инструмента 7 соединен с бурильной машиной 6 посредством переводника 61, и на дальнем конце инструмента 7 размещено несъемное или съемное долото 8 для разрушения скальной породы. Обычно долото 8 является буровым долотом с зубками 8a, но применение долот других конструкций также возможно. Вращающее устройство 5 может передавать на инструмент 7 постоянный момент вращения, обуславливая изменение положения долота 8, соединенного с инструментом 7, после динамического воздействия ударного устройства 4, и с последующим динамическим воздействием наносит удары по новым точкам в скальной породе. Бурильная машина 6 выполнена перемещающейся по балке 3 подачи в направлении D бурения и в направлении R реверса, и во время бурения устройство 9 подачи прижимает инструмент 7 к скальной породе 62. Устройство 9 подачи может, например, являться цилиндром, работающим под действием давления среды в нем. Когда бурят глубокие шпуры, например, в так называемом бурении с наращиванием буровых штанг, бурильные штанги 10a, 10b, 10c (число которых зависит от глубины шпура, подлежащего бурению, и которые входят состав инструмента 7) устанавливают между долотом 8 и бурильной машиной 6. Бурильная машина 6 может содержать промывочное устройство 11 для подачи промывочной текучей среды через инструмент 7 и долото 8 в бурящийся шпур для промывки шпура от бурового шлама. Для ясности на фиг.1a не показаны промывочные каналы инструмента 7. Буровая установка 1 может также быть оснащена, по меньшей мере, одним блоком 63 управления для управления бурением. Дополнительно, на дальнем конце балки 3 подачи может находиться удерживающее устройство 64, через которое проходит инструмент 7. Удерживающее устройство 64 включает в себя средство крепления инструмента 7 во время бурения. Также может быть устроен магазин 65 бурильных компонентов для хранения таких компонентов, как буровые долота 8, устройства прорезания пазов и бурильные штанги 10. Магазин 65 компонентов можно оборудовать манипулятором для перемещения бурильных компонентов между осью бурения и магазином. Посредством манипулятора, когда необходимо, бурильные компоненты, такие как устройства прорезания пазов, можно соединять с бурильной машиной и отсоединять от нее.
Как показано более детально на фиг.1b, питающий насос 12 приводит в действие устройство 9 подачи, ударный насос 13 приводит в действие ударное устройство 4, и насос 14 вращения приводит в действие вращающее устройство 5. Насосы 12, 13, 14 подают текучую среду под давлением, предпочтительно масло гидросистемы, на соответствующие выделенные устройства 9, 4, 5, приводящиеся ими в действие. Насосы 12, 13, 14 расположены на подающих трубопроводах 15, 16, 17, соответственно, соединенных с устройствами 9, 4, 5, и через которые текучая среда под давлением подается на устройства по направлениям, указанным стрелками A. Альтернативно необходимую текучую среду под давлением подают от одного единственного насоса на устройства. Текучая среда возвращается от устройств 9, 4, 5 по соответствующим обратным трубопроводам 18, 19, 20 по направлениям, указанным стрелками B, обратно в бак. Бурильная машина 6 также содержит промывочный насос 21, расположенный на подающем трубопроводе 22, соединенном с промывочным устройством 11. Промывочная среда, обычно вода, подается в промывочное устройство 11 в направлении стрелки A.
Питающий насос 12, ударный насос 13, насос 14 вращения и промывочный насос 21 обычно приводятся в действие двигателями 12a, 13a, 14a, 21a соответственно. Для ясности на фиг.1b не показаны клапаны управления, использующиеся для управления устройствами 4, 5, 9 и 11. Структура и работа буровой установки 1 и бурильной машины 6 известны специалистам в данной области техники и поэтому более подробно здесь не рассматриваются.
Как показано на фиг.2a-2c, паз S выполняют в поверхности скальной породы посредством бурения совокупности шпуров с шагом, по существу равным диаметру шпуров. Поскольку шпуры последовательно бурят вплотную друг к другу, когда новый шпур бурят после предыдущего пробуренного шпура, стенка скальной породы между данными шпурами разрушается. Таким способом выполняют паз вдоль шпуров при их последовательном бурении.
Как показано на фиг.2a, когда единственный шпур 50 бурят в поверхности скальной породы, полностью круговая стенка 50a шпура 50 остается нетронутой. Радиальные усилия F (четыре из которых показаны на фиг.2a), действующие от стенки 50a на буровое долото, компенсируют друг друга, и суммой радиальных усилий F можно пренебречь. Вместе с тем, как показано на фиг.2b, когда новый шпур 52 бурят вплотную к предыдущему пробуренному шпуру 50 для выполнения паза, перегородка 51 из скальной породы между предыдущим пробуренным шпуром 50 и бурящимся шпуром 52 разрушается (показано пунктирной линией на фиг.2b). Следовательно, разрушенная перегородка 51 не создает радиального усилия -F, и в сумме радиальные усилия F, действующие на буровое долото, не компенсируют друг друга. Вместо этого имеется результирующая сила, направленная к предыдущему пробуренному шпуру 50, и при бурении нового шпура 52 буровое долото стремится смещаться радиально от необходимой траектории, то есть параллельно предыдущему пробуренному шпуру 50 и пересекая его.
На фиг.2c показано использование устройства 100 прорезания пазов согласно настоящему изобретению. Шпур 50 первоначально бурят стандартным буровым долотом. После этого устройство 100 прорезания пазов устанавливают на бурильную машину 6 и последовательно бурят шпуры 52 и 54. При бурении шпур 52 выполняют параллельным предыдущему пробуренному шпуру 50 и пересекающим его, и при бурении шпур 54 выполняют параллельным предыдущему пробуренному шпуру 52 и пересекающим его. После завершения бурения шпура 54 инструмент 7, включающий в себя долото 8, извлекают и устанавливают так, что направляющая часть 110 устройства 100 прорезания пазов должна проходить в предыдущий пробуренный шпур 54. Корпусная часть 120 устройства 100 прорезания пазов, установленная на инструмент 7 и соединенная с направляющей частью 110, по меньшей мере, одной распоркой 130, поддерживает необходимую траекторию нового бурящегося шпура.
Направляющая часть 110 может быть снабжена одним или несколькими проходящими продольно удлиненными направляющими выступами 112a, 112b. Предпочтительно, направляющие выступы 112a, 112b расположены на внешней поверхности направляющей части и устанавливаются с каждой из сторон разрушенной перегородки между двумя предыдущими пробуренными шпурами 52, 54. Направляющие выступы 112a, 112b содействуют размещению направляющей части 110 в предыдущем пробуренном шпуре 54, особенно с учетом отсутствия разрушенной перегородки. Альтернативно, единственный выступ, проходящий по внешней поверхности направляющей части 110 вне противоположных концов разрушенной перегородки, может также содействовать размещению направляющей части 110 в предыдущем пробуренном шпуре.
На фиг.3-8 показан детально первый предпочтительный вариант осуществления устройства 100 прорезания пазов. Предпочтительно, направляющая часть 110, подлежащая установке в предыдущий пробуренный шпур, является трубчатым элементом и продольно проходит между конусным передним концом 114 и задним концом 116, который может также быть конусным для облегчения извлечения направляющей части из предыдущего пробуренного шпура. Может быть создан вырез 118 для предотвращения контакта между направляющей частью 110 и долотом 8, когда оно работает в бурящемся шпуре. Как описано выше, направляющие выступы 112a, 112b могут располагаться на внешней поверхности направляющей части 110.
Устройство 100 прорезания пазов содержит один или несколько кронштейнов 130 для соединения направляющей части 110 с корпусной частью 120. Кронштейн 130 создает структурную связь для передачи перемещения корпусной части 120 направляющей части 110, то есть направляющая часть 110 смещается в предыдущий пробуренный шпур, реагируя на перемещение корпусной части 120. Таким образом, соединение между направляющей частью 110 устройства 100 прорезания пазов и буровой установкой 1 осуществляется, предпочтительно, только через кронштейн 130 и корпусную часть 120 устройства 100 прорезания пазов.
Корпусная часть 120 устройства 100 прорезания пазов располагается в бурящемся шпуре и соединена с инструментом 7 посредством совместно образованной осевой объемной камеры 140, содержащей промывочную текучую среду для демпфирования передачи волн ударного напряжения от ударного устройства 4 на устройство 100 прорезания пазов.
Корпусная часть 120 включает в себя муфту 122, образующий канал 124, в который проходит инструмент 7. Канал 124 включает в себя участок 124а первого диаметра, участок 124b второго диаметра меньше первого диаметра участка 124а, участок 124с уступа, проходящий между участками 124a, 124b первого и второго диаметра и соединяющий их, и участок 124d третьего диаметра меньше второго диаметра участка 124b. Участок инструмента 7, проходящий через канал 124, включает в себя участок 7a поршня и участок 7b штока, находящийся вблизи долота 8. Предпочтительно, участки 7a, 7b поршня и штока механически соединены между бурильными штангами 10a, 10b, 10c, если они имеются, и долотом 8, но могут, альтернативно, быть выполнены как интегральная часть инструмента 7. Таким образом, волны ударного напряжения, образованные ударным устройством 4, передаются посредством прямого механического соединения, то есть через инструмент 7, включающий в себя участки 7a, 7b поршня и штока, на долото 8.
На участке 124а первого диаметра канала 124 размещен с возможностью скольжения участок 7a поршня инструмента 7, и на участке 124b второго диаметра канала размещен участок 7b штока инструмента 7. Таким образом, осевая объемная камера 140 имеет форму кольцевого пространства, образованного радиально между участком 124а первого диаметра канала 124 и участком 7b штока инструмента 7, и образована по оси между участком 7a поршня инструмента 7 и участком 124с уступа канала 124. Предпочтительно, например, уплотнение 126 предотвращает проход промывочной текучей среды между участком 124а первого диаметра и участком 7a поршня.
Камера 140 может содержать промывочную текучую среду, которая подается по проходу 142 потока, соединяющему первый внутренний канал 144, проходящий через инструмент 7, и второй внутренний канал 146, также проходящий через инструмент 7. Первый внутренний канал 144 расположен на удалении от долота 8, и второй внутренний канал 146 расположен вблизи долота 8. Предпочтительно, второй внутренний канал 146 подает поток промывочной текучей среды на долото 8. Проход 142 потока включает в себя осевой проход 142a потока, первый, в общем, радиальный проход 142b потока, и второй, в общем, радиальный проход 142с потока. Осевой проход 142a потока расположен радиально между участком 7b штока инструмента 7 и участком 124b второго диаметра канала 124. Первый, в общем, радиальный проход 142b потока соединяет первый внутренний канал 144 инструмента 7 с первым осевым концом осевого прохода 142a потока, и второй, в общем, радиальный проход 142с потока соединяет второй осевой конец осевого прохода 142a потока со вторым внутренним каналом 146 инструмента 7. Первый и второй, в общем, радиальные проходы 142b, 142c потока могут проходить наклонно или перпендикулярно к осевому проходу 142a потока и первому и второму внутренним каналам 144, 146.
На участке 124d канала 124 третьего диаметра в муфте 122 размещен с возможностью скольжения участок 7b штока инструмента 7. Предпочтительно, например, посредством уплотнения предотвращен проход промывочной текучей среды между участком 124d третьего диаметра и участком 7b штока.
На фиг.6 показано первое взаимное расположение корпусной части 120 устройства 100 прорезания пазов и инструмента 7. Промывочная текучая среда подается в осевую объемную камеру 140 через первый, в общем, радиальный проход 142b потока. Промывочная текучая среда, содержащаяся в камере 140, служит для демпфирования передачи на устройство 100 прорезания пазов волн ударного напряжения, создаваемых ударным устройством 4 буровой установки 1. Конкретно, волны ударного напряжения, создаваемые ударным устройством 4, передаются через инструмент 7, но устройство 100 прорезания пазов, в общем, изолировано от волн ударного напряжения посредством соединения через промывочную текучую среду, содержащуюся в осевой объемной камере 140. Поскольку в осевой объемной камере 140 имеется зазор G, заполненный текучей средой, между поверхностями 70 и 71 приложения давления отсутствует механический осевой контакт между инструментом 7 и муфтой 122. Дополнительная промывочная текучая среда продолжает проходить из первого внутреннего канала 144 через первый, в общем, радиальный проход 142b потока, осевой проход 142a потока и второй, в общем, радиальный проход 142с потока во второй внутренний канал 146, через долото 8 и в бурящийся шпур.
Устройство 100 прорезания пазов продвигается, то есть направляющая часть 110 смещается в предыдущий пробуренный шпур, и корпусная часть 120 смещается вместе с инструментом 7 при работе устройства 9 подачи и проходе промывочной текучей среды по инструменту 7, заполняющей осевой объем камеры 140. Промывочная текучая среда в осевой объемной камере 140 действует на первую и вторую поверхности 70 и 72 приложения рабочего давления, создавая усилие в направлении D бурения, и, дополнительно, на третью поверхность 71 приложения рабочего давления, создавая усилие в направлении R реверса. Таким образом, текучая среда передает усилие, подводимое от устройства 9 подачи, через участок 7a поршня инструмента 7 на муфту 122 корпусной части 120 посредством приложения рабочего давления к поверхностям 70, 72 и на направляющую часть 110 через кронштейн 130. Но промывочная текучая среда, содержащаяся в осевой объемной камере 140, демпфирует передачу на устройство 100 прорезания пазов волн ударного напряжения, создаваемых ударным устройством 4 буровой установки 1.
На фиг.7 показано второе взаимное расположение корпусной части 120 устройства 100 прорезания пазов и инструмента 7. В случае если устройство 100 прорезания пазов оказывается прихваченным, например направляющую часть 110 прихватывает в предыдущем пробуренном шпуре, возникает второе взаимное расположение. Сопротивление продвижению устройства 100 прорезания пазов в комбинации с работой устройства 9 подачи обуславливает ограничение потока промывочной текучей среды через осевой проход 142a потока на участке 124d третьего диаметра, по меньшей мере, частично закрывая второй, в общем, радиальный проход 142с потока. При этом поднимается давление текучей среды в осевой объемной камере 140, и таким образом увеличивается сила, смещающая устройства 100 прорезания пазов. В предельном положении второго взаимного расположения второй, в общем, радиальный проход 142с потока полностью закрыт, и подача промывочной текучей среды блокирована, что может детектировать блок 63 управления или оператор буровой установки 1, и инструмент 7 и устройство 100 прорезания пазов можно извлечь из соответствующих шпуров.
Предпочтительно, по первому, в общем, радиальному проходу 142b потока осуществляют подачу в камеру 140 при первом взаимном расположении корпусной части 120 устройства 100 прорезания пазов и инструмента 7 буровой установки 1. При смещении участка 7a поршня инструмента 7 относительно муфты 122 корпусной части 120, при втором взаимном расположении корпусной части 120 и инструмента 7 по первому в общем радиальному проходу 142b потока может осуществляться подача в осевой проход 142a потока вместо камеры 140, таким образом, основной поток промывочной текучей среды обходит камеру 140, емкость которой также уменьшается. Уменьшенная емкость камеры 140 дает возможность увеличения давления текучей среды для смещения устройства 100 прорезания пазов, и при ограничении сообщения промывочной текучей средой между камерой 140 и проходом 142 потока промывочная текучая среда создает меньшее демпфирование, при этом волны ударного напряжения, создаваемые ударным устройством 4, можно передавать на устройство 100 прорезания пазов для содействия в смещении направляющей части 110 относительно предыдущего пробуренного шпура.
Таким образом, участок 124d третьего диаметра и второй, в общем, радиальный проход 142с потока действуют как клапан, автоматически управляющий положением муфты 122 относительно инструмента 7, автоматически реагируя на сопротивление подачи направляющей части 110. Когда направляющая часть прихвачена в предыдущем пробуренном шпуре, поток через устройство прорезания пазов блокируется, и давление текучей среды увеличивается. Мониторинг при этом можно осуществлять посредством одного или нескольких датчиков давления. Результаты измерения можно передавать от датчика на блок 63 управления, включающий в себя алгоритм управления. Когда заданный предел давления превышен, блок 63 управления может останавливать бурение и реверсировать направление подачи бурильной машины.
На фиг.9-11 показан второй предпочтительный вариант осуществления устройства 100 прорезания пазов. Одинаковые номера ссылки использованы для индикации по существу идентичных признаков в обоих предпочтительных вариантах осуществления, и дополнительное объяснение даваться не должно.
Принимая во внимание, что осевая объемная камера 140 первого предпочтительного варианта осуществления имеет форму кольцевого пространства с инструментом 7, образующим участок 7a поршня, осевая объемная камера 140а согласно второму предпочтительному варианту осуществления имеет, в общем, цилиндрическую форму с муфтовым участком 122 и демпфирующим поршнем 128, расположенным в проходе 142 потока, проходящем через инструмент 7. Проход 142 потока включает в себя, по меньшей мере, один осевой проход 142a потока (четыре показаны на фиг.10), первый, в общем, радиальный проход 142b потока и второй, в общем, радиальный проход 142с потока. Первый, в общем, радиальный проход 142b потока соединяет первый участок прохода 142 потока с первым осевым концом осевого прохода 142a потока, и второй, в общем, радиальный проход 142с потока соединяет второй осевой конец осевого прохода 142a потока со вторым участком прохода 142 потока через инструмент 7.
Поршень 128 включает в себя внутренний участок 128a, внешний участок 128b и, по меньшей мере, один соединительный участок 128c. Внешний участок 128b может содержать две половины, внутренние поверхности которых включают в себя выступы для образования соединительных участков 128c, и при этом половины расположены одна против другой и соединены с внутренним участком 128a, например резьбовыми замками. Каждый соединительный участок 128c образует продольную стенку, проходящую между внутренним и внешним участками 128a, 128b поршня 128, и фиксирует их. Внутренний участок 128a образует первую поверхность 80 приложения рабочего давления, действующего в направлении D бурения, и вторую поверхность 81 приложения рабочего давления, действующего в направлении R реверса, когда текучую среду под давлением направляют на прохождение через устройство 100 прорезания пазов. При первом взаимном расположении одинаковое давление действует на поверхности 80, 81 приложения рабочего давления, имеющие одинаковую площадь поверхности, при этом силы, действующие на поршень 128, находятся в равновесии, и поршень установлен в среднем положении. Внешний участок 128b вмещает с возможностью скольжения инструмент 7 и смежно сцепляется с участком 122 муфты при первом взаимном расположении между устройством 100 прорезания пазов и инструментом 7. Имеются осевые зазоры G в направлении D бурения и в направлении R реверса между инструментом 7 и демпфирующим поршнем 128 для предотвращения механического осевого контакта между ними.
Когда сопротивление подаче направляющей части 110 увеличивается, демпфирующий поршень 128 перемещается в направлении R реверса относительно инструмента 7, как показано на фиг.11. Во время второго взаимодействия между устройством 100 прорезания пазов и инструментом 7 поток промывочной текучей среды через осевой проход 142a потока дросселируется поршнем 128, по меньшей мере, частично закрывающим первый, в общем, радиальный проход 142b потока. Вследствие этого давление текучей среды, действующее на первую поверхность 80 приложения рабочего давления, увеличивается, и давление текучей среды, действующее на вторую поверхность 81 приложения рабочего давления, уменьшается, при этом более высокая сила создается в направлении D бурения. Поршень 128 также дросселирует поток текучей среды в случае перемещения поршня 128 в направлении D бурения относительно инструмента 7. Данная ситуация может иметь место при бурении вниз. Таким образом, демпфирующий поршень 128 автоматически регулирует силу подачи, передаваемую на направляющую часть 110.
Во время нормального бурения паза демпфирующий поршень 128 не имеет механического осевого контакта с инструментом 7. Силы, действующие на поверхности 80, 81 приложения рабочего давления поршня 128, обеспечивают отсутствие осевого механического воздействия поверхностей между инструментом 7 и поршнем 128 друг на друга. Сила подачи передается на поршень 128 посредством текучей среды в осевой объемной камере 140. При этом передача импульсов напряжения на устройство прорезания пазов демпфируется.
Следует упомянуть, что возможно перемещение любой другой текучей среды вместо промывочной текучей среды в одну или несколько осевых объемных камер устройства прорезания пазов. Текучая среда может, например, являться рабочей жидкостью гидросистемы, направляемой от питающего насоса 12, ударного насоса 13 или насоса 14 вращения. В данном варианте осуществления инструмент 7 необходимо снабжать специальным каналом текучей среды и осевой объемной камерой, отделенной от промывочной системы.
На фиг.12 показано удерживающее устройство 64, имеющее отверстие 66, через которое можно проталкивать устройство 100 прорезания пазов. Размеры и форма отверстия 66 разработаны согласно сечению устройства 100 прорезания пазов, при этом его составляют два пересекающихся отверстия. Отверстие 66 можно оборудовать гибким уплотняющим материалом 67, таким как резина, с несколькими разрезами 68 для облегчения прохода.
Специалисту в данной области техники ясно, что с развитием технологии идею изобретения можно реализовать различными путями. Изобретение и его варианты осуществления не ограничены примерами, описанными выше, но могут изменяться в объеме формулы изобретения.
1. Бурильный блок для бурения пазов, содержащий балку (3) подачи, бурильную машину (6), расположенную на балке (3) подачи и содержащую ударное устройство (4) и промывочное устройство (11), инструмент (7), соединенный с бурильной машиной (6), при этом ударное устройство (4) выполнено с возможностью создания волн ударного напряжения, направленных на инструмент (7), и промывочное устройство (11) выполнено с возможностью подачи промывочной текучей среды через инструмент (7) для удаления бурового шлама из бурящегося шпура (52), устройство (9) подачи, выполненное с возможностью перемещения бурильной машины (6) по балке (3) подачи и подачи инструмента (7) в бурящийся шпур (52), и, дополнительно, устройство (100) прорезания пазов, соединенное с бурильной машиной (6) и содержащее направляющую часть (110), корпусную часть (120) и, по меньшей мере, один кронштейн (130), проходящий между направляющей частью (110) и корпусной частью (120) и соединяющий их, при этом направляющую часть (110) размещают в предыдущем пробуренном шпуре (50), и при этом инструмент (7) способен скользить в корпусной части (120), отличающийся тем, что между корпусной частью (120) устройства (100) прорезания пазов и инструментом (7) расположена, по меньшей мере, одна осевая объемная камера (140), содержащая текучую среду для демпфирования передачи волн ударного напряжения от ударного устройства (4) на устройство (100) прорезания пазов.
2. Бурильный блок по п.1, отличающийся тем, что осевая объемная камера (140) соединена с промывочным устройством (11) посредством, по меньшей мере, одного канала потока и содержит промывочную текучую среду.
3. Бурильный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство (100) прорезания пазов является съемным вспомогательным устройством, соединенным с переводником (61) бурильной машины (6) или с бурильной штангой (10), соединенной с переводником (61).
4. Бурильный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпусная часть (120) устройства (100) прорезания пазов и инструмент (7) совместно образуют, по меньшей мере, одну осевую объемную камеру (140), содержащую текучую среду.
5. Бурильный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что корпусная часть (120) устройства (100) прорезания пазов и инструмент (7) совместно образуют, по меньшей мере, осевую объемную камеру (140), содержащую текучую среду, корпусная часть (120) устройства (100) прорезания пазов содержит муфту (122), включающую в себя канал (124), через который проходит инструмент (7), и который имеет участок (124а) первого диаметра, участок (124b) второго диаметра, меньше первого диаметра участка (124а), и участок (124 с) уступа, проходящий между участком (124а) первого диаметра и участком (124b) второго диаметра и их соединяющий, на участке (124а) первого диаметра канала (124) размещен с возможностью скольжения участок (7а) поршня инструмента (7), и на участке (124b) второго диаметра канала (124) размещен участок (7b) штока инструмента (7), и осевая объемная камера (140) содержит кольцевое пространство, образованное радиально между участком (124а) первого диаметра канала (124) и участком (7b) штока инструмента (7) и образованное по оси между участком (7а) поршня инструмента (7) и участком (124 с) уступа канала (124), устройство прорезания пазов дополнительно содержит проход (142) потока для подачи промывочной текучей среды вдоль инструмента (7), содержащий осевой проход (142а) потока, расположенный радиально между участком (7b) штока инструмента (7) и участком (124b) второго диаметра канала (124), первый, в общем, радиальный проход (142b) потока, соединяющий первый внутренний канал (144) инструмента (7) с первым осевым концом осевого прохода (142а) потока, и второй, в общем, радиальный проход (142 с) потока, соединяющий второй внутренний канал (146) инструмента (7) со вторым осевым концом осевого прохода (142а) потока, канал (124) муфты (122) содержит участок (124d) третьего диаметра, меньше второго диаметра участка (124b), на участке (124d) третьего диаметра размещен с возможностью скольжения участок (7b) штока инструмента (7), и осевое смещение инструмента (7) относительно корпусной части (120) ограничивает поток текучей среды через второй, в общем, радиальный проход (142 с) потока и увеличивает давление текучей среды, перемещающее корпусную часть (120) относительно инструмента (7).
6. Бурильный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что между инструментом (7) и корпусной частью (120) размещен демпфирующий поршень (128), по оси соединенный с корпусной частью (120) и разделенный в осевом направлении текучей средой с инструментом (7).
7. Бурильный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что между инструментом (7) и корпусной частью (120) размещен демпфирующий поршень (128), имеющий осевое соединение с корпусной частью (120) и разделенный в осевом направлении с инструментом (7) посредством текучей среды, корпусная часть (120) устройства (100) прорезания пазов содержит муфту (122), включающую в себя канал (124) для прохождения инструмента (7), инструмент (7) содержит проход (142) потока, проходящий через него, демпфирующий поршень (128) содержит внутренний участок (128а), расположенный в проходе (142) потока, внешний участок (128b), расположенный вокруг инструмента (7), и, по меньшей мере, один соединительный участок (128 с), соединяющий внутренний и внешний участки, причем поршень (128) выполнен с возможностью скольжения относительно инструмента (7), внутренний участок (128а) содержит первую поверхность (80) приложения рабочего давления в направлении (D) бурения и вторую поверхность (81) приложения рабочего давления в направлении (R) реверса, первая осевая объемная камера (140а) расположена на стороне поршня (128) с первой поверхностью (80) приложения рабочего давления и содержит текучую среду, передающую усилие подачи от инструмента (7) через поршень (128) на муфту (122), и вторая осевая объемная камера (140b) расположена на стороне поршня (128) со второй поверхностью (81) приложения рабочего давления и содержит текучую среду, предотвращающую механический осевой контакт между инструментом (7) и поршнем (128) в направлении (D) бурения.
8. Бурильный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что между инструментом (7) и корпусной частью (120) размещен демпфирующий поршень (128), имеющий осевое соединение с корпусной частью (120) и разделенный в осевом направлении с инструментом (7) посредством текучей среды, корпусная часть (120) содержит муфту (122), включающую в себя канал (124), для прохождения инструмента (7), инструмент (7) содержит проход (142) потока, проходящий через него, демпфирующий поршень (128) содержит внутренний участок (128а), расположенный в проходе (142) потока, внешний участок (128b), расположенный вокруг инструмента (7), и, по меньшей мере, один соединительный участок (128 с), соединяющий внешний и внутренний участки, причем демпфирующий поршень (128) выполнен с возможностью скольжения относительно инструмента (7), внутренний участок (128а) содержит первую поверхность (80) приложения рабочего давления в направлении (D) бурения и вторую поверхность (81) приложения рабочего давления в направлении (R) реверса, первая осевая объемная камера (140а) расположена со стороны первой поверхности (80) приложения рабочего давления поршня (128) и содержит текучую среду, передающую усилие подачи от инструмента (7) через поршень (128) на муфту (122), вторая осевая объемная камера (140b) расположена со стороны второй поверхности (81) приложения рабочего давления поршня (128) и содержит текучую среду, предотвращающую механический осевой контакт между инструментом (7) и поршнем (128) в направлении (D) бурения, проход (142) потока инструмента (7) содержит, по меньшей мере, один осевой проход (142) потока, соединяющий осевые объемные камеры (140а, 140b), при этом осевое перемещение поршня (128) относительно инструмента (7) в направлении (R) реверса предназначено для ограничения давления текучей среды, действующего на первую поверхность (80) приложения рабочего давления, таким образом увеличивая усилие подачи, передаваемое через поршень (128) на муфту (122).
9. Бурильный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что направляющая часть (110) содержит, по меньшей мере, один удлиненный направляющий выступ (112), продольно проходящий вдоль внешней поверхности направляющей части (110).
10. Бурильный блок по п.1 или 2, отличающийся тем, что балка подачи снабжена удерживающим устройством (64), расположенным на дальнем конце балки (3) подачи и содержащим отверстие (66) с размером, соответствующим профилю сечения устройства (100) прорезания пазов, обеспечивающим проталкивание устройства (100) прорезания пазов через удерживающее устройство (64).
11. Устройство прорезания пазов, содержащее удлиненный инструмент (7), имеющий первый конец и второй конец, при этом первый конец снабжен первым соединительным средством (90) для крепления устройства (100) прорезания пазов к переводнику (61) бурильной машины (6) или к бурильной штанге (10), соединенной с переводником (61), и второй конец снабжен буровым долотом (8), корпусную часть (120), в которой инструмент (7) размещен, направляющую часть (110), размещаемую в предыдущем пробуренном шпуре (50), и, по меньшей мере, один кронштейн (130), проходящий между направляющей частью (110) и корпусной частью (120) и соединяющий их, отличающееся тем, что устройство (100) прорезания пазов снабжено, по меньшей мере, одной осевой объемной камерой (140), расположенной между корпусной частью (120) и инструментом (7), и содержит, по меньшей мере, один канал потока для направления текучей среды в камеру (140), при этом текучая среда в камере (140) обеспечивает передачу осевых усилий от инструмента (7) на корпусную часть (120).
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один впускной канал для подачи промывочной текучей среды от бурильной машины в осевую объемную камеру (140) и, по меньшей мере, один выпускной канал для выпуска промывочной текучей среды из осевой объемной камеры (140) в бурящийся шпур, при этом текучая среда проходит через камеру (140).
13. Устройство по п.11 или 12, отличающееся тем, что содержит средство осуществления мониторинга осевых усилий, противодействующих смещению направляющей части (110) в предыдущий пробуренный шпур (50), и средство увеличения давления текучей среды, действующего в направлении (D) бурения на, по меньшей мере, одну поверхность (70, 80) приложения рабочего давления, по меньшей мере, одной осевой объемной камеры (140, 140а), реагируя на данные мониторинга противодействующих сил, при этом осевое усилие, передаваемое на направляющую часть (110), увеличивается.
14. Устройство по п.12, отличающееся тем, что содержит клапанное средство, воздействующее на объемный расход через осевую объемную камеру, реагируя на осевое положение инструмента (7) относительно корпусной части (120).
15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что содержит клапанное средство, воздействующее на объемный расход через осевую объемную камеру, реагируя на осевое положение инструмента (7) относительно корпусной части (120).
16. Способ бурения пазов, содержащий следующие стадии:
бурение множества близкорасположенных шпуров (50-54) для образования паза (S) в скальной породе (62);
использование в бурении бурильной машины (6), содержащей ударное устройство (4) для создания ударных импульсов на инструменте (7), соединенном с бурильной машиной (6);
соединение с бурильной машиной (6) устройства (100) прорезания пазов, содержащего корпусную часть (120), в которой размещен инструмент (7), направляющую часть (110) и, по меньшей мере, один кронштейн (130), проходящий между направляющей частью (110) и корпусной частью (120) и соединяющий их;
размещение направляющей части (110) в предыдущем пробуренном шпуре (50) для удержания на траектории предыдущего пробуренного шпура (50) для нового бурящегося шпура (52);
передачу во время бурения усилия подачи в направлении (D) бурения от инструмента (7) на корпусную часть (120) устройства (100) прорезания пазов и дополнительно на направляющую часть (110), содержащую передачу усилия подачи на корпусную часть (120) устройства прорезания пазов в направлении (D) бурения посредством текучей среды в, по меньшей мере, одной осевой объемной камере (140, 140а) между инструментом (7) и корпусной частью (120) и демпфирующую передачу волн ударного напряжения от ударного устройства (4) на устройство (100) прорезания пазов посредством текучей среды в, по меньшей мере, одной осевой объемной камере (140, 140а).
17. Способ по п.16, содержащий изменение давления текучей среды в осевой объемной камере (140, 140а), реагируя на осевое перемещение между корпусной частью (120) и инструментом (7), выполненными с возможностью продольного скольжения одного относительно другого.
18. Способ по п.17, содержащий создание потока текучей среды через осевую объемную камеру (140, 140а) и ограничение потока текучей среды через камеру (140, 140а) при замедлении перемещения направляющей части (110) в предыдущем пробуренном шпуре (50), при этом усилие подачи, передаваемое на направляющую часть (110), увеличивается.
19. Способ по п.18, содержащий создание потока текучей среды через осевую объемную камеру (140, 140а), закрытие выпуска потока текучей среды через камеру (140, 140а) при остановке перемещения направляющей части (110) в предыдущем пробуренном шпуре (50), при этом давление текучей среды в камере осевого объема увеличивается, осуществление мониторинга давления текучей среды, действующего в осевой объемной камере, и реверсирование подачи бурильной машины (6) при превышении давления текучей среды в осевой объемной камере заданного предела давления.
20. Способ по любому из предыдущих пп.16-19, содержащий соединение, по меньшей мере, одной бурильной штанги (10) с переводником (61) бурильной машины (6) и соединение устройства (100) прорезания пазов с дальним концом самой дальней бурильной штанги (10).
21. Способ по любому из предыдущих пп.16-19, содержащий соединение устройства (100) прорезания пазов с переводником (61) бурильной машины (6).
22. Способ по любому из предыдущих пп.16-19, содержащий опирание направляющей части (110) на поверхность предыдущего пробуренного шпура (50) посредством, по меньшей мере, одного удлиненного направляющего выступа (112), продольно проходящего вдоль внешней поверхности направляющей части (110).
23. Способ по любому из предыдущих пп.16-19, содержащий перемещение промывочной текучей среды в осевую объемную камеру (140, 140а).
