Способ строительства вертикальной выработки буровзрывным способом с тюбинговой обделкой и проходческий комплекс для осуществления способа

Авторы патента:

Кисель Александр Александрович (RU)

E21D1/03 - механическими средствами (E21D 1/08 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2493367:

Кисель Александр Александрович (RU)

Предложенное изобретение относится к области горного дела и позволяет обеспечивать качественную и быструю проходку подземных горных выработок различного назначения. Технический результат направлен на обеспечение качественной и быстрой проходки горных выработок различного назначения за счет совместного использования оборудования, выполняющего разные функции, в том числе качественную проходку неоднородных грунтов и горных пород, и повышение качества сооружения тюбинговых крепей. Способ проходки вертикальной горной выработки включает последовательность операций, выполняемых посредством оборудования, установленного на одном проходческом комплексе: бурение грунта или горной породы с использованием по меньшей мере одного бурового агрегата на манипуляторе, экскавацию грунта или горной породы с использованием по меньшей мере одного ковша. Сооружение тюбинговой крепи с использованием самоходного полка проходческого. Проходческий комплекс, выполнен на единой подвижной платформе с расположенным на ней проходческим оборудованием, включающим по меньшей мере один буровой агрегат на основе гидроперфоратора, размещенный на манипуляторе, по меньшей мере два распорных домкрата, по меньшей мере одну стрелу ковша экскаватора, по меньшей мере самоходный проходческий полок. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области горного дела и может быть использовано для строительства различных вертикальных подземных горных выработок, например вертикальных шахтных стволов, либо шахтных стволов с выполнением рассечек на горизонтальные выработки.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбрана технология проходки вертикальных подземных горных выработок, описанная в патенте на изобретение RU 2098629, опубликованном 10.12.1997. Описанная в RU 2098629 технология проходки вертикальной подземной горной выработки включает бурение грунта при помощи бурового агрегата, расположенного в центре бурения. Далее при помощи единственного экскаватора выполняют выемку грунта. Известная из RU 2098629 технология не в полной мере решает поставленную задачу, заключающуюся в повышении управляемости рабочих органов, что, очевидно, не позволяет повысить скорость и качество выполнения проходческих работ. В свою очередь, предлагаемое изобретение позволит устранить указанный недостаток, обеспечив качественную и быструю проходку горных выработок различного назначения за счет совместного использования оборудования, выполняющего различные функции, в том числе обеспечив качественную проходку неоднородных грунтов и горных пород, за счет управления использованием различного оборудования. Также предлагаемое изобретение позволит повысить качество сооружения тюбинговых крепей в вертикальных выработках за счет указанного выше совместного использования оборудования, выполняющего различные функции (В качестве примера используемых в настоящее время технологий монтажа тюбинговой крепи может быть приведена технология, описанная в учебнике Власов С.Н. и др., Москва, Транспорт, 1987, Строительство метрополитенов, http://www.metro.ru/library/stroitelstvo_metropolitenov/517/).

Указанный выше технический результат достигается за счет использования способа строительства вертикальной подземной горной выработки, который включает последовательность операций, выполняемых посредством оборудования, установленного на одном проходческом комплексе, который, в свою очередь, выполнен на единой подвижной платформе с расположенным на ней проходческим и монтажным оборудованием. При этом буровые агрегаты устанавливаются непосредственно на проходческом полке для визуального контроля работами с полка.

Способ строительства вертикальной выработки включает последовательность операций, выполняемых посредством оборудования, установленного на одном проходческим комплексе: бурение грунта или горной породы с использованием, по меньшей мере, одного бурового агрегата на манипуляторе; экскавацию (отгрузку) грунта или горной породы с использованием, по меньшей мере, одного съемного ковша, расположенного на гидравлическом манипуляторе. Далее выполняют монтаж тюбинговой крепи с использованием, по меньшей мере, одного съемного тюбингового захвата, располагаемого на упомянутом гидравлическом манипуляторе и, по меньшей мере, одного самоходного полка проходческого, выделенного для работ, связанных с монтажом тюбинговой крепи. По меньшей мере, перед началом бурения может быть выполнена проходка, по меньшей мере, одного шпура и соответствующие взрывные работы. Бурение предпочтительно осуществляют в нескольких выделенных радиусах. Управление работами и/или работы выполняют с площадок операторов и/или проходческих полков. Используют манипулятор, выбранный из перечня, включающего телескопический манипулятор и стреловой манипулятор.

Проходческий комплекс выполнен на единой подвижной платформе с расположенным на ней проходческим и монтажным оборудованием и включает: по меньшей мере, один буровой агрегат на основе гидроперфоратора, размещенный на манипуляторе; по меньшей мере, три распорных домкрата. Также проходческий комплекс включает, по меньшей мере, один гидравлический манипулятор, оборудованный съемным ковшом экскаватора и съемным тюбинговым захватом, а также гидравлическим молотом; по меньшей мере, один самоходный полок проходческий, выделенный для работ, связанных с монтажом тюбинговой крепи. Полок проходческий оборудован автономной энергетической установкой. Количество буровых агрегатов предпочтительно выбирается исходя из бурения в нескольких выделенных радиусах. Манипулятор выбирается из перечня, включающего телескопический манипулятор и стреловой манипулятор. Проходческий комплекс оборудуется, по меньшей мере, одной площадкой оператора, соответствующего оборудования.

Предложенные способ и проходческий комплекс поясняются чертежами.

Фиг.1 - Проходческий комплекс при строительстве вертикальной выработки и монтаже тюбинговой обделки.

Фиг.2 - Полок для монтажа армировки ствола.

Фиг.3 - Полок для производства тампонажных работ.

Фиг.4 - Гидравлический манипулятор с установленным съемным тюбинговым захватом (боковой вид).

Фиг.5 - Гидравлический манипулятор с установленным съемным тюбинговым захватом (вид сверху).

Проходческий комплекс представляет собой закрепляемую на распорных домкратах 2 единую платформу, подвижную в направлении «верх-низ», на которой расположены узлы проходческого оборудования и рабочие места операторов, а также узлы оборудования для монтажа тюбинговой крепи и полки, выделенные для соответствующих проходческих работ (полок для монтажа армировки ствола, полок для производства тампонажных работ). Полок проходческий оборудован автономной энергетической установкой. Проходческое оборудование включает узел буровых агрегатов 1 - гидроперфораторов, каждый из которых размещен на своем телескопическом или стреловом манипуляторе, располагаемых симметрично относительно центральной оси проходческого комплекса для выполнения работ в выделенном для конкретного бурового агрегата 1 радиусе (в предельном случае может быть использован единственный буровой агрегат 1). Такое расположение буровых агрегатов обеспечивает управляемое разрушение грунта или горной породы, в особенности при проходке неоднородностей. Для обеспечения направления движения платформы при выполнении проходческих работ в состав проходческого оборудования включается узел распорных домкратов 2, фиксирующих платформу при выполнении проходческих работ (число домкратов не менее трех, оптимально использование четырех домкратов).

Для извлечения грунта или горной породы после буровых работ и последующего ведения монтажных работ используется экскавационно-монтажный узел. Экскавационно-монтажный узел представляет собой совокупность гидравлических манипуляторов (стрел) 6, располагаемых симметрично относительно центральной оси проходческого комплекса. Для управляемого извлечения разрушенной породы на гидравлических манипуляторах 6 размещаются съемные ковши 3 экскаваторов, размещенных. Дополнительно, на гидравлических манипуляторах могут быть размещены гидравлические молоты. Для управления работами проходческий комплекс оборудуется площадками операторов 4, которые могут опускаться для выполнения необходимых работ и подниматься обратно в прежнее положение. Также проходческий комплекс оборудуется подвижными самоходными проходческими полками 5, одна часть которых выделяется для монтажа армировки ствола, а другая часть для производства необходимых тампонажных работ. Использован гидравилический привод самоходных полков 5. Для монтажа тюбингов использованы съемные тюбинговые захваты 7, располагаемые после отгрузки грунта на тех же гидравлических манипуляторах 6, что и съемные ковши 3 экскаваторов или гидравлические молоты. В предельном случае используется один гидравлический манипулятор 6. Конструкция гидравлических манипуляторов 6 при монтаже на нем тюбингового захвата соответствует конструкции, приведенной на фиг.4 (боковой вид) и фиг.5 (вид сверху).

При выполнении проходческих работ выполняют бурение грунта или горной породы буровыми агрегатами 1. Для выполнения бурения узел буровых агрегатов 1 выдвигается вперед по ходу горной выработки, манипуляторы обеспечивают перемещение буровых агрегатов 1 по своему радиусу и необходимое управление бурением. Для привода механизмов и агрегатов для проходческих работ используется автономная энергетическая установка - дизель-электростанция и т.п., располагаемая на проходческом полке 5. При необходимости разрушения твердых скальных пород предварительно могут быть выполнены работы по проходке шпуров для закладки взрывчатых веществ и соответствующие взрывные работы. Проходческий комплекс перемещается по стволу горной выработки и фиксируется распорными домкратами 2 на каждом выполненном шаге перемещения - шагающий проходческий комплекс. После выполнения буровых работ узел буровых агрегатов 1 поднимается и по ходу горной выработки выдвигается экскавационно-монтажный узел на гидравлических манипуляторах 6, разрушенная грузится ковшами 3 в проходческую бадью и выдается на поверхность. Дополнительно может быть предусмотрено использование гидравлических молотов. После завершения выемки грунта съемные ковши 3 и/или гидравлические молоты демонтируются, на освободившиеся места монтируются тюбинговые захваты 7, что освобождает рабочее пространство для ведения работ. По ходу движения проходческого комплекса с использованием описанных выше самоходных проходческих полков 5, гидравлических манипуляторов 6 и тюбинговых захватов 7 сооружается тюбинговая крепь. Приведенная на фиг.4 и 5 конструкция манипуляторов 6 обеспечивает точное размещение тюбингов крепи на стене выработки. При этом минимизируются дополнительные ручные работы по прилаживанию тюбингов в составе крепи. Далее описанный цикл работ повторяется.

Таким образом, предложены способ строительства вертикальной выработки и проходческий комплекс для осуществления предложенного способа, которые обеспечат качественное и быстрое строительство вертикальных горных выработок различного назначения.

1. Способ строительства вертикальной выработки включает последовательность операций, выполняемых посредством оборудования, установленного на одном проходческим комплексе:
бурение грунта или горной породы с использованием, по меньшей мере, одного бурового агрегата на манипуляторе;
экскавацию грунта или горной породы с использованием, по меньшей мере, одного съемного ковша, расположенного на гидравлическом манипуляторе;
монтаж тюбинговой крепи с использованием, по меньшей мере, одного съемного тюбингового захвата, располагаемого на упомянутом гидравлическом манипуляторе, и, по меньшей мере, одного самоходного полка проходческого.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, перед началом бурения выполняют проходку, по меньшей мере, одного шпура и соответствующие взрывные работы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что бурение осуществляют в нескольких выделенных радиусах.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что управление работами и/или работы выполняют с площадок операторов и проходческих полков.

5. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что используют манипулятор, выбранный из перечня, включающего телескопический манипулятор и стреловой манипулятор.

6. Проходческий комплекс, выполненный на единой подвижной платформе и включающий:
по меньшей мере, один буровой агрегат на основе гидроперфоратора, размещенный на манипуляторе;
по меньшей мере, три распорных домкрата,
по меньшей мере, один гидравлический манипулятор, оборудованный съемным ковшом экскаватора и съемным тюбинговым захватом,
по меньшей мере, один самоходный полок проходческий, выделенный для работ, связанных с монтажом тюбинговой крепи.

7. Проходческий комплекс по п.6, отличающийся тем, что гидравлический манипулятор оборудован съемным гидравлическим молотом.

8. Проходческий комплекс по п.6, отличающийся тем, что полок проходческий оборудован автономной энергетической установкой.

9. Проходческий комплекс по п.6, отличающийся тем, что количество буровых агрегатов выбрано исходя из бурения в нескольких выделенных радиусах.

10. Проходческий комплекс по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что манипулятор выбран из перечня, включающего телескопический манипулятор и стреловой манипулятор.

11. Проходческий комплекс по любому из пп.6-9, отличающийся тем, что оборудован, по меньшей мере, одной площадкой оператора, соответствующего оборудования.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при строительстве подземных выработок. .

Стволопроходческая машина // 2442897

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к стволопроходческой машине. .

Буровое устройство для проходки шахтных стволов и способ проходки шахтного ствола // 2358107

Проходческий щит // 2150582

Изобретение относится к области подземного строительства, а именно к проходческим щитам, и может быть использовано при строительстве тоннелей различного назначения на участках с различными видами грунта.

Способ проходки неглубоких шахтных стволов // 2098629

Установка для расширения вертикальных камер, выработок и других сооружений // 2020238

Изобретение относится к проходческой технике, в частности к установкам для расширения вертикальных камер, выработок и других сооружений. .

Способ проходки вертикальных шахтных стволов // 1809074

Устройство для проходки вертикальных горных выработок // 1793057

Установка для разметки и направленного бурения вертикальных скважин // 1590551

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к установкам для разметки и бурения вертикальных скважин в подъемных условиях. .

Устройство для проходки вертикальных стволов // 1479654

Изобретение относится к подземному строительству. .

Способ сооружения технологического отхода вертикального шахтного ствола и устройство для осуществления способа // 2539454

Предлагаемое изобретение относится к области горного дела, а именно к способу и устройству для сооружения технологического отхода вертикального шахтного ствола. Технический результат направлен на ускорение проходки технологического отхода от сооружения устья до сооружения крепи технологического отхода. Способ включает монтаж проходческого копра, проходку ствола по меньшей мере одним шахтным миниэкскаватором со сменным гидромолотом. Тюбинговую обделку ствола осуществляют с использованием агрегата, перемещающегося в стволе, причем монтаж тюбингов выполняют с использованием по меньшей мере одного тюбингового гидрозахвата с противовесом, располагаемого на кран-балке, перемещаемой кошками с ручным приводом. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Комплекс для сооружения вертикальных стволов // 2556764

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в шахтном, рудном, горно-химическом и промышленном подземном строительстве в различных горно-геологических условиях. Техническим результатом является повышение эффективности работы устройства путем рационального размещения рабочего оборудования и сокращения сроков проходки, Комплекс включает двухъярусный проходческий полок с механизмом перемещения, каретку, механизм разработки грунта, механизм погрузки грунта и механизм укладки тюбингов. Согласно изобретению снабжен монтажным кольцом, а механизм перемещения проходческого полка выполнен в виде телескопической системы, состоящей из телескопических домкратов, опирающихся на монтажное кольцо. При этом проходческий полок в своей средней части снабжен наружной обоймой и внутренней обоймой и имеет центральный гидродомкрат, цилиндр которого жестко связан с этажом полка, а штоком шарнирно с внутренней обоймой. Причем на внутренней обойме закреплено устройство для размещения механизмов разработки грунта, выполненное в виде поворотного полого цилиндрического колпака, соединенного шарнирно в верхней и нижней частях с внутренней обоймой. На внешней стороне колпака установлены парные проушины для монтажа проходческого оборудования, двигатель вращения с шестерней вращения колпака, которая входит в зацепление с зубчатым колесом, установленным жестко на внутренней обойме, а колпак в нижней части внутренней стороны жестко связан с поддоном, который в центральной части шарнирно связан с внутренней обоймой. Причем поворотное устройство установлено с возможностью перемещения по столу посредством роликов. 6 ил.

Способ сооружения шахтного ствола, стволопроходческий комбайн, породоразрушающий агрегат и устройство для возведения армирующей крепи (варианты) // 2592580

Изобретения относятся к области горного дела, а именно к технологии строительства вертикальных шахтных стволов горных предприятий и горнопроходческому оборудованию для ее осуществления. В способе сооружения шахтного ствола каждый этап разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы осуществляют независимо от этапов сборки и установки армирующей крепи. Разработку забоя и уборку разрушенной породы осуществляют одновременно и раздельно в технологически самостоятельных зонах в течение всего процесса разработки. Между каждым этапом разработки забоя в глубину и уборки разрушенной породы и соответствующим ему этапом сборки и возведения армирующей крепи поддерживают запас хода технологического оборудования в виде разработанного в глубину забоя и/или зазора для формирования последующего шага сборки и возведения армирующей крепи в размере по меньшей мере одного шага возведения армирующей крепи. При этом запас хода технологического оборудования достигается за счет оснащения монтажной рамы опорными домкратами, которые имеют возможность взаимодействовать с забойной рамой. Стволопроходческий комбайн включает смонтированный на забойной раме породоразрушающий агрегат для разработки забоя и погрузки разрушенной породы и расположенное над ним устройство для возведения армирующей крепи, включающее монтажную раму, которая расположена относительно забойной рамы с возможностью сближения в процессе работы, исключающего их физический контакт. В породоразрушающем агрегате забойная рама содержит поворотное основание и в своей нижней части снабжена расположенными по периметру и направленными вниз опорными домкратами с независимыми рабочими приводами. Поворотное основание со стороны, противоположной размещению цапфы с породоразрушающим органом, содержит сквозное окно, оснащенное поворотным кронштейном, на котором закреплен погрузочный орган с ломающейся стрелой и ковшом. Причем вылет стрелы выполнен с возможностью выхода ковша за пределы забойной рамы при любом положении поворотного основании. Поворотный кронштейн погрузочного органа расположен в центре поворотного основания, а породоразрушающий и погрузочный органы выполнены с возможностью вести разработку забоя и уборку разрушенной породы одновременно и раздельно в технологически самостоятельных зонах в течение всего процесса разработки. В первом варианте устройства для возведения армирующей крепи монтажная рама содержит поворотный полок, в средней части которого имеется поворотный кронштейн с закрепленной на нем ломающейся стрелой с оконечником. Причем вылет стрелы выполнен с возможностью выхода оконечника за пределы монтажной рамы при любом положении поворотного кронштейна, при этом монтажная рама в своей нижней части включает расположенные по периметру направленные вниз опорные домкраты, выполненные с возможностью одновременного ступенчатого перемещения, или в своей верхней части включает элементы крепления подвесных канатов тяговых лебедок. Во втором варианте устройства для возведения армирующей крепи монтажная рама имеет стационарный полок и в своей нижней части снабжена расположенными по периметру направленными вниз опорными домкратами. Изобретения увеличивают скорость проходки вертикальных шахтных стволов и стабилизируют качество возведения армирующей (гидроизолирующей) тюбинговой и/или бетонной крепи. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

Стволопроходческий комбайн // 2600807

Изобретение относится к области горного дела, а именно к технологии строительства вертикальных шахтных стволов горных предприятий и горнопроходческому оборудованию для ее осуществления. Технический результат - увеличение надежности работы и скорости проходки комбайном вертикальных шахтных стволов и стабилизация качества возведения армирующей тюбинговой и/или бетонной крепи за счет реализации в технологическом процессе проходки шахтного ствола принципа «параллельности» и за счет совмещения во времени и разделении в пространстве процесса разрушения породы и ее отгрузки. Стволопроходческий комбайн содержит породоразрушающий орган для разработки забоя и орган для погрузки разрушенной породы. Устройство для возведения армирующей крепи включает монтажную раму, в нижней части которой по периметру расположены направленные вниз опорные домкраты с независимыми рабочими приводами, выполненные с возможностью взаимодействия с дном ствола. Со стороны боковой поверхности монтажной рамы расположены направленные в стороны распорные домкраты, выполненные с возможностью взаимодействия со стенкой ствола. При этом породоразрушающий орган для разработки забоя и погрузки разрушенной породы смонтирован на забойной раме, которая связана с монтажной рамой посредством ряда расположенных по ее периметру подвесных домкратов. Причем забойная рама снабжена элементами поступательных кинематических пар для взаимодействия с опорными домкратами монтажной рамы устройства для возведения армирующей крепи, при этом забойная рама расположена относительно монтажной рамы с возможностью сближения в процессе работы, исключающего физический контакт. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Способ возведения металлоконструкций ствола вертикальной горной выработки и армировочный агрегат для осуществления способа // 2601647

Изобретение относится к области горного дела и предназначено для монтажа металлоконструкции ствола вертикальной горной выработки. Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение повышения темпов возведения металлоконструкций ствола вертикальной горной выработки за счет уменьшения веса конструкции и одновременного монтажа ярусов металлоконструкций и проводников. Армировочный агрегат для возведения металлоконструкций ствола вертикальной горной выработки содержит верхний армировочный полок с подвеской на копровых лебедках по полиспастной схеме и нижний армировочный полок с подвеской на коушах. Причем верхний и нижний полки оснащены грузоподъемными устройствами и выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.