Устройство для бурения шпуров

 

пц8Ю951

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Goes ьоветских

Социалистических

Республии (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 22.01.75 (21) 2104262/22-03 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) М К„з

E 21С 1/10

Iосударственный комитет

СССР до делам изобретений и открытий (53) УДК 622.233,. .62-82 (088.8) 1

1 (I

1 (72) Авторы изобретения А. Н. Казаков, О. А. Байконуров, П. М. Кошуль о, Н.-.А. Тен, и В. К. Вороненко и Н. И. Казаков1:, (71) заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ Ш П УРОВ

Изобретение относится к области горной промышленности и может использоваться для бурения шпуров при проведении горных выработок буровзрывным способом.

Известно устройство для бурения шпуров, включающее бурильную машину с податчиком, направляющую балку, манипулятор с гидроцилиндрами подачи и распора (1).

Это устройство имеет ручное управление перемещением манипулятора и балки податчика в новое положение для бурения следующего шнура.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является устройство, включающее бурильную машину с податчиком, направляющую балку, манипулятор с гидроцилиндрами подачи и распора и систему автоматического управления с гидрораспределителем, цилиндром управления и нагнетательной и выходной гидромагистралями со сливным баком (2).

Однако и при работе этого устройства необходимо ручное управление распределительной и регулирующей аппаратурой, что предусматривает наличие высокой квалификации оператора.

Цель изобретения — обеспечение автоматического обуривания забоя по заданной программе, соответствующей паспорту буэовзрывных работ.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для бурения шпуров, включающем бурильную машину с податчиком, направляющую балку, манипулятор с гидроцилиндрами подачи и распора и систему автоматического управления с гидрораспределителем, цилиндром управления и нагнетательной и выходной гидромагистралями со сливным баком, в нагнетательные

1О магистрали системы автоматического управления включены гидродозаторы с регулируемым объемом, подпоршневые полости которых соединены с силовыми гидроцилиндрами манипулятора через гидрозамок, четырехходовой кран и нагнетательный клапан, а через всасывающий клапан — со сливным баком, причем надпоршневая полость каждого гидродозатора соединена с нагнетательной гидромагистралью через гидрораспределитель и регулируемый дроссель, а гидрораспределитель связан с цилиндром управления, который, в свою очередь, через золотниковый переключатель соединен с гидроцилиндрами подачи и распора.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 — гидравлическая схема автоматической системы управления; на фиг. 3 — гидродозатор в разрезе.

Устройство для бурения шпуров состоит из стрелы 1 манипулятора, прикрепленной

810951

65 задним концом к опорно-поворотному стакану 2, посаженному на опорную стойку 3, которая жестко закреплена к раме 4. На переднем конце стрелы 1 размещена направляющая балка 5 с упором 6, имеющая возможность перемещаться в сторону забоя и распираемая в поверхность забоя посредством гидроцилиндра 7 и поршня, посаженного на шток 8. По направляющей балке 5 гидроцилиндром 9 податчика (фиг. 2) может перемещаться бурильная машина 10. Шток 11 податчика задним концом скреплен с направляющей балкой

5. На общей с бурильной машиной 10 каретке размещен переключатель 12, снабженный золотником 13 с поршнем 14. Шток золотника 13 взаимодействует с подпружиненным упором 15, закрепленным на направляющей балке 5. На заднем конце направляющей балки 5 закреплен переключатель 16, у которого передний конец штока

17 взаимодействует с подпружиненным упором 18, а задний снабжен поршнем 19. На переднем конце стрелы 1 также смонтирован переключатель 20, задний конец штока которого снабжен поршнем 21, а передний взаимодействует с гидроцилиндром 7. Полость 22 гидропривода переключателя 20 постоянно соединена с напорным каналом

23, в который рабочая жидкость под постоянным давлением подается насосом 24.

К напорному каналу 23 подключен гидроаккумулятор 25 и через регулируемый дроссель 26 — гидрораспределитель 27 известной конструкции. К каждому из выходных каналов 28 — 30 гидрораспределителя

27 подключена группа гидродозаторов

31 —:34, 35 —:38, 39 —;42 и подпружиненные клапаны 43, 44. На выходе все подпружиненные клапаны 43, 44 соединены параллельно друг с другом и с управляемым клапаном 45, а через переключатель 16 — с гидроцилиндром 7 распора. Клапан 45 снабжен поршнем 46, жестко соединенным с его золотником 47, удерживаемым в нормальном закрытом положении пружиной 48.

Полости 49 и 50 гидроприводов переключателей 12 и 16 через регулируемый дроссель 51 и обратный клапан 52, а также полость 53 гидроцилиндра 54 гидропривода гидрораспределителя 27 соединены с переключателем 20. Кроме того, переключатели

12, 16 и 20 соединены через сливной канал

55 со сливным баком 56.

Каждый гидродозатор 31 —:42 (см. фиг. 3) представляет собой цилиндр, в котором размещен поршень 57, постоянно отжимаемый пружиной 58. В верхней крышке каждого гидродозатора 31 —:42 предусмотрен регулировочный стержень 59 и патрубок для соединения надпоршневой полости 60 с одним из выходных каналов 28 —:30. Объем меркой полости 61 каждого гидродозатора

31 —:42 может быть изменен соответствующей установкой регулировочного стержня

59. Эта полость через всасывающий клапан 62 соединена со сливным баком 56, а через четырехходовой кран 63 и гидрозамок 64 — с одним из объемных гидроприводов, например, с одним из силовых цилиндров 65 —:68. Вторые полости гидроцилиндров 65 —:68 через гидрозамки 64 и четырехходовые краны 63 соединены со сливным баком 56. Четырехходовые краны 63 служат для изменения направления перемещения подвижных звеньев манипулятора при задании программы обуривания забоя.

Перед работой устройство для бурения шпуров доставляют в забой в транспортном положении и раскрепляют. При этом стрела 1 манипулятора опущена до транспортного упора, направляющая балка 5 с бурильной машиной 10 до конца сдвинуты назад и занимают горизонтальное положение параллельно оси горной выработки.

Бурильная машина 10, золотники переключателей 12, 16 и 20 находятся в крайних задних положениях. При этом золотники переключателей 12, 16 в заднем положении удерживаются фиксаторами, а у переключателя 20 — гидроцилиндрами 7 распора.

Гидрораспределитель 27 находится в исходном положении, при котором ни один из выходных каналов 28 †: 30 не соединен с напорным каналом 23, регулировочные поршни 59 гидродозаторов 31 —:42 установлены в положения, в которых объемы их мерных полостей 61 обеспечивают перемещение каждого подвижного звена манипулятора в положения, заданные для бурения первого второго и т. д. шпура и установку манипулятора в транспортное положение после пробуривания последнего шпура. Все полости и каналы устройства заполнены рабочей жидкостью.

Оператором в устройство подается сжатый воздух из забойного трубопровода, и оно начинает действовать. Насосом 24 с пиевмоприводом рабочая жидкость под давлением подается в напорный канал 23 и из него — в полость 22 переключателя

20 и давит на поршень 21. Но ни поршень

21, ни жестко соединенный с ним золотник переместиться вперед не могут, так как шток золотника уперт в гидроцилиндр 7 распора. Благодаря этому рабочая жидкость под давлением из напорного канала 23 через переключатель 20 поступает в полость

53 гидроцилиндра 54 и через регулируемый дроссель 51 — в полости 49, 50 переключателей 12, 16. Сжимая пружину, рабочая жидкость перемещает поршень гидроцилиндра 54 назад, переставляя гидрораспределитель 27 в первое положение, а поршни

14, 19 и золотники переключателей 12, 16— вперед. В этом положении золотники переключателей 12, 16 удерживаются фиксаторами.

810951

Теперь рабочая жидкость под давлением поступает через регулируемый дроссель 26 и выходной канал 28, а из него — в надпоршневые полости 60 первой группы гидродозаторов 31 —:34. Под действием давления рабочей жидкости, поступающей в надпоршневые полости 60 гидродозаторов

31 —:34, подключенных к выходному каналу

28, поршни 57 этих гидродозаторов сжимают пружины 58 и вытесняют рабочую жидкость из мерных полостей 61 через четырехходовые краны 63 и гидрозамки 64 в соответствующие полости гидроцилиндров

65 —:68. Из вторых полостей этих гидроцилиндров рабочая жидкость вытесняется через гидрозамки 64 и четырехходовые краны 63 по сливному каналу 55 в сливной бак 56.

Площади поршней гидроцилиндров

65 —:68 рассчитаны так, что обеспечивают безусловное перемещение подвижных звеньев манипчлятора в любое задаваемое положение при величине давления в выходных каналах 28 †. .30 гидрораспрелелителя 27, например, рявнОм половине давления. создаваемого в нягнетательном канале 23 насосом 24. Благодаря дросселю 26 давление рабочей жидкости в выходном канале 28 остается пониженным в течение всего времени, пока поршни 57 гилродозаторов

31 —:34, полключенных к выхолному каналу

28, не займут крайнего положения. При этом из их мерных полостей 61 вся рабочая жидкость вытесняется в рабпчие полости силовых гилроцилиндров 65 —.68, а

СтрЕЛа 1 МЯНИПЧЛятора И НаттраВЛяЮтцая балка 5 с бурильной машиной 10 занимают положение, заданное посредством регулировочных стрежней 59 для бурения первого шнчра.

Гидродозаторы 35 †. 4Ð. олк.лтп»енньте к выхолньтм кянялям 29 и 30 и гилооттилтлнлоям 65 — 68, Гоелиттен»ьте с нттми гилоояямкямтт 64 тляплиооттятльт От гилоо»пчятоp R Ч) 34 чгтяттятт»ттттятпттттт ГТОтлч 1 Мятттл»»»тт гоо я и TTQ»11 R ттятптттчтп и ялкч 5 й»отлльтлптл м ятттттттптл ) 0 R TTn.лп тлт тлтле л.ля йчтта»тля»тоттпгп т»п»оя Этп О агтте»ттттяетГя титл»тп кяътл»ьпл гтт»опяямпк 64»ттоттчсКЯРТ PAIn»VTTl Жтллкогть ттЕОРЗ ГРпя ТОЛЬКО тпгття кпгля в ттГгп ттпляяггя оя пттяя жилкОГть TTn IT л ятт лт тлтлем тлз ги лоО лов ятоо я.

ПОГле того кяк Гтоеля 1 мяниттчлятооя и

НягтОЯВЛятотттяя бяЛКя 5 С бЧОИЛЬНОй МаШИной 10 заняли положение. заданное регулиоовочными поршнями 59 для бурения первого шпчра, а порптни 57 гилродозаторов 31 — 34, ттолклю»енных к выходномч канялч 28. зяняли коайнее нижнее положение т Лотттли ЛО VTTnpa1, рясхочя ОабочЕй жидкости из выхолного кяняля 28 нет и потому давление в нем возрястает. Когда .величиня давления рабочей жидкости в выходном канале 28 увеличится до заданного значения, например, до 0,5 величины, создавае.

65 мой насосом 24 в напорном канале 23, открывается подпружиненный клапан 43, подключенный к выходному каналу 28, и рабочая жидкость поступает через переключатель 16 в переднюю полость гидроцилиндра

7 распора.

Под действием давления рабочей жидкости гидроцилиндр 7 распора перемещает вперед скрепленную с ним направляющую балку 5 с размещенной на ней бурильной машиной 10 и упором 6 и распирает ее в поверхность забоя. Теперь давление увеличивается, поршень 46, сжимая пружину 48, смещается вперед, открывает клапан 45, и рабочая жидкость под давлением из напорного канала 23 поступает через переключатель 12 в переднюю полость гидроцилиндра 9 податчика, подавая работающую бурильную машину 10 на забой. Происходит забуривание и бурение шпура на заданную глубину, определяемую местом установки подпружиненного упора 15 на направляющей балке 5, с которым взаимодействует шток золотника 13.

Пуск бурильной машины 10 TTpnTTaaoлится известным подпружиненным кляпаном. »одобным клапану 45, но не показанным на чертеже, одновременно с подачей рабочей жидкости под давлением в гилроцилиндр 7 распора, т. е. она включается в работу до начала движения на забой.

Как только гидроцилиндр 7 распоря переместится вперед на величину хода золотника переключателя 20, этот золотник пол лействием дявления рабочей жидкости на поршень 21 переместится вперед и, отсоединив полости

49, 50 и 53 от напорного канала 23, соелинит их через сливной канал 55 со сливным баком 56. При этом, разжимаясь, прчжина гидропилинлра 54 возвращает его поршень в исходное положение. вытесняя рабочую жилкпгть»еоез пеоеклю»ятель 20 и сливно» кянял 55 в Гливно "т бяк 56.

Перел окон»янием I.vpeTTTTTT шнура на зяляннчю глч иттч ттеоелний конец штока ттеоек.лтпттятеля 12, пеоеметттяясь вместе с бчрильной мяцтиттойт 10, чпирается в подпрчжттттеттньттл v»np 1й. оязмешенный на напояв.ляюшей йялке 5. При дальнейшем перемещении б оильной машины 10 и переключятеля 12 в еоед тточжиня в чпоре 15 сжим я ется полногтью, золотник 13 выводится из зацепления с фиксатором и под лействием рязжимаюшейся прчжины упора

15 перемещается в крайнее заднее положение, в котором чдерживается фиксатором.

При этом рабочая жидкость из полости 50 через обратный клапан 52, переключатель

20 и сливной канал 55 вытесняется в сливной бак 56. .Теперь рабочая жидкость под давлением из перекЛючателя 12 поступает в заднюю полость гидроцилиндра 9 податчика, а его передняя полость через переключатель 1Я соединяется со сливным баком 56, Ярд

810951 действием давления рабочей жидкости гидроцилиндр 9 возвращает бурильную машину 10 и переключатель 12 в исходное (крайнее заднее) положение.

При подходе бурильной машины 10 к крайнему заднему положению установленный на одной площадке с ней подпружиненный упор 18 упирается в передний конец штока переключателя 16. При дальнейшем движении назад пружина упора

18 сжимается на величину хода золотника переключателя и выводит его из зацепления с фиксатором. Под действием разжимающейся пружины упора 18 золотник с поршнем 19 перемещается в крайнее заднее положение, вытесняя рабочую жидкость из полости 49 через обратный клапан 52, переключатель 20 и сливной канал 55 в сливной бак 56. Теперь рабочая жидкость, поступающая под давлением из гидрораспределителя 27 по выходному каналу 28 через подпружиненный клапан 43, переключателем 16 подается в заднюю полость гидроцилиндра 7. Под действием давления рабочей жидкости, поступающей в заднюю полость гидроцилиндра 7 распора, направляющая балка 5 с упорами 6 и 15, бурильной машиной 10 и переключателями 12, 16 возвращаются в исходное (заднее) положение.

При подходе к заднему крайнему положению гидроцилиндр 7 распора взаимодействует со штоком переключателя 20 и, преодолевая силу, создаваемую давлением рабочей жидкости на поршень 21, переставляет золотник переключателя 20 в заднее крайнее положение. При этом рабочая жидкость из полости 22 переключателя 20 вытесняется в напорный канал 23.

После перестановки золотника переключателя 20 в крайнее заднее поло>кенис гидроцилиндром 7 распора рабочая жидкость под давлением из напорного канала 23 через переключатель 20 поступает в полость 53 гидроцилиндра 54 и чере регулируемый дроссель 51 — в полости 49, 50 переключателей 12 и 16. Сжимая пружину, рабочая жидкость перемещает поршень гидроцилиндра 54 назад, переставляет гидрораспределитель 27 во второе заданное положение. При этом выходной канал 28 соединяется через сливной канал 55 со сливным баком 56, подпружиненный клапан 43 закрывается, а выходной канал 29 через регулируемый дроссель 26 соединяется с напорным каналом 23. Под действием пружины 48 клапан 45 перекрывает пеступление рабочей жидкости из напорного канала 23 в переключатель 12, а подобный клапану 45, не показанный на чертеже, клапан перекрывает поступление сжатого воздуха в бурильную машину 10. С небольшим запозданием, величина которого регулируется дросселем 51, под действием давЛеНия поступающей в подоети 49 ц 50 рабо5

65 чей жидкости выводятся из зацепления с фиксатором и перемещаются в крайние передние положения золотники переключателей 12 и 16. При этом сжимается пружина упора 18.

Теперь рабочая жидкость под давлением из выходного канала 29 поступает в гидродозаторы 35 —:38, емкость мерных полостей 61 у которых установлена их регулировочными стержнями 59 так, что после вытеснения заполняющей их рабочей жидкости в гидроцилиндры 65 —:68 обеспечивается перемещение стрелы 1 манипулятора и направляющей балки 5 с бурильной машиной 10 в заданное для бурения второго шпура положение. Так же, как описано выше, вытесненная из мерных полостей

61 гидродозаторов 35 †: 38 рабочая жидкость через четырехходовые краны 63 и гидрозамки 64 поступает в соответствующие полости гидроцилиндров 65 †: 68, и стрела 1, направляющая балка 5 с бурильной машиной 10 устанавливаются в заданное емкостью мерных полостей 61 гидродозаторов 35 †: 38 положение для бурения второго шпура.

В течение всего времени от переключения гидрораспределителем 27 подачи рабочей жидкости под давлением с выходного канала 28 на выходной канал 29, до установки стрелы 1 и направляющей балки 5 с бурильной машиной 10 в новое заданное поло>кение, давление рабочей жидкости в выходном к" íàëå 29 оказывается ниже, чем необходимо для открытия клапана 44. Это достигается выполнением поршней гидроцилиндров 65 —:68 с площадью поперечного сечения, определяемой расчетом с учетом максимальных значений действующих на них нагрузок. Благодаря этому до окончаIIII перемещения всех подвижных звеньев манипулятора рабочая жидкость к переключателю 16 и клапану 45 не поступает.

Когда поршни 57 у всех гидродозаторов

35 †: 38 доходят до упора и расход рабочей жидкости на перемещение подвижных звеньев манипулятора становится равным нулю, давление в выходном канале 29 R03растает, клапан 44 открывается, и рабочая жидкость под давлением через переключатель 16 поступает в переднюю полость гидроцилиндра 7 распора, а задняя полость этого гидроцилиндра через переключатель

16 и сливной канал 55 соединяется со сливным баком 56.

Как описано выше, направляющая балка 5 с размещенными на ней бурильной машиной 10, переключателями 12, 16 и упорами 6, 15 перемещается вперед и распирается в поверхность забоя упором 6. После этого давление в каналах после. кла-. пана 44 возрастает, открывается клапан 45 и рабочая жидкость под давлением из напорного канала 23 поступает через клапан

45, переключатель l2 в переднюю полость

810951

10

20 гидроцилиндра 9 податчика. Одновременно открывается не показанным на чертеже клапаном поступление сжатого воздуха в бурильную машину 10. Далее повторяется в описанном выше порядке подача бурильнои машины 10 на забой, забуривание и пробуривание второго шпура на заданную положением упора 15 глубину, возврат бурильной машины 10 с переключателем

12, а затем и направляющей балки 5 с размещенными на ней бурильной машиной

10, переключателями 12, 16 и упорами 6, 15 в исходное положение и перестановка стрелы 1 манипулятора и направляющей балки 5 в положение, заданное для бурения следующего (третьего) шпура. И это повторяется заданное число раз.

После окончания бурения последнего заданного программой шпура и возврата направляющей балки 5 с бурильной машиной 10, упорами 6, 15 и переключателями

12, 16 в крайнее заднее положение, прекращения не показанным на чертеже клапаном подачи сжатого воздуха в бурильную машину 10 гидрораспределитель 27 соединяет напорный канал 23 с выходными каналом 30, и стрела 1 с направляющей балкой 5 устанавливаются в транспортное положение. С этой целью к выходному каналу 30 подключена только группа гидродозаторов 39 †: 42.

Теперь, после отсоединения от забойного воздухопровода, устройство готово для транспортирования в следующий забой и обуривания его по той же или вновь заданной оператором программе.

Число гидродозаторов, четырехходовых кранов и двусторонних гидрозамков, входящих в каждую группу, подключенную к отдельному выходному каналу гидрораспределителя, на чертеже показано равным четырем условно. Оно должно быть равно числу подвижных звеньев манипулятора.

Число выходных каналов и подключенных к ним групп гидродозаторов с четырехходовыми кранами и двусторонними гидрозамками равно числу шпуров, которые должны быть пробурены устройством. Л это определяется стойкостью буровых коронок, крепостью и абразивностью буримых пород.

Необходимо отметить, что благодаря параллельному подключению входящих в каждую группу гидродозаторов к соответствующему выходному каналу гидрораспределителя все гидроцилиндры 65 —:68 действуют одновременно и потому стрела 1, направляющая балка 5 с бурильной маши25

55 ной 10 перемещается в каждое запрограммированное положение, минуя промежуточные положения, которые возникали бы при поочередной работе гидродозаторов. К тому же такое подключение упрощает схему коммуникаций.

Применение устройства позволяет полностью автоматизировать бурение не только шпуров, но и скважин по предварительно заданной программе и исключить влияние уровня квалификации рабочего на точность заданного расположения шпуров в забое.

Глагодаря применению в предлагаемом устройстве только гидравлики обеспечивается высокая надежность его работы в подземных условиях. При обуривании забоя с применением предлагаемого устройства бурильщик превращается в оператора, наблюдающего за автоматически работающей машиной.

Формула изобретения

Устройство для бурения шпуров, включающее бурильную машину с податчиком, направляющую балку, манипулятор с гидроцилиндрами подачи и распора и систему автоматического управления с гидрораспределителем, цилиндром управления и нагнетательной и выходной гидромагистралями со сливным баком, отличающееся тем, что, с целью автоматического обуривания забоя по заданной программе в соответствии со схемой расположения шпуров, в нагнетательные магистрали системы автоматического управления включены гидродозаторы с регулируемым объемом, подпоршневые полости которых соединены с силовыми гидроцилиндрами манипулятора через гидрозамок, четырехходовой кран и нггнетательный клапан, а через всасывающий клапан — со сливным баком, причем надпоршневая полость каждого гидродозатора соединена с нагнетательной гидромагистралью через гидрораспределитель и регулируемый дроссель, а гидрораспределитель связан с цилиндром управления, который, в свою очередь, через золотниковый переключатель соединен с гидроцилиндрами подачи и распора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ко 145871, кл. E 21С 1/10, 1970.

2. Патент Франции Хо 2099769, кл. Е 21С

11/00, опублик. 22.06.71 (прототип), 810951 бд фиъ Л

Редактор Т. Авдейчик Составитель Б. Перминов Корректоры: В. Нам и А. Степанова

Заказ 1023/12 Изд. № 206 Тираж 634 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2