Способ управления продвижением бурильной установки и устройство для его осуществления

 

Использование: относится к способу управления продвижением бурильной установки и устройству для его осуществления. Сущность изобретения: способ управления продвижением бурильной установки в грунте или породе, согласно которому бурильную установку непрерывно перемещают посредством силового блока, неподвижно установленного у боковой стенки защитной трубы, к которой прилагается усилие, передают информацию о давлении от исполнительного механизма, приводимого в действие средой, или от датчика давления. Усилие продвижения, создаваемое силовым блоком, регулируют на базе информации о давлении, полученной от исполнительного механизма или от датчика давления, расположенного в бурильной головке бурильной установки. Устройство для управления продвижением бурильной установки включает силовой блок для непрерывного перемещения бурильной установки, неподвижно закрепленный на боковой стенке защитной трубы для передачи к ней усилия, исполнительный механизм, приводимый в действие давлением, или датчик давления для передачи информации о давлении и блок управления. Устройство снабжено линиями передачи давления от исполнительного механизма или датчика давления к блоку управления для регулирования усилия силового блока на основе давления, измеренного в исполнительном механизме и датчике, расположенном в бурильной головке. 2 с. и 7 з. п. ф - лы, 5 ил.

Изобретение относится к способу управления передвижением устройства прокладки туннеля в грунте или породе, посредством которого движение вперед осуществляется благодаря силовой установке через толкание заднего конца бурильного устройства в отверстие туннеля через весь туннель. При прокладке туннеля бурильное устройство может быть оснащено выступами, от задних концов которых осуществляется толкание.

Известна система управления для переднеприводного бурильного устройства, в которой управление приводной силой зависит от момента на бурильном устройстве. Инструмент в бурильной головке срезает переднюю стенку туннеля посредством вращения. Вращательное движение передается к бурильной головке от отверстия туннеля в основном с помощью вращающихся трубок подачи грунта. Момент системы подающей трубы контролируется и при уменьшении момента бурильное устройство подается вперед.

Применяемый способ существует также для обеспечения инструмента в бурильной головке с относительно короткой подачей ее самой, длину которой проходит инструмент, прокладывая туннель, и когда путь подачи подходит к своему концу, инструмент возвращается в начальное положение и, соответственно, все бурильное устройство передвигается вперед. Эта операция известна, например, из публикации Великобритании N 2091316 и патента США N 4167289.

Недостатком способа управления с помощью контроля момента является возрастание момента при прокладке туннеля. Чем дальше продвигается прокладка туннеля, тем больше падает сопротивление вращению, что может быть вызвано, например, подающими трубами, передающими момент. Тем самым, при прокладке туннеля система управления становится нечувствительной к препятствиям инструмента далеких от отверстия туннеля и становится возможна поломка инструмента. В системе, где инструмент оснащен отдельным встроенным движением подачи в бурильной головке, установка инструмента становится сложной и даже система управления должна быть такого типа, который бы определял качество и изменения вперед идущего грунта.

Благодаря способу и устройству, предусматриваемым настоящим изобретением, может быть достигнуто значительное улучшение упомянутых недостатков. С целью применения этого на практике способ по настоящему изобретению отличается тем, что представлено в пункте 1 формулы изобретения, а устройство тем, что представлено в пункте 8 формулы изобретения.

Основным преимуществом настоящего изобретения может рассматриваться то, что непрерывно принимается обратная связь вокруг относительно большой приводной силы в направлении заднего конца приводного силового блока и это воздействует на бурильную головку. Тем самым, приводная сила не может возрасти так, чтобы она могла привести к поломке инструмента. Когда бурильное устройство продвигается по туннелю, инструмент в бурильной головке всегда первым соприкасается с передней стенкой туннеля, а удар вызывает увеличение давления в опорах инструмента, а эта информация используется в изобретении. С помощью устройства в соответствии с изобретением бурильная головка, подающие трубы так же как и защитные трубы /если они применяются/ подаются по всему пути непрерывно, через туннель. Что касается вышеупомянутой публикации, прерывание вызвано, кроме прочего, постепенным толканием защитных труб с целью следования за бурильной головкой, т.к. во время бурения не существует переднего привода защитных труб.

В дальнейшем изобретение описано подробнее со ссылками на прилагаемые чертежи, в которых фиг. 1 бурильная головка, оснащенная двумя инструментами; фиг. 2 приводной силовой блок в рабочем углублении; фиг. 3 бурильная головка с одним инструментом; фиг. 4 бурильное устройство, в котором сила, воздействующая на инструмент обращается к информации о давлении в рабочем углублении; фиг. 5 бурильное устройство, в котором сила, воздействующая на инструмент, обращается к информации о давлении в рабочем углублении.

На фиг. 1 изображено бурильное устройство для прокладки туннеля в породе, оснащенное ударными инструментами 25 и 28. Эти инструменты опираются на цилиндры 24 и 29, приводимые в действие средой, и перемещающиеся в их держателях 23 и 30 параллельно их продольным осям. Тем самым силы, воздействующие на режущие кромки инструмента 26, 27 параллельно продольно оси, определяются как давление в опорных цилиндрах 24, 29. Вращающаяся бурильная головка 19 опирается на ролики 21, поддерживаемые передним концом барабана 29. Посредством вспомогательного барабана 16 кольцо 17 прикреплено к цилиндру переднего конца, который также является опорной поверхностью для ролика 18, который работает в качестве упорного подшипника. В сочетании с этим, роликом, функционирующим как упорный подшипник, или с кольцом, может быть также установлен датчик давления, приводимый в действие средой. Увеличение давления благодаря силам, действующим в направлении буров, может быть определено с помощью этого датчика и передано в рабочее углубление туннеля в качестве информации давления по шлангу 9, опирающемуся на ролики 5, 6, 7 на основании туннеля.

Шланги, которые передают информацию давления могут быть также устроены за спиральным оребрением 2 в передающем барабане 1. Цепи 4 передают кручение от одного передающего барабана к другому.

Для управления бурильной головкой, головка оснащена управляющими цилиндрами 10, прикрепленными посредством соединений 11, 12 к держателям 13 и 14. Противоположный барабан 15 наклонен к рамам 5 роликов. Управляющие цилиндры 10 являются приводными от среды, а давление в цилиндре может быть также определено как увеличение давления в этих цилиндрах. Шланги подвода давления к этим цилиндрам предпочтительно вводятся в рабочее углубление туннеля вдоль роликовых рам.

На фиг. 2 изображена силовая установка 31 в рабочем углублении. Цилиндр оснащен силовым блоком, опирающимся на раму 32. Цилиндр опирается на заднюю стенку углубления пластиной 36. Двигатель 33 вращает подающую трубу с помощью кольцевой части 34 зубчатого колеса в заднем конце подающей трубы. Вся бурильная установка приводится в действие цилиндром при операции бурения, например управляемой с помощью информации давления, полученной от одного из приводов на фиг. 1.

На фиг. 3 изображен цилиндр 46, который работает в качестве упорного подшипника за инструментом 40 в бурильной головке. Инструмент установлен в защитных трубах 39, 43 и оснащен буром 37 с отверстиями 38. Инструмент опирается на ролики 41, а упорный подшипник на ролики 52, 53. Шланг 44 сжатого воздуха и гидравлические шланги 55, 56 подводятся к бурильной головке за оребрением 50 вращающейся подающей трубы 51. Вокруг цилиндра 46 установлено жесткое кольцо 48, оснащенное внутренней канавкой, вдоль которой может непрерывно проходить сжатый воздух и поступать в бурильную головку по трубе 44. Гидравлическое давление подводится к обоим сторонам поршня 47 через отверстия, просверленные в цилиндре 46. Силы, воздействующие на инструмент, могут быть определены как увеличение давления в гидравлическом цилиндре, который работает в качестве упорного подшипника в рабочем углублении.

На фиг. 4 изображена дополнительная рама 73, установленная на каркасе 74 и приводимая в действие фактическим приводным цилиндром 72 в заднем конце вспомогательной рамы. Внутри вспомогательной рамы находится зафиксированное кольцо 68, из которого небольшие цилиндры 67 толкают часть 65, 66 упорного подшипника, который может скользить внутри вспомогательной рамы и участки 64, 61,62, проводящие сжатый воздух. Двигатель вращает с помощью шарнирного вала 69 центральную часть 61, которая установлена с подшипниками для вращения внутри кольцевого участка 64. Внутри защитной трубы 57, которая вводится в туннель, болт 58 вращает подаваемую из туннеля породу 75 или грунт. Одновременно центральная труба 59 болта работает в качестве проводящей трубы сжатого воздуха. Инструмент в бурильной головке вращается и соединяется прямо с центром трубы подающей трубы. Тем самым силы, воздействующие на инструмент, передаются вдоль трубы 59 к упорному подшипнику 66 и далее через него к цилиндрам 67. Фланец 60 вспомогательной рамы 73 передает движущую силу 72 приводного цилиндра 72 к защитной трубе 57, но движущая сила, воздействующая на инструмент должна в этот же момент проходить через цилиндры 67, где имеется возможность получить информацию об их давлении от силы, воздействующей на инструмент.

На фиг. 5 изображен фрагмент бурильного устройства в рабочем углублении, где гидравлический цилиндр работает в качестве упорного подшипника. Приводной цилиндр 85 толкает посредством конечных участков 84,67 вспомогательную раму 77, которая может скользить по каркасу и которая вводит защитную трубу 57 в туннель. Шланги 82, 83 гидравлического давления проходят через пустотелый поршневой шток цилиндра и установлены по обеим сторонам поршня. Цилиндр и центральная часть 76 установлены на подшипниках для вращения внутри кольца 91, оснащенного уплотнениями 92. Блок упорного подшипника может перемещаться внутри вспомогательной рамы, которая опирается на ролики 90. Двигатель 79 вращает через цепь 80 звездочку 81, установленную на поверхности цилиндра, причем силы вращения, действующие на инструмент в бурильной головке, передаются к гидравлическому цилиндру, работающему в качестве упорного подшипника и могут быть определены как увеличение давления в гидравлической системе. К гидравлическому цилиндру, например отрегулированное давление подается через редукционный клапан, в котором увеличение давления в цилиндре 89 приводит к падению заданной величины в регулирующем клапане приводного цилиндра или он останавливает циркуляцию гидравлической жидкости к приводному цилиндру.

Система управления может быть также сконструирована так, чтобы для исполнительных механизмов, определяющих силы, воздействующие на инструмент, было установлено определенное постоянное давление и которое поддерживалось бы посредством регулировки давления в цилиндре. Это наиболее приемлемый способ в случаях, когда бурильная головка оснащена только одним инструментом, осуществляющим вращение.

Настоящее изобретение не ограничивается вариантом, описанном в описании и на чертежах, но оно может быть изменено в пределах прилагаемой формулы изобретения. Информация о давлении, поступающая от инструмента, не обязательно постоянно подводится в рабочее углубление по подводящим шлангам, но может быть использована промежуточная электрическая или акустическая волна, основанная на средствах связи.

Формула изобретения

1. Способ управления продвижением бурильной установки в грунте или породе, согласно которому бурильную установку непрерывно перемещают посредством силового блока, неподвижно установленного у боковой стенки защитной трубы, к которой прилагается усилие, передают информацию о давлении от исполнительного механизма, приводимого в действие средой, или от датчика давления, отличающийся тем, что усилие продвижения, создаваемое силовым блоком, регулируют на базе информации о давлении, полученной от исполнительного механизма или от датчика давления, расположенного в бурильной головке бурильной установки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на основании измеренного падения давления в исполнительном механизме, приводимом в действие средой, или на датчике в бурильной головке бурильной установки увеличивают усилие продвижения на силовом блоке.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что усилие продвижения регулируют в силовом блоке до тех пор, пока давление в исполнительном механизме на датчике давления не достигнет заранее заданного уровня.

4. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что информацию о давлении передают от инструментов в бурильной головке.

5. Способ по пп. 1-3, отличающийся тем, что информацию о давлении передают от средства перемещения или остановки инструмента в бурильной головке.

6. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что информацию о давлении передают от направляющих цилиндров в бурильной головке бурильной установки.

7. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что информацию о давлении передают от исполнительного механизма, используемого как упорный подшипник в бурильное головке, или от передающей давление среды в датчике давления, который измеряет усилие на этом упорном подшипнике.

8. Устройство для управления продвижением бурильной установки в грунте или породе, включающее силовой блок для непрерывного перемещения бурильной установки, неподвижно закрепленный на боковой стенке защитной трубы для передачи к ней усилия, исполнительный механизм, приводимый в действие давлением, или датчик давления для передачи информации о давлении, и блок управления, отличающееся тем, что оно снабжено линиями передачи давления от исполнительного механизма или датчика давления к блоку управления для регулирования усилия силового блока на основе давления, измеренного в исполнительном механизме или датчике, расположенном в бурильной головке.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что средство для восприятия давления расположено в приводимых в действие средой направляющих цилиндрах, прикрепленных к бурильной головке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5