Вращательно-подающий механизм к устройству для сооружения лучевых дренажных скважин из горных выработок

 

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при устройстве лучевых дренажных скважин при осушении обводненных горных пород в горнодобывающих отраслях промышленности, при строительстве промышленных площадок, дренаже мелиорируемых сельскохозяйственных земель, при добыче нефти и т.п. Для расширения технологических возможностей вращательно-подающего механизма за счет дополнительного использования шнекофильтров меньшего диаметра и осуществления возвратно-поступательного движения шнекофильтров при проведении лучевой дрены, предложен вращательно-подающий механизм, содержащий привод вращения, кинематически связанную с ним шлицевую втулку, шлицы которой входят в соединение со шлицами стакана, жестко-разъемно соединенного с силовым элементом, имеющим на боковых поверхностях открытые пазы, в которых на расстоянии, равном или меньшем его хода, выполнены углубления для входов захватных элементов шнекофильтров. Силовой элемент выполнен цельным, концентрически ему расположены полый поршень-шток и полый цилиндр, образующие между собой герметичную подвижную пару, один из которых жестко связан со шлицевой втулкой, а второй жестко связан со стаканом. 1 ил.

Изобретение относится к области горной промышленности, в частности к устройствам для сооружения лучевых дренажных скважин, и может быть использовано при осушении обводненных горных пород в горнодобывающих отраслях промышленности, при строительстве промышленных площадок, котлованов в строительстве, дренаже мелиорируемых сельскохозяйственных земель, при добыче нефти, природного битума, водоснабжения, бурения взрывных, разведочных, дегазационных, газификационных и других скважин.

Известен вращательно-подающий механизм по авт.св. СССР N 417615, кл. E 21 C 1/00 к устройству для сооружения лучевых дренажных скважин диаметром 50 мм из горных выработок, содержащий привод вращения, кинематически связанную с ним шлицевую втулку, гидроцилиндр двойного действия, корпус которого размещен концентрично шлицевой втулке и имеет шлицы на наружной боковой поверхности, а поршень-шток гидроцилиндра жестко связан с днищем шлицевой втулки.

Недостатком известного механизма является то, что шнекофильтры можно располагать только перед гидроцилиндром, что позволяет использовать шнекофильтры длиной не более 250 мм при диаметре вертикальной скважины 800 мм. При этом увеличиваются затраты на изготовление шнекофильтров из-за малой их длины, уменьшается производительность проведения лучевых дрен из-за необходимости осуществления большого количества технологических операций. Кроме того, данный механизм позволяет подавать шнекофильтры при проведении дрен только вперед. Извлекать шнекофильтры на поверхность или придавать колонне шнекофильтров возвратно-поступательное движение невозможно.

Известен вращательно-подающий механизм к устройству для сооружения лучевых дренажных скважин из горных выработок (патент РФ N 2026481, кл. E 21 B 7/00), включающий кинематически связанный с приводом вращения гидроцилиндр двойного действия с внутренним шлицевым валом, силовым элементом, размещенным концентрично шлицевому валу, связанному с дном гидроцилиндра, шток которого выполнен полым и связан с полым силовым элементом, длина которого превышает длину гидроцилиндра. Внешняя поверхность силового элемента имеет открытые со стороны установки шнекофильтра ступенчатые пазы. Этот механизм позволяет значительно увеличить длину применяемых шнекофильтров, но при диаметре 90 мм и более.

Недостатком этого механизма является то, что он не позволяет сооружать лучевые дренажные скважины менее 90 мм, например 50 мм из-за того, что для передачи силовому элементу крутящего момента внутри него расположен шлицевой вал. Кроме этого, он также не позволяет извлекать забуренные шнекофильтры на поверхность или придавать колонне шнекофильтров возвратно-поступательное движение.

Известен также вращательно-подающий механизм к устройству для сооружения лучевых дренажных скважин из горных выработок (патент РФ N 2021464, E 21 B 7/00), содержащий привод вращения, кинематически связанную с ним шлицевую втулку, стакан, боковая поверхность которого имеет шлицы, входящие в соединение с шлицами шлицевой втулки, полый силовой элемент, длина которого превышает длину гидроцилиндра. Внешняя поверхность силового элемента имеет открытые со стороны установки шнекофильтра ступенчатые пазы. Поршень-шток размещен внутри силового элемента с образованием рабочих полостей прямого и обратного ходов силового элемента. Поршень-шток имеет жесткую связь с шлицевой втулкой.

Данный механизм позволяет увеличить передачу крутящего момента, но не позволяет проводить лучевые дренажные скважины диаметром менее 90 мм, например 50 мм, из-за того, что для придания силовому элементу возвратно-поступательного движения внутри него расположен поршень-шток. Этот механизм также не позволяет извлекать шнекофильтры и придавать колонне шнекофильтров возвратно-поступательное движение.

Таким образом необходимость расположения в силовом элементе поршня-штока или шлицевого вала ведет к увеличению его диаметра, что не позволяет расширить технологические возможности механизмов за счет уменьшения диаметра применяемых шнекофильтров. Выполнение открытых пазов на наружной поверхности силовых элементов не позволяет расширить технологические возможности на осуществление возвратно-поступательного движения колонны шнекофильтров при проведении лучевых дрен или извлечения шнекофильтров на поверхность.

Изобретение направлено на расширение технологических возможностей вращательно-подающего механизма за счет дополнительного использования шнекофильтров меньшего диаметра и осуществления возвратно-поступательного движения шнекофильтров при проведении лучевой дрены.

Это достигается тем, что во вращательно-подающем механизме, содержащем привод вращения, кинематически связанную с ним шлицевую втулку, стакан, боковая поверхность которого имеет шлицы, входящие в соединение со шлицами шлицевой втулки, силовой элемент, на внешней поверхности которого имеются открытые со стороны установки шнекофильтра пазы, согласно предлагаемому решению, концентрически силовому элементу расположены полый поршень-шток и полый цилиндр, образующие между собой герметичную подвижную пару, один из которых жестко связан со шлицевой втулкой, а второй жестко связан со стаканом, при этом силовой элемент жестко-разъемно связан со стаканом и выполнен целым, а в боковых поверхностях его открытых пазов на расстоянии, равном или меньшем его хода, выполнены углубления для входа захватных элементов шнекофильтра.

Сравнение предлагаемого решения с прототипом позволяет выявить наличие новых элементов, а именно: снабжение вращательно-подающего механизма полым поршнем-штоком и полым цилиндром, образующими между собой подвижную и герметичную пару, один из которых жестко связан с шлицевой втулкой, кинематически связанной с приводом вращения, а второй жестко связан со стаканом, который входит в шлицевое соединение с шлицевой втулкой и в жесткую связь с силовым элементом. Это позволяет выполнять силовой элемент цельным и, при необходимости, малого диаметра, так как из него вынесены элементы, придающие ему возвратно-поступательное движение. За счет выполнения жестко-разъемной связи, например, через резьбу силовой элемент является съемным, легко заменяемым, что позволяет расширить технологические возможности механизма за счет использования дополнительно к традиционно применяемым шнекофильтрам, шнекофильтров малого диаметра.

Такое использование возможно за счет изготовления цельных силовых элементов, соответствующих диаметрам шнекофильтров. Это позволяет также увеличить длину используемых шнекофильтров в три раза по сравнению с традиционно применяемыми (авт. св. СССР N 417615). За счет выполнения углублений на боковых поверхностях открытых пазов силового элемента на расстоянии, равном или меньшем его хода, для размещения в них захватных элементов шнекофильтра, получаем возможность осуществления возвратно-поступательного движения колонны шнеко-фильтров при проведении лучевых дрен и при извлечении шнекофильтров на поверхность. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "новизна".

При изучении аналогичных известных решений в данной области техники, признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявлены, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".

Суть изобретения состоит в следующем. В предложенном механизме полый цилиндр и полый поршень-шток расположены концентрично шлицевому элементу, образуя между собой подвижную и герметичную пару. Один из этих элементов (в данном случае, например, поршень-шток) при подаче масла в рабочие полости совершает возвратно-поступательное движение относительно другого, а именно в данном случае цилиндра. Причем неподвижным может быть как цилиндр, так и поршень-шток. Жесткая связь неподвижного элемента (в данном случае цилиндра) с шлицевой втулкой, входящей в кинематическую связь с приводом вращения, и соответственно жесткая связь подвижного элемента (в данном случае поршня-штока) со стаканом, входящим в шлицевое соединение с шлицевой втулкой и в жесткую связь с силовым элементом, позволяет при подаче масла в одну из полостей получать поступательное движение совместно: поршень-шток, стакан и силовой элемент. Вращение силовой элемент получает от привода через концентрически расположенные шлицевую втулку и стакан. Таким образом все элементы, осуществляющие как возратно-поступательное движение, так и передающие крутящий момент, вынесены из силового элемента. Это позволяет выполнять силовой элемент при необходимости малого диаметра, цельным, съемным, так как его жесткая связь со стаканом может осуществляться с помощью шлицевого, резьбового, болтового и других соединений. Выполнение на боковых поверхностях открытых пазов силового элемента углублений на расстоянии, равном или меньшем его хода, для размещения в них захватных элементов шнекофильтра позволяет расширить технологические возможности механизма по осуществлению возвратно-поступательного движения колонны шнекофильтров при проведении лучевых дрен и при извлечении шнекофильтра на поверхность.

На чертеже в качестве примера показан вращательно-подающий механизм к устройству для сооружения лучевых дренажных скважин из горных выработок, содержащий: привод вращения 1, корпус 2, концентрично размещенные шлицевую втулку 3 и полый цилиндр 4, жестко связанные между собой и кинематически с приводом 1; концентрично размещенные жестко связанные между собой полый стакан 5 с наружными шлицами и полый поршень-шток 6, входящие в подвижное и герметичное соединение соответственно с шлицевой втулкой 3 и полым цилиндром 4, образуя подвижную и герметичную пару, передающие вращение от привода с одновременным осуществлением возвратно-поступательного движения за счет подачи масла в образования рабочих полостей прямого 7 и обратного 8 ходов; силовой элемент, выполненный цельным, съемным, жестко связан со стаканом 5. На наружной поверхности силового элемента 9 на боковых поверхностях открытых пазов 10 выполнены углубления 11, расположенные на расстоянии, равном или меньшем его хода, для размещения в них захватных элементов шнекофильтра (не показан).

Элементы 3, 4, 5, 6 вращательно-подающего механизма могут располагаться в другой последовательности, например полый поршень-шток 6 может быть жестко связан с шлицевой втулкой 3, получая при этом только вращательное движение, а полый цилиндр 4 жестко связан со стаканом 5, получая одновременно вращательное и возвратно-поступательное движение.

На чертеже показан в качестве примера один из вариантов соединения (первый вариант). Выбирают варианты соединения в зависимости от габаритов горной выработки. Если, например, имеется отграничения устройства по диаметру, то используют первый вариант соединения этих элементов, приведенный на чертеже. Если имеются ограничения устройства по длине, то используют второй вариант соединения, а именно поршень-шток соединяют со шлицевой втулкой, а цилиндр - со стаканом. Соединение этих элементов может быть выполнено, например, на резьбе, на сварке или изготовлено за одно целое.

Устройство работает следующим образом. Шнекофильтр известным способом устанавливают на наружной поверхности силового элемента 9. При этом захватный элемент шнекофильтра (не показан) входит в углубление 10. Вращательное движение шнекофильтру от привода вращения 1 передается через шлицевую втулку 3, стакан 5 и цельный, съемный, жестко связанный, например, в виде шлицевого соединения со стаканом 5 силовой элемент 9. Поступательное движение придается одновременно с вращением за счет подачи масла в рабочую полость прямого хода 7, при этом силовой элемент 9 совместно со стаканом 5, поршнем-штоком 6 и шнекофильтром (не показан) совершает поступательное движение вперед. После полного забуривания выводят захватный элемент шнекофильтра из углубления 11 за счет обратного вращения привода 1. Затем подают масло в рабочую полость 8 обратного хода, образованную полым цилиндром 4 и полым поршнем-штоком 6. При этом силовой элемент 9 совместно со стаканом 5 и поршнем-штоком 6 возвращается в исходное положение. И так до полного сооружения дрены. При сооружении дренажных скважин других диаметров осуществляют замену силового элемента на силовой элемент с диаметром, соответствующим необходимому диаметру шнекофильтра. Возвратно-поступательное движение колонне шнекофильтров осуществляют подачей масла в рабочие полости 7 и 8 при нахождении захватных элементов шнекофильтра (не показан) в углублениях 11. При извлечении шнекофильтров на поверхность колонну шнекофильтров подают в горную выработку на величину (длину) крайнего шнекофильтра. Операции извлечения осуществляют в последовательности обратной забуриванию. Затем проводят демонтаж шнекофильтра и извлечение его на поверхность известным способом (см. например, патент РФ N 2027841).

Таким образом предлагаемое решение позволяет расширить технологические возможности вращательно-подающего механизма за счет уменьшения диаметра применяемых шнекофильтров и осуществить возвратно-поступательное движение шнекофильтров при проведении лучевой дрены.

Формула изобретения

Вращательно-подающий механизм к устройству для сооружения лучевых дренажных скважин из горных выработок, содержащий привод вращения, кинематически связанную с ним шлицевую втулку, стакан, боковая поверхность которого имеет шлицы, входящие в соединение со шлицами шлицевой втулки, силовой элемент, на внешней поверхности которого имеются открытые со стороны установки шнекофильтра пазы, отличающийся тем, что концентрически силовому элементу расположены полый поршень-шток и полый цилиндр, образующие между собой герметичную подвижную пару, один из которых жестко связан со шлицевой втулкой, а второй жестко связан со стаканом, при этом силовой элемент жестко-разъемно связан со стаканом и выполнен цельным, а в боковых поверхностях его открытых пазов на расстоянии равном или меньшем его хода выполнены углубления для входа захватных элементов шнекофильтра.

РИСУНКИ

Рисунок 1