Способ циклической проходки вертикальных стволов шахт и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к горной технике, а именно к проходческим механизмам, может быть использована для прокладки вертикальных стволов шахт. Технический результат направлен на повышение скорости проходки ствола при сохранении прочностных характеристик приконтурного массива. Способ включает обуривание массива породы с использованием колонкового бура, установку постоянной крепи. При этом привод бура размещают на проходческом полку. Породу внутри корпуса бура в каждой заходке перед подъемом разрушают буро-взрывным способом, для чего корпус бура отсоединяют от буровой колонны, которую удаляют на безопасное расстояние. После проветривания призабойного пространства отбитую породу грейферным или ковшовым погрузчиком, связанным с проходческим полком и распираемым в несущие элементы постоянной крепи ствола, загружают в подъемную бадью и извлекают ее на поверхность. После чего посредством шарнирно установленных консольных штанг соединяют бур с буровой колонной. Устройство, в котором бур выполнен с возможностью отсоединения его корпуса от буровой колонны, для чего ее концевая часть снабжена шарнирно установленными консольными штангами. Концевая часть штанги выполнена с запирающим хвостовиком, входящим в зацепление с фиксирующей обоймой, жестко закрепленной на корпусе бура. Консольные штанги буровой колонны связаны с ней подъемными гидроцилиндрами. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретения относятся к горной технике, а именно к проходческим механизмам, и могут быть использованы для проходки вертикальных стволов шахт.

Известно устройство для проходки вертикальных стволов, содержащее цилиндрический корпус, гидроцилиндры передвижения, расположенные по диаметру, установленное в нижней части опалубки фрезерное приспособление для разработки грунта, имеющее осевую подачу и привод вращения, а также средство для вывозки грунта и подачи бетона (RU, №2143560, С1, 1999).

Недостатками известного решения являются низкая скорость проходки и недостаточная надежность механизма.

Наиболее близким к заявленным «способу» и «устройству» как объектам изобретения является техническое решение (Кудряков М.Н. и др. Бурение шахтного ствола установкой УКБ-3,6, М., ЦНИИуголь, 1959, с.7-17, рис.3, 4, с. 69-72), откуда известен способ циклической проходки вертикальных стволов шахт, включающий сооружение вышки с талевой системой и буровой лебедкой, обуривание массива породы заходками в пределах проектного контура с использованием колонкового бура с трубчатым корпусом, подрезку выбуренного керна посредством взрывных работ и подъем его на поверхность, установку постоянной тюбинговой или кольцевой крепи по мере выемки породы очередной заходки и бетонирование закрепного пространства.

Реализация известного способа осуществляется посредством расположенного на поверхности привода вращения, связанного с цилиндрическим буром с шарошками посредством буровой колонны, приспособление для экскавации выбуренного керна на поверхность (см. Кудряков М.Н. и др. Бурение... с.7-17, рис.3, 4).

Недостатком известного решения является низкая скорость проходки, обусловленная необходимостью подрезания и извлечения керна на поверхность. При этом приконтурный массив пород повреждается взрывными работами при подрезке керна.

Заявленные изобретения направлены на повышение скорости проходки ствола при сохранении прочностных характеристик приконтурного массива.

Данный технический результат в части «способа» достигается тем, что в способе циклической проходки вертикальных стволов шахт, включающем обуривание массива породы заходками в пределах проектного контура с использованием колонкового бура с трубчатым корпусом и подъем ее на поверхность, установку постоянной тюбинговой или кольцевой крепи по мере выемки породы очередной заходки и бетонирование закрепного пространства, привод бура размещают на проходческом полке, перемещаемым по мере углубления ствола, породу внутри корпуса бура в каждой заходке перед подъемом разрушают буро-взрывным способом, для чего корпус бура отсоединяют от буровой колонны, которую удаляют на безопасное расстояние, а после проветривания призабойного пространства отбитую породу грейферным или ковшовым погрузчиком, связанным с проходческим полком и распираемым в несущие элементы постоянной крепи ствола, загружают в подъемную бадью и извлекают ее на поверхность, после чего посредством шарнирно установленных консольных штанг соединяют бур с буровой колонной.

Породы предварительно внутри проектного контура ствола замораживают.

Погрузку отбитой породы и обуривание породы очередной заходки ведут одновременно с бетонированием закрепного пространства предыдущей заходки.

К буровой колонне прикладывают осевое усилие посредством гидравлических домкратов, взаимодействующих с конструктивными элементами проходческого полка.

В части «устройства» как объекта изобретения достижение технического результата достигается тем, что в устройстве для циклической проходки вертикальных стволов шахт, включающем привод вращения, связанный с цилиндрическим буром с породоразрушающими инструментами посредством буровой колонны, приспособление для экскавации извлекаемой породы, привод вращения установлен на проходческом полке, выполненном с возможностью закрепления на участке постоянной крепи ствола и перемещения вдоль его продольной оси по мере углубления ствола, в настиле полка выполнены технологические отверстия для пропуска бадьи с раздробленной породой, бур выполнен с возможностью отсоединения его корпуса от буровой колонны, для чего ее концевая часть снабжена шарнирно установленными консольными штангами, концевая часть штанги выполнена с запирающим хвостовиком, входящим в зацепление с фиксирующей обоймой, жестко закрепленной на корпусе бура, приспособление для экскавации извлекаемой породы выполнено в виде грейферного или ковшового погрузчика, привод которого установлен с возможностью перемещения по прикрепленной к полку направляющей опоре.

Консольные штанги буровой колонны связаны с ней подъемными гидроцилиндрами.

Проходческий полок выполнен многоярусным.

Поскольку из известных источников информации не известен прием использования корпуса бура в качестве экрана, защищающего приконтурный массив пород от действия взрыва, а также временной крепи при экскавации отбитой горной массы, предложенное техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлен комплекс проходки ствола, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел крепления корпуса бура к буровой колонне; на фиг.4 - узел А фиг.3.

Комплекс проходки вертикального ствола шахты содержит колонковый бур с цилиндрическим корпусом 1, на рабочем торце которого установлены шарошечные породоразрушающие инструменты 2.

Привод 3 вращения связан с корпусом 1 бура буровой колонной 4 посредством консольных штанг 5, закрепленных на колонне 4 шарнирным соединением 6. Концевые части штанг 5 снабжены запирающим хвостовиком 7, который размещается в полости фиксирующей обоймы 8, жестко закрепленной на внутренней стенке корпуса 1 бура. Запирающий хвостовик 7 фиксируется в обойме 8 запирающей планкой 9 при помощи болтового соединения, причем она устанавливается, когда необходимо поднять бур 1 для замены изношенных шарошек 2.

Привод 3 вращения установлен на настиле проходческого полка 10, который опирается на опорное кольцо 11 и распирается в установленную ранее тюбинговую или кольцевую крепь ствола.

Подъем и опускание штанг 5 осуществляется подъемными гидравлическими домкратами 12.

Усилие на забой осуществляется гидравлическими домкратами 13, взаимодействующими с настилом проходческого полка 10. Проходческий полок 10 может иметь несколько размещенных друг над другом настилов (ярусов), предназначенных для размещения на них необходимого технологического оборудования и персонала.

К корпусу полка 10 крепится грейферный 14 или ковшовый (не показан) погрузчик, привод 15 которого установлен с возможностью перемещения по прикрепленной к полку направляющей опоре 16, например, в виде монорельса. Направляющая опора 16 привода 15 может быть выполнена кольцевой или прямолинейной, расположенной по диаметру ствола.

В настилах полка 10 выполнены технологические отверстия (не показаны), предназначенные для пропуска через них бадьи для подъема разрушенной породы, погрузчика, персонала и т.д.

Способ проходки вертикального ствола реализуют следующим образом.

В процессе обуривания массива пород в границах очередной заходки вращательное усилие к буру передается от привода 3 через буровую колонну 4 и консольные штанги 5, взаимодействующие с обоймами 8 корпуса 1 бура. Осевая нагрузка на породоразрушающие элементы 2 бура складывается из суммарного веса буровой колонны 4, корпуса 1 бура и усилия домкратов 13.

После обуривания массива пород в границах очередной заходки при помощи бура с цилиндрическим корпусом 1 осуществляют его отсоединение от буровой колонны 4 путем отъединения запирающих планок 9 от обойм 8 и извлечения из их полостей запирающих хвостовиков 7 консольных штанг 5.

При помощи домкратов 12 в шарнирах 6 поворачивают штанги 5, прижимая их к поверхности буровой колонны 4, после чего домкратами 13 или иными средствами буровую колонну 4 поднимают па безопасное расстояние, обеспечивающее сохранность концевой ее части от воздействия взрывных работ. Затем осуществляют бурение шпуров в отсеченных от вмещающего массива пород в пределах контура очередной заходки и их взрывное разрушение.

После проведения буровзрывных работ и проветривания забоя в забойное пространство доставляют проходческую бадью (не показана) и погрузчик, например, грейферный, и с их помощью осуществляют удаление из забоя разрушенной породы, после чего посредством шарнирно установленных консольных штанг 5 соединяют корпус 1 бура с буровой колонной 4, размещая их хвостовик 7 в обоймах 8 с фиксацией запирающей планкой 9.

Установку постоянной крепи (кольцевой или тюбинговой) ствола ведут одновременно с обуриванием пород в пределах контура очередной заходки, а подачу бетона в закрепное пространство между секциями тюбинга или кольцевой крени и контуром ствола - одновременно с бурением шпуров.

В случае ведения проходческих работ в слабых и/или обводненных породах, их предварительно замораживают.

1. Способ циклической проходки вертикальных стволов шахт, включающий обуривание массива породы заходками в пределах проектного контура с использованием колонкового бура с трубчатым корпусом и подъем ее на поверхность, установку постоянной тюбинговой или кольцевой крепи по мере выемки породы очередной заходки и бетонирование закрепного пространства, отличающийся тем, что привод бура размещают на проходческом полке, перемещаемым по мере углубления ствола, породу внутри корпуса бура в каждой заходке перед подъемом разрушают буро-взрывным способом, для чего корпус бура отсоединяют от буровой колонны, которую удаляют на безопасное расстояние, а после проветривания призабойного пространства отбитую породу грейферным или ковшовым погрузчиком, связанным с проходческим полком и распираемым в несущие элементы постоянной крепи ствола, загружают в подъемную бадью и извлекают ее на поверхность, после чего посредством шарнирно установленных консольных штанг соединяют бур с буровой колонной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что породы предварительно внутри проектного контура ствола замораживают.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что погрузку отбитой породы и обуривание породы очередной заходки ведут одновременно с бетонированием закрепного пространства предыдущей заходки.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что к буровой колонне прикладывают осевое усилие посредством гидравлических домкратов, взаимодействующих с конструктивными элементами проходческого полка.

5. Устройство для циклической проходки вертикальных стволов шахт, включающее привод вращения, связанный с цилиндрическим буром с породоразрушающими инструментами посредством буровой колонны, приспособление для экскавации извлекаемой породы, отличающееся тем, что привод вращения установлен на проходческом полке, выполненном с возможностью закрепления на участке постоянной крепи ствола и перемещения вдоль его продольной оси по мере углубления ствола, в настиле полка выполнены технологические отверстия для пропуска бадьи с раздробленной породой, бур выполнен с возможностью отсоединения его корпуса от буровой колонны, для чего ее концевая часть снабжена шарнирно установленными консольными штангами, концевая часть штанги выполнена с запирающим хвостовиком, входящим в зацепление с фиксирующей обоймой, жестко закрепленной на корпусе бура, приспособление для экскавации извлекаемой породы выполнено в виде грейферного или ковшового погрузчика, привод которого установлен с возможностью перемещения по прикрепленной к полку направляющей опоре.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что консольные штанги буровой колонны связаны с ней подъемными гидроцилиндрами.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что проходческий полок выполнен многоярусным.