Результат интеллектуальной деятельности: Тренажер глазомерного определения положения буровой штанги относительно забоя

Изобретение относится к горному делу и предназначено для определения пространственного положения взрывных шпуров.

Известно устройство для определения направления шпуров, содержащее основание, шарнир и установленную на основании угломерную шкалу (А.с. СССР №667670, МПК Е21В 47/02, 1979 г.).

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет определять пространственные углы заложения шпуров относительно плоскости забоя.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, состоящее из имитатора буровой машины, включающего буровой молоток с буровой штангой, выполненной телескопической с возможностью соединения с шаровой пятой шарового шарнира, закрепленного на плоскости забоя, присоединенной к буровому молотку шарнирно телескопической опоры, соединенной с основанием, размещенного на верхней площадке бурового молотка параллельно его оси угломера, снабженного угломерной шкалой в виде полукруга со стрелкой, а также указателя горизонтальных углов (Патент РФ №2560762, МПК Е21В 47/02, 2015 г.).

Основным недостатком данного устройства является сложность конструкции, связанная с изготовлением указателя горизонтальных углов в виде дугообразной пластины.

Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства.

Поставленная задача достигается тем, что тренажер глазомерного определения положения буровой штанги относительно забоя состоит из имитатора буровой машины, включающего буровой молоток с буровой штангой, выполненной телескопической с возможностью соединения с шаровой пятой шарового шарнира, закрепленного на плоскости забоя, присоединенной к буровому молотку шарнирно телескопической опоры, соединенной с основанием, размещенного на верхней площадке бурового молотка параллельно его оси угломера, снабженного угломерной шкалой в виде полукруга со стрелкой, а также указателя горизонтальных углов с расположенной на нем линейной угловой шкалой, при этом тренажер дополнительно снабжен закрепленным на буровом молотке по его продольной оси держателем, а также размещенным на плоскости забоя репером, причем репер и держатель взаимосвязаны с указателем горизонтальных углов, а линейная угловая шкала проградуирована по формуле

где β - значение горизонтального угла наклона штанги к плоскости забоя, град.; L_β - длина от держателя до репера, соответствующая углу наклона штанги к плоскости забоя (β); L_шт - длина от шарового шарнира до держателя; L_p - длина от шарового шарнира до репера.

Кроме того, указатель горизонтальных углов выполнен в виде гибкой линейки, снабженной механизмом скручивания.

Упрощение конструкции устройства связано с использованием указателя горизонтальных углов, выполненного в виде гибкой линейки, снабженной механизмом скручивания.

Выполнение указателя горизонтальных углов в виде гибкой линейки, снабженной механизмом скручивания, позволяет свободно перемещать буровую машину относительно плоскости забоя, при этом гибкая линейка вытягивается или сматывается механизмом скручивания. За счет натяжения механизмом самоскручивания не допускается провисание гибкой линейки, чем обеспечивается точность измерения горизонтальных углов наклона буровой штанги к плоскости забоя.

По линейной угловой шкале, нанесенной на гибкую линейку, устанавливается численное значение горизонтального угла наклона буровой штанги к плоскости забоя.

Расчет угловых отметок угловой шкалы по приведенной формуле позволяет осуществить разметку шкалы с учетом длины применяемой при бурении шпуров буровой штанги.

Наличие держателя, расположенного на буровом молотке по его продольной оси, а также репера, закрепленного на плоскости забоя, позволяет с минимальной трудоемкостью расположить указатель горизонтальных углов между плоскостью забоя и буровой машиной, что обеспечивает определение угла наклона положения буровой штанги относительно забоя.

Расположение держателя на буровом молотке по его продольной оси позволяет произвести измерение расстояния от держателя до шарового шарнира, что обеспечивает возможность произвести расчеты углов наклона положения буровой штанги по приведенной формуле.

В качестве указателя горизонтальных углов в виде гибкой линейки, снабженной механизмом скручивания, можно использовать, например, самоскручивающуюся рулетку, имеющую гибкую линейку и механизм скручивания, что упрощает конструкцию устройства. На гибкой линейке размещается линейная угловая шкала, а механизм скручивания обеспечивает натяжение гибкой линейки.

Устройство поясняется чертежами. На фиг. 1 и 2 показан общий вид устройства; на фиг. 3 - вид устройства сверху; на фиг. 4 и показано соединение указателя горизонтальных углов с репером и держателем; на фиг. 5 - размещение и соединение угломера на буровом молотке; на фиг. 6 приведена расчетная схема работы устройства; на фиг. 7 приведена расчетная схема работы устройства при наличии информационного окна при использовании в качестве указателя горизонтальных углов самоскручивающей рулетки. На фиг.8 - вывод формулы L_β.

Устройство содержит шаровой шарнир 1, к которому прикреплена телескопическая буровая штанга 2, соединенная с буровым молотком 3. К нижней плоскости бурового молотка 3 с помощью шарнира 4 присоединена телескопическая опора 5, которая жестко под прямым углом соединена с основанием 6. На буровом молотке 3 параллельно его оси закреплен угломер 7, снабженный стрелкой 8. Также на буровом молотке 3 по его оси закреплен держатель 9. К держателю 9 присоединен указатель горизонтальных углов, выполненный в виде гибкой линейки 10, на которой размещена линейная угловая шкала 11. Другим концом указатель горизонтальных углов 10 соединен с репером 12.

Наличие основания 6 обеспечивает устойчивость буровой машины.

Закрепление элементов устройства можно осуществить, например, с помощью угломера 7 на буровой машине фиксатором 13, штока телескопической штанги 2 стопором 14, штока телескопической опоры 5 зажимом 15.

В качестве указателя горизонтальных углов может быть принята самоскручивающаяся рулетка 16, имеющая информационное окно 17 и снабженная гибкой линейкой 10, на которой размещена угловая шкала 11, а также механизмом скручивания, обеспечивающим натяжение гибкой линейки.

Выполнение репера 12 возможно, например, в форме крюка, а держателя 9 в форме, например, стержня. Соединение гибкой линейки 10 с держателем 9 можно осуществить посредством, например, карабина 18. Тем самым обеспечивается как свободный поворот карабина вокруг держателя, так и соосность оси гибкой линейки 1 с осями держателя 9 и репера 12. Этим достигается высокая точность определения углов наклона буровой штанги 2 относительно забоя по линейной угловой шкале 11, расположенной на гибкой линейке 10.

Соединение опоры 5 с буровым молотком 3 посредством шарнира 4 обеспечивает вертикальность опоры при перемещении буровой машины, а также при изменении высоты опоры. Конечное положение опоры 5 фиксируется зажимом 15.

Закрепление репера 12 на плоскости забоя 19 возможно, например, в коротком шпуре с фиксацией клином.

При использовании в качестве указателя углов самоскручивающей рулетки необходимо, при разметке линейной угловой шкалы, учитывать место расположения информационного окна 17 на рулетке 1 6, в котором считывается значение углов наклона положения буровой штанги 2 относительно забоя по линейной угловой шкале 11. В этом случае расчет длины отрезка на линейной угловой шкале, соответствующей углу наклона штанги к плоскости забоя (β), осуществляется по формуле

где L_βл - длина отрезка на линейной угловой шкале, соответствующая углу наклона штанги к плоскости забоя (β); L_β - длина от держателя до репера, соответствующая углу наклона штанги к плоскости забоя (β); L_дл - длина от держателя до информационного окна, указывающего значение угла наклона штанги к плоскости забоя (β).

Работа тренажера осуществляется следующим образом.

На плоскости забоя 19 в соответствии с паспортным расположением шпуров, например врубовых шпуров, закрепляются шаровые шарниры 1. В забое устанавливается имитатор буровой машины, например переносного перфоратора, состоящего из бурового молотка 3, телескопической буровой штанги 2, телескопической опоры 5, снабженной основанием 6, на которую опирается буровая машина.

Выдвижной шток буровой штанги 2 соединяется с шаровой пятой шарового шарнира 1, закрепленного на плоскости забоя 19. Выдвижением штока буровой штанги 2 устанавливается и фиксируется стопором 14 проектная длина буровой штанги (L_шт), на которую выполнен расчет угловой шкалы 11. Выдвижением штока телескопической опоры 5 буровая машина устанавливается в горизонтальном положении и фиксируется зажимом 15 опоры, при этом стрелка 8 угломера 7, закрепленного на буровом молотке 3 фиксатором 13, указывает значение угла 90° - буровая штанга 2 находится в горизонтальном положении.

Далее на плоскости забоя 19, на расстоянии (L_p) от шарового шарнира 1, принятом для расчета угловой шкалы 11, закрепляют репер 12, например, в форме крюка известным способом, например размещением его в коротком шпуре с фиксацией клином.

Затем к закрепленному на буровом молотке 3 держателю 9, выполненному, например, в форме стержня, посредством, например, карабина 18 присоединяется указатель горизонтальных углов, в качестве которого принята, например, самоскручивающаяся рулетка 16, снабженная гибкой линейкой 10, на которой размещена угловая шкала 11. Гибкая линейка 10 соединяется с репером 12, расположенным на плоскости забоя 19.

Тренажер подготовлен к работе.

Далее бурильщик перемещает буровую машину относительно плоскости забоя, пока в информационном окне 17 самоскручивающей рулетки 16 не появится на угловой шкале 11 искомое значение угла заложения забуриваемого шпура в горизонтальной плоскости, равное углу наклона буровой штанги к плоскости забоя (β). Бурильщик глазомерно фиксирует положение буровой машины в горизонтальной плоскости относительно забоя при данном угле наклона буровой штанги 2 к плоскости забоя 19.

Для определения угла наклона шпура в вертикальной плоскости ослабляется зажим 15 телескопической опоры 5, буровая машина опускается вниз или поднимается вверх до положения проектного угла наклона шпура в вертикальной плоскости, устанавливаемого по стрелке 8 угломера 7. При этом шток телескопической опоры 5 вдвигается или выдвигается из цилиндра опоры. Соединение опоры 5 с буровым молотком 3 посредством шарнира 4 обеспечивает вертикальность опоры при изменении ее длины. Конечное положение опоры фиксируется зажимом 15. Бурильщик глазомерно фиксирует положение буровой машины в вертикальной плоскости относительно забоя при данном угле наклона.

Устойчивость буровой машины при осуществлении перечисленных выше работ обеспечивается наличием основания 6.

Контроль навыков глазомерного пространственного ориентирования бурильщиком буровой машины может быть осуществлен следующим образом.

Бурильщик, при закрытом информационном окне, глазомерно ориентирует буровую машину по значению заданного угла заложения шпура в горизонтальной относительно плоскости забоя, выполняя действия, перечисленные выше. После этого по угловой шкале 11 устанавливают фактическое значение угла наклона угла заложения шпура (буровой штанги) в горизонтальной плоскости (β).

Такими же действиями, при, например, снятой стрелке 8 угломера 7, изменяется положение машины в вертикальной плоскости, а затем по стрелке 8 по угломеру 7 устанавливается фактическое значение угла наклона буровой штанги 2 в вертикальной плоскости.

Конструктивные размеры тренажера и продолжительность работы с ним определяются экспериментально.

Использование предлагаемого устройства позволяет осуществить обучение бурильщиков глазомерному ориентированию буровой штанги в горизонтальной и вертикальной плоскостях по заданным углам наклона относительно плоскости забоя.

Упрощение конструкции устройства связано с применением в устройстве указателя горизонтальных углов, выполненного в виде гибкой линейки с размещенной на ней линейной угловой шкалой.