Результат интеллектуальной деятельности: Тренажер глазомерного определения направления забуриваемых шпуров относительно плоскости 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 E21B 47/02, 1979 г.).

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет определять углы заложения шпуров в горизонтальной плоскости.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство, содержащее выполненную в виде дуги пластину с угловой шкалой, имитатор буровой машины, включающий буровой молоток с буровой штангой, выполненной телескопической с возможностью соединения с шаровой пятой шарового шарнира, закрепленного на плоскости забоя, присоединенную к буровому молотку шарнирно телескопическую опору, соединенную с основанием, а также источник света, соединенный с буровым молотком, при этом оси источника света, бурового молотка, буровой штанги и шарового шарнира расположены в одной вертикальной плоскости (Патент РФ №2560762, МПК E21B 47/02, 2015 г.).

Однако данное устройство недостаточно точно в определении углов заложения шпуров в вертикальной плоскости.

Другим недостатком устройства является сложность работы при определении углов наклона шпуров в вертикальной плоскости.

Задачей изобретения является повышение точности при определении углов заложения шпуров в вертикальной плоскости, а также снижение трудоемкости работы при обучении бурильщиков навыкам глазомерного определения направления бурения шпуров.

Достигается это тем, что тренажер глазомерного определения направления забуриваемых шпуров относительно плоскости забоя, состоящий из пластины в виде дуги с расположенной на ней угловой шкалой, имитатора буровой машины, включающего буровой молоток с телескопической опорой, телескопическую буровую штангу, выполненную с возможностью соединения с шаровой пятой шарового шарнира, закрепленного на плоскости забоя, а также источника света, соединенного с буровым молотком, при расположении в одной вертикальной плоскости оси источника света, бурового молотка, буровой штанги и шарового шарнира, согласно техническому решению источник света расположен соосно с буровой штангой, пластина оснащена телескопическими стойками, состоящими из цилиндров со штоками, с размещенными на штоках метрическими линейками, а также на пластине размещена угломерная шкала, проградуированная по формуле:

где L_α - длина отрезка угломерной шкалы, отмеряемой от отметки 90° на угломерной шкале, соответствующая величине угла наклона забуриваемого шпура в вертикальной плоскости α;

R - величина радиуса дуги угломерной шкалы, равная расстоянию расположения пластины от шарового шарнира;

α - величина угла забуриваемого шпура в вертикальной плоскости, град;

при этом угловая шкала проградуирована по формуле:

где L_β - длина дуги, отмеряемая от отметки 90° на угловой шкале, соответствующая величине угла наклона забуриваемого шпура в горизонтальной плоскости β;

R - величина радиуса дуги угловой шкалы, равная расстоянию расположения пластины от шарового шарнира;

β - величина угла забуриваемого шпура в горизонтальной плоскости, град.,

при этом отметка 90° на угломерной шкале и ось шарового шарнира расположены в одной горизонтальной плоскости, а отметка 90° на угловой шкале и ось шарового шарнира - в одной вертикальной плоскости.

Предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность измерения углов заложения шпуров в вертикальной плоскости, а также снижение трудоемкости работ при обучении бурильщиков навыкам глазомерного определения направления бурения шпуров.

Расположение угломерной шкалы на пластине позволяет устанавливать численное значения угла заложения шпура в вертикальной плоскости по точке, указанной световым лучом на угломерной шкале. При этом угломерная шкала находится на значительном расстоянии от плоскости забоя, что обеспечивает большую длину цены деления градусной сетки на шкале. Это повышает точность измерения данного угла по отношению к прототипу.

Трудоемкость обучения бурильщиков навыкам глазомерного определения направления бурения шпуров снижается за счет того, что значения углов заложения шпуров в горизонтальной и вертикальной плоскостях устанавливаются одновременно по точке, указанной лучом источника света на угломерной и угловой шкалах, расположенных на пластине.

Расчет угломерной и угловой шкалы по приведенным формулам позволяет перевести соответствующие углам наклона шпура к плоскости забоя линейные величины в угловые отметки на шкалах.

Расположение источника света соосно с буровой штангой, отметки 90° на угломерной шкале и оси шарового шарнира в одной горизонтальной плоскости, а отметки 90° на угловой шкале и оси шарового шарнира в одной вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости забоя, позволяют обеспечить высокую точность измерения углов и получить численное значения угла заложения шпура в вертикальной плоскости по точке, указанной световым лучом на угломерной шкале.

Снабжение пластины телескопическими стойками, состоящими из цилиндров со штоками, с размещенными на штоках метрическими линейками, позволяет путем поднятия или опускания пластины относительно почвы забоя расположить отметку 90° угломерной шкалы на высоте шарового шарнира 3.

Углы наклона забуренных шпуров к плоскости забоя принимаются острыми, не более 90 градусов.

Поэтому при значениях горизонтального угла β более 90 градусов значение такого угла, указываемого на угловой шкале 9, рассчитывается по формуле:

где β' - значение угла, указываемого на угловой шкале при значениях угла β более 90 градусов.

Шпуры, пробуренные с наклоном к плоскости забоя в направлении вверх, принято считать восходящими шпурами и обозначать со знаком «плюс». Соответственно на угломерной шкале 10 такие углы обозначены как (+α). Шпуры, пробуренные с наклоном к плоскости забоя в направлении вниз, принято считать нисходящими шпурами и обозначать со знаком «минус». Соответственно на угломерной шкале 10 такие углы обозначены как (-α).

Устройство поясняется чертежами. На фиг. 1 показан общий вид устройства; на фиг. 2 показано размещение на пластине угловой и угломерной шкал; на фиг. 3 - вид устройства сверху и расчетная схема градуировки угловой шкалы и установки ее отметки 90° по оси шарового шарнира; на фиг. 4 показано расположение источника света в буровом молотке; на фиг. 5 показано соединение бурового молотка, буровой штанги, шарового шарнира и источника света; на фиг. 6 - общий вид устройства и расчетная схема градуировки угломерной шкалы для восходящих шпуров; на фиг. 7 - общий вид устройства и расчетная схема градуировки угломерной шкалы для нисходящих шпуров; на фиг. 8 приведена расчетная схема установки отметки 90° угломерной шкалы по оси шарового шарнира.

Устройство содержит имитатор буровой машины, состоящий из бурового молотка 1, соединенного соосно с буровой штангой 2, выполненной телескопической, на конце которой размещен шаровой шарнир 3. К буровому молотку 1 соосно с буровой штангой 2 присоединен источник света 4. К нижней плоскости бурового молотка 1 с помощью шарнира 5 присоединена телескопическая опора 6. Телескопическая опора жестко под прямым углом соединена с основанием 7. В комплект тренажера также входит дугообразная пластина 8, на которой размещена угловая шкала 9 для определения углов заложения шпуров в горизонтальной плоскости и угломерная шкала 10 для определения углов заложения шпуров в вертикальной плоскости. Пластина оснащена телескопическими стойками, состоящими из цилиндров 11 со штоками 12, на которых размещены метрические линейки 13.

Элементы устройства закрепляются, например, с помощью зажимов: телескопическая штанга фиксатором 14, телескопическая опора стопором 15, телескопические стойки зажимами 16.

Буровая штанга 2 тренажера посредством шарового шарнира 3 прикреплена к плоскости забоя 17 выработки.

В качестве источника света можно использовать, например, лазерную световую указку.

Работа тренажера осуществляется следующим образом.

На плоскости забоя 17 в соответствии с паспортным расположением шпуров, например врубовых шпуров, закрепляются шаровые шарниры 3. В забое устанавливается имитатор буровой машины (переносного перфоратора), состоящий из бурового молотка 1, телескопической буровой штанги 2, телескопической опоры 6. Телескопическая опора соединена посредством шарнира 5 с основанием 7. Выдвижной шток буровой штанги 2 соединяется с шаровой пятой шарового шарнира 3, закрепленного на плоскости забоя 17. Выдвижением штока буровой штанги 2 устанавливается проектная длина штанги и закрепляется фиксатором 14.

Затем на имитаторе бурового молотка 1, соосно с осью буровой штанги 2 помещается, например, в отверстии на задней стенке бурового молотка источник света 4, например лазерная указка. При этом оси источника света 2, буровой штанги 2 и шарового шарнира 3 расположены в одной вертикальной плоскости.

Далее на расстоянии R устанавливают пластину 8. На это значение R рассчитаны размещенные на пластине шкалы - угловая шкала 9 и угломерная шкала 10. При этом перемещением пластины вдоль забоя совмещаются в одной вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости забоя, отметка 90° на угловой шкале 9 и ось шарового шарнира 3.

Затем устанавливают отметку 90° на угломерной шкале 10, размещенной на пластине 8, в соответствие с высотой размещения шарового шарнира 3 на плоскости забоя. Предварительно рассчитывают численное значение длины, на которое необходимо переместить пластину с угломерной шкалой относительно почвы выработки, обеспечивающее расположение отметки 90° угломерной шкалы на высоте шарового шарнира 3.

Расчет осуществляется по формуле:

,

где h_шс - длина выдвижения штока телескопической стойки из цилиндра,

h_шш - высота размещения шарового шарнира на плоскости забоя от почвы выработки (по оси шарнира),

h₉₀ - высота размещения отметки 90° угломерной шкалы на пластине относительно нижнего торца цилиндра, от которого производится отсчет значения длины выдвижения штока.

Для этого ослабляются зажимы 16 на телескопических стойках, соединенных с пластиной 8. Далее перемещением штоков 11 в цилиндрах 12 по метрическим линейкам 13, размещенным на штоках 11, устанавливается величина расчетной длины. После этого зажимами 16 фиксируется положение пластины по высоте.

Тренажер подготовлен к работе.

Далее бурильщик перемещает буровую машину относительно плоскости забоя, пока луч света 18 не укажет на угловой шкале 9 искомое значение угла заложения шпура в горизонтальной плоскости. Бурильщик глазомерно фиксирует положение буровой машины в горизонтальной плоскости относительно забоя при данном угле наклона в горизонтальной плоскости.

Для определения угла наклона шпура в вертикальной плоскости ослабляется стопор 15 телескопической опоры 6, буровая машина опускается вниз или поднимается вверх до положения проектного угла наклона шпура в вертикальной плоскости, устанавливаемого по лучу света 18 источника света 2 на угломерной шкале 10. При этом шток телескопической опоры 6 или вдвигается, или выдвигается из цилиндра опоры. Соединение опоры 6 с буровым молотком посредством шарнира 5 обеспечивает вертикальность опоры при изменении ее длины. Конечное положение опоры фиксируется стопором 15.

Бурильщик глазомерно фиксирует положение буровой машины в вертикальной плоскости относительно забоя при данном угле наклона.

Для других углов наклона буровой машины с буровой штангой, а следовательно, и углов наклона шпуров в горизонтальной и вертикальной плоскостях все действия, указанные выше, повторяются.

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

Бурильщик при отключенном источнике света 4 глазомерно ориентирует буровую машину по значениям заданных углов заложения шпура в горизонтальной и вертикальной плоскостях относительно плоскости забоя, выполняя действия, перечисленные выше. После этого включают источник света 4 и по световому лучу 18 на угловой шкале 9 устанавливают фактическое значение угла наклона буровой штанги в горизонтальной плоскости, а на угломерной шкале 10 - фактическое значение угла наклона буровой штанги в вертикальной плоскости.

Конструктивные размеры тренажера и продолжительность работы с ним определяются экспериментально.

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

При этом обеспечивается высокая точность измерения углов заложения шпуров в вертикальной плоскости, а также снижение трудоемкости работ при обучении бурильщиков навыкам глазомерного определения направления бурения шпуров.