Результат интеллектуальной деятельности: Механический каверномер с ручным приводом для взрывных скважин

Изобретение относится к области средств для измерения диаметров и глубины взрывных скважин при взрывном рыхлении крепких горных пород.

Взрывные скважины, при сравнительно небольшой глубине (преимущественно до 20 м, изредка до 50 м), очень часто имеют вывалы и нарушения стенок скважины, что влечет за собой излишний расход взрывчатых веществ (ВВ) и местное переизмельчение пород с неконтролируемым разбросом горной массы. Знание места расположения и величины местных увеличений диаметра заряжаемой скважины позволит нивелировать их влияние, например, размещением ВВ в полипропиленовые рукава.

Известен профилемер, состоящий из корпуса, шарнирно соединенных с ним подпружиненных рычагов, индикатора положения раскрытия рычагов, выполненного в виде постоянного магнита, установленного на шарнирно соединенном конце каждого измерительного рычага в круговом пазу на оси поворота, и преобразователя сигнала - магниторезистивного датчика, установленного в корпусе в защитной камере и представляющего собой резистивно-мостовую схему, чувствительную к направлению магнитного поля и нечувствительную к его напряженности, при этом магнитная ось постоянного магнита, выполненного в виде шайбы, находится в плоскости шайбы и изначально ориентирована перпендикулярно оси чувствительности магниторезистивного датчика [1]. Недостатками данного профилемера являются технологическая сложность устройства, высокая стоимость изготовления и потребность в энергообеспечении при работе устройства.

Известно устройство для измерения внутреннего размера ствола скважины, имеющее устройство с наконечником и системой рычагов, выполненное с возможностью расположения внутри ствола скважины, основной принцип действия которого аналогичен принципу действия электромеханического каверномера, но при этом применяются оптические датчики, фиксирующие изменение положения щупов [2]. Недостатком устройства является наличие каротажной системы и электронных оптических датчиков, работа которых невозможна без обслуживающей наземной станции, включающей компьютер для сбора и анализа данных с соответствующим программным обеспечением, что затрудняет работу устройства в стесненных условиях. Также компоновка устройства приемопередающими элементами напрямую связана с наличием источника электропитания.

Наиболее близким по существу решаемой задачи устройством является механический каверномер с ручным приводом, включающий наконечник, шарнирно соединенный с рычагами, находящимися в контакте со стенкой ствола скважины, которые соединены с ползуном, в котором к ползуну подсоединена нижняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка, с наконечником резьбовым соединением соединен нижней своей частью осевой шток, на котором размещены ползун и свободно передвигающийся вдоль него передвижной металлический груз, с верхней частью осевого штока резьбовым соединением соединена стопорная гайка, к которой посредством карабинов прикреплена верхняя тяговая управляющая метрическая металлическая рулетка.

В нем отсутствует потребность в источнике электроэнергии, что позволяет беспрепятственно производить работы в труднодоступных и особо опасных по электробезопасности местах, механический каверномер имеет малые габариты, позволяет осуществлять общее измерение глубины скважины и точной глубины изменения диаметра скважины, но только при изменениях диаметра в меньшую сторону, в то время как нас интересует изменение диаметра именно в большую сторону.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении трудоемкости и повышении производительности при подъеме-опускании и удержании каверномера на заданной глубине скважины, обеспечении возможности осуществления общего измерения глубины скважины и точной величины изменения диаметра скважины при изменениях диаметра как в меньшую, так и в большую сторону, упрощении конструкции и снижении массы опускаемого в скважину каверномера.

Поставленная задача достигается тем, что в механическом каверномере с ручным приводом для взрывных скважин, состоящем из стержня, подвешенного на метрической металлической ленте для замера глубины скважины, на нижнем конце стержня закреплены проушины, в которых шарнирно установлены два мерных рычага, шарнирно соединенные тягами с подвижной втулкой, свободно насаженной на стержень, а на втулке закреплен конец метрической металлической ленты для замера диаметра скважины, согласно изобретению каверномер подвешен на ручной лебедке, на валу которой жестко закреплен барабан намотки метрической металлической ленты для замера глубины скважины, и свободно, со скольжением относительно вала, установлен барабан намотки метрической металлической ленты для замера диаметра скважины, на барабане намотки метрической металлической ленты для замера глубины скважин установлен храповой останов для фиксации положения каверномера на заданной глубине, а опоры лебедки снабжены выдвижными секциями.

Механический каверномер с ручным приводом для взрывных скважин включает каверномер 1 и ручную лебедку 2. Каверномер состоит из стержня 3, подвешенного на метрической металлической ленте 4 для замера глубины скважины. На нижнем конце стержня 3 закреплены проушины 5, в которых на осях 35 и 36 шарнирно установлены два мерных рычага 6, шарнирно соединенные тягами 7 с подвижной втулкой 8, свободно насаженной на стержень 3. На втулке 8 закреплен конец метрической металлической ленты 9 для замера диаметра скважины.

Ручная лебедка 2 состоит из рамы, включающей разъемные подшипники скольжения 10, закрепленные на четырех опорах 11, соединенных продольными 72 и поперечными 13 перекладинами. В подшипниках 10 установлен вал 14 с рукояткой 15. На валу жестко закреплен барабан 16 намотки метрической металлической ленты 4 для замера глубины скважины, и свободно, со скольжением относительно вала 14, установлен барабан 17 намотки метрической металлической ленты 9 для замера диаметра скважины. С барабаном 16 жестко соединено храповое колесо 18, зубья которого находятся в зацеплении с собачкой 19. Собачка 19 закреплена на одном конце оси 20, вращающейся в проушинах 21, закрепленных на поперечной перекладине 13, на другом конце оси 20 установлена рукоятка 22 поворота собачки 19.

Барабан 17 намотки метрической металлической ленты 9 для замера диаметра скважины оборудован рукояткой 23 и сцепной зубчатой муфтой 24.

Каждая опора 11 рамы лебедки 2 состоит из корневой 25 и выдвижной 26 секций; на нижнем конце корневой секции 25 закреплены проушины 27, в которых на оси 28 установлена защелка 29 с рукояткой 30 и эксцентриком 31.

На фиг. 1 представлена схема механического каверномера с ручным приводом для взрывных скважин; на фиг. 2 - схема ручной лебедки; на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - схема визира; на фиг. 5 и фиг. 6 - схема защелки выдвижной секции опоры; на фиг. 7 - схема для расчета диаметра скважины в зависимости от величины перемещения подвижной втулки.

Механический каверномер с ручным приводом для взрывных скважин работает следующим образом. Лебедка 2 устанавливается над скважиной 32 таким образом, чтобы метрическая металлическая лента 4 для замера глубины скважины и подвешенный на ней каверномер 1 расположились по оси скважины 32. Для установки лебедки 2 на удобную для работы высоту выдвижные секции 26 опор 20 выдвигаются или втягиваются в корневые секции 25. Для этого за рукоятку 30 поворачивают защелку 29 вокруг оси 28 вверх, и эксцентрик 37 не касается выдвижной секции 26. Для фиксации длины опоры 77 рукоятку 30 поворачивают вниз, и эксцентрик 31 зажимает выдвижную секцию 26 относительно корневой секции 25 опоры 20.

В исходном положении метрическая металлическая лента 9 для замера диаметра скважины намотана на барабан 17 так, что подвижная втулка 8 находится на стержне 3 в верхнем положении, и рычаги 6 прижаты к стержню 3. Повернув за рукоятку 22 собачку 19 и выведя ее из зацепления с зубьями храпового колеса 18, за рукоятку 75 вращают вал 14 с барабанами 16 и 77, опуская каверномер 7 на заданную глубину, определяемую метрической металлической лентой 4 для замера глубины скважины. При достижении заданной глубины собачку 19 вводят за рукоятку 22 в зацепление с зубьями храпового колеса 18, тем самым предотвращая самопроизвольное опускание каверномера 7. Отмечают показание мерной ленты 9 диаметра скважины относительно риски 34 визира 33, затем за рукоятку 23 перемещают барабан 17 вдоль вала 14, размыкая сцепную зубчатую муфту 24. Под действием силы тяжести подвижной втулки 8 рычаги 6 поворачиваются вокруг осей № до упора в стенки скважины 32. . При этом метрическая металлическая лента 9 для замера диаметра скважины сматывается с барабана 17, а величина перемещения метрической металлической ленты 9 определяет диаметр скважины 25 на заданной глубине.

Измерение диаметра D скважины производят следующим образом (фиг. 6). Ослабляют натяжение мерной ленты 9 замера диаметра скважины, и подвижная втулка 8 опускается по стержню 3 (точка 2) до упора рычагов 6 в стенки скважины 25. По визиру 33 определяется величина этого перемещения h, и диаметр D скважины подсчитывается по формуле

где R - радиус скважины; r - расстояние между осью крепления рычага к тяге и осью подвеса каверномера (точка В); а - расстояние между осями крепления рычага к стержню и тяги; b - расстояние между осью крепления рычага к тяге и концом рычага, опирающимся на стенку скважины.

Для замера диаметра скважины 32 на другой глубине втулка 8 поднимается натяжением метрической металлической ленты 9 в верхнее положение на стержне 3, сцепная зубчатая муфта 24 замыкается, и операция повторяется.

Для свободного извлечения каверномера из скважины 25 втулка 8 метрической металлической лентой 9 для замера диаметра скважины поднимается в верхнее положение вдоль стержня 3, рычаги 6 тягами 7 поворачиваются на осях 35 и 36 проушин 5, прижимаются к стержню 3, и устройство за метрическую металлическую ленту 4 для замера глубины скважины извлекается на поверхность. При этом собачка 19 не мешает вращению храпового колеса 18 с валом 14 и барабанами 16 и 17.

Таким образом, заявляемый механический каверномер с ручным приводом для взрывных скважин позволяет снизить трудоемкость и повысить производительность при подъеме-опускании и удержании каверномера на заданной глубине скважины, обеспечить возможность осуществления общего измерения глубины скважины и точной величины изменения диаметра скважины при изменениях диаметра как в меньшую, так и в большую сторону, упростить конструкцию и снизить массу опускаемого в скважину каверномера.

Источники информации, принятые во внимание

1. Патент Российской Федерации №2244120 С1, опубл. 10.01.2005 г.

2. Патент Российской Федерации №2353766 С2, опубл. 27.04.2009 г.

3. Патент Российской Федерации №2440494 С1 опубл. 20.01.2012 г. (прототип).