Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ДОБЫЧИ КРЕПКИХ РУД ИЗ МАЛОМОЩНЫХ ПЛАСТОВ МЕТОДОМ ВЫБУРИВАНИЯ

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке маломощных рудных пластов с крепостью f≥4 по М.М. Протодъяконову, в т.ч. и в криолитовых зонах.

Известны бурошнековые установки для разработки маломощных глинисто-песчаных руд методом выбуривания (Попов Г.Н., Юков В.А., Пахомов В.А. Технология и техника подземной разработки рудных месторождений осадочного происхождения. М.: Недра, 1975, стр.162…168), которые имеют буровой став, выполненный в виде шнека. Передняя часть шнека оснащена рабочим инструментом (набором резцов), который при вращении разрушает породу. Шнек благодаря тому, что винтовая спираль на его поверхности направлена в сторону устья скважины, перемещает выбуренную породу в направлении к устью скважины на приемное устройство, например на конвейер.

Недостатком указанной бурошнековой установки является то, что область ее применения ограничена крепостью (не более f≤4) разрабатываемых горных пород (угольные пласты, сланцы и т.д.), а крепость пород, например рудных залежей Лавозерского месторождения, достигает f=12…14 при мощности пластов около 0,6 м.

Известно устройство для проходки восстающих выработок методом разбуривания пилот-скважины (патент РФ №2004809 С1, кл. Е21Д 3/00 от 20.05.1991 г.), которое содержит буровую установку, размещаемую в буровой (в вышележащей) выработке и связанную через колонну буровых штанг с расширителем. Бурение пилот-скважины осуществляют из буровой горной выработки в нижерасположенную выработку, т.е. бурение из верхнего горизонта на нижний горизонт. После выхода пилот-скважины на нижний горизонт, например в транспортную выработку, на буровой колонне закрепляют расширитель, с помощью которого разбуривают пилот-скважины, т.е. осуществляется проходка восстающей выработки. Породоразрушающий рабочий инструмент (шарошечные долота) закреплены в расширителе со стороны устья пилот-скважины. Дистанционно от буровой установки, но в буровой выработке, размещена лебедка с тросом, который со стороны устья пилот-скважины связан с буровой колонной через специальное приспособление с возможностью перемещения по буровой колонне. При обрыве буровой колонны указанные специальное приспособление и трос удерживают буровую колонну в скважине и позволяют извлечь ее на верхний горизонт, т.е. в буровую выработку.

Недостатком устройства по пат. РФ №2004809 С1 является то, что применение подобной установки возможно при проведении вертикальных горных выработок, т.е. восстающих, т.к. в противном случае указанное специальное приспособление, перемещаемое по буровой колонне, начнет взаимодействовать со стенками скважины и устройство потеряет свою работоспособность.

В то же время известно, что большой объем маломощных пластов крепких руд имеют слабонаклонное или пологое расположение. Таким образом, данное устройство (пат. РФ №2004809 С1) имеет ограниченную область применения.

Наиболее близким техническим решением является добычной комбайн для разработки крепких руд из маломощных пластов методом выбуривания (Михайлов Ю.В. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых. М.: Изд. центр «Академия», 2008, стр.225…229). Данный комбайн устанавливается в буровой выработке и с помощью буровой колонны и известных породоразрушающих рабочих инструментов, например шарошечных долот, осуществляет бурение пилот-скважины по рудному телу. Устье пилот-скважины расположено в буровой выработке, а выход ее - в другой выработке, например в транспортно-сортировочной. После окончания бурения пилот-скважины в транспортно-сортировочной выработке демонтируется рабочий инструмент, которым бурили пилот-скважину, а вместо него на буровую колонну прикрепляется расширитель, который доставляется к разбуриваемой скважине с помощью монтажной тележки. Породоразрушающий рабочий инструмент расширителя, например шарошечные долота, закрепляются в расширителе со стороны устья пилот-скважины. Буровой шлам, образующийся при разбуривании пилот-скважины, самотеком перемещается к выходу из разбуриваемой скважины в сторону транспортно-сортировочной выработки и в этой выработке улавливается и обрабатывается оборудованием, входящим в состав добычной установки, для дальнейшей выдачи его на дневную поверхность.

Недостатками устройства-прототипа является следующее:

1) Область применения прототипа ограничена, т.к. данный комбайн может применяться при углах падения пластов в пределах 10…12 градусов и более. Это обусловлено тем, что при меньших углах падения пластов буровой шлам не перемещается самотеком по разбуриваемой скважине, т.е. затрудняет работу расширителя. Таким образом, добывать крепкую руду методом выбуривания из маломощных пластов с углами падения менее 10…12 градусов невозможно. Кроме того, большой объем маломощных пластов с крепостью руд f≥4 расположен в криолитовых зонах, имеющих температуру ниже 0°С. Следовательно, самотечное перемещение бурового шлама, содержащего влагу, по расширяемой скважине затруднительно;

2) после окончания разбуривания пилот-скважины расширитель выходит к устью пилот-скважины, т.е. в буровую выработку. Следовательно, для разбуривания каждой пилот-скважины необходимо перемещать расширитель в транспортно-сортировочную выработку (или на нижерасположенный горизонт). Перемещение осуществляется, как правило, каким-либо транспортным средством по горным выработкам к стволу, расширитель спускают по стволу, а затем доставляют к пилот-скважине, подлежащей разбуриванию, для закрепления его на буровой колонне. Такое количество транспортных операций приводит к снижению производительности добычной установки и снижает ее эффективость.

Таким образом, известное устройство-прототип имеет ограниченную область применения и низкую производительность.

Целью настоящего изобретения является расширение эксплуатационной возможности и эффективности установок для добычи крепких руд из маломощных пластов методом выбуривания.

Указанная цель достигается тем, что лебедка размещена в транспортно-сортировочной выработке и смонтирована на монтажной тележке, а шнек и трос прикреплены к расширителю со стороны, противоположной устью пилот-скважины, причем расширитель выполнен с выступом в виде квадрата для передачи вращения шнеку, имеющему спираль, направленную в сторону, противоположную устью пилот-скважины, а между тросом и шнеком размещена скоба, обеспечивающая свободное вращение шнека.

Изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1…5.

На фиг.1 схематично показан общий вид установки, на котором буровой станок для бурения пилот-скважины и для последующего разбуривания этой скважины размещен в буровой выработке, а дистанционно расположенные монтажная тележка, лебедка с тросом и оборудование для приема и транспортировки бурового шлама размещены в транспортно-сортировочной выработке.

На фиг.2 схематично показано сечение А-А, которое поясняет взаимное расположение в транспортно-сортировочной выработке монтажной тележки, лебедки с тросом и оборудования для приема и транспортировки бурового шлама.

На фиг.3 представлен общий вид расширителя, его взаимосвязь со шнеком и тросом, а также его расположение относительно устья пилот- скважины и лебедки, установленной на монтажной тележке.

На фиг.4 показано сечение Б-Б, поясняющее совокупность элементов и взаимосвязь между шнеком и тросом, обеспечивающую свободное вращение шнека.

На фиг.5 показано сечение В-В, поясняющее взаиморасположение шнека и расширителя и форму связи между ними, обеспечивающую взаимодействие между шнеком и расширителем.

Установка для добычи крепких руд из маломощных пластов методом выбуривания состоит из бурового станка 1, закрепленного в буровой выработке 2 упорными домкратами 3, имеющего буровую колонну 4 из буровых штанг, оснащаемую через резьбовое соединение 5 буровым инструментом, например шарошечным долотом (на чертеже не показан), для бурения пилот-скважины 6, устье 7 которой распологается в теле рудного пласта.

В состав установки входит дистанционная монтажная тележка 8, размещенная в транспортно-сортировочной выработке 9, оснащенная лебедкой 10 с тросом 11. С помощью подъемного устройства 12, например гидродомкратов, лебедка 10 имеет возможность перемещаться в вертикальной плоскости. Лебедка 10 имеет рукоятку 13 для вращения (или может быть оснащена электроприводом).

Для разбуривания пилот-скважины 6 установка имеет расширитель 14, породоразрушающий инструмент которого, например шарошки 15, закреплен со стороны устья 7 пилот-скважины 6. Расширитель 14 выполнен с выступом 16 в виде квадрата. Со стороны, противоположной устью 7, расширитель 14 посредством выступа 16 соединен со шнеком 17, взаимодействующим со стенками разбуриваемой скважины 18 посредством винтовой спирали, имеющей направление в сторону, противоположную устью 7 пилот-скважины. Крепежный элемент 19, например шплинт или штифт, обеспечивает надежную связь между расширителем 14 и шнеком 17.

К торцу шнека 17 через крепежный элемент 20, например болт, прикреплена скоба 21, которая связана с тросом 11 и благодаря отверстию 22, имеющему диаметр, превышающий диаметр элемента 20, обеспечивает вращение шнеку 17, свободное относительно троса 11.

Для приема и дальнейшей транспортировки бурового шлама, полученного при разбуривании пилот-скважины 6, установка имеет приемную воронку 23, сообщенную со шламовым насосом 24. Буровой шлам по трубопроводу 25 транспортируется в приемный сосуд 26, например в вагонетку, перемещаемую по рельсовому пути 27 в транспортно-сортировочной выработке 9. Подъемное устройство 12 защищено фартуком 28 от воздействия бурового шлама, а подача воды (или воздуха) при бурении пилот-скважины 6 и при ее разбуривании осуществляется по отверстиям 29.

Работает установка для добычи крепких руд из маломощных пластов методом выбуривания следующим образом.

Посредством буровой установки 1, буровой колонны 4 и бурового инструмента (на чертеже не показан) осуществляется по известной технологии бурение пилот-скважины 6, устье 7 которой размещается в теле рудного пласта, а выход пилот-скважины 6 происходит в транспортно-сортировочную выработку 9. К выходу пилот-скважины 6 подается по рельсовому пути 27 монтажная тележка 8, содержащая лебедку 10 с тросом 11, расширитель 14 и шнек 17. Расширитель 14 через резьбовое соединение 5 соединяется с буровой колонной 4, и начинается процесс разбуривания пилот-скважины 6 на длину, не более, чем длина шнека 17. Затем расширитель 14 подается станком 1 к выходу из разбуриваемой скважины 18, соединяется через выступ 16 и крепежный элемент 19 со шнеком 17, который, в свою очередь, соединяется через скобу 21 с тросом 11, и процесс разбуривания пилот-скважины 6 продолжается.

Буровой шлам, благодаря винтовой спирали шнека 17, направленной в сторону, противоположную устью 7 пилот-скважины, перемещается к выходу из разбуриваемой скважины 18 в приемную воронку 23, затем шламовым насосом 24 по трубопроводу 25 транспортируется в сосуд 26 и далее к месту его переработки.

При достижении расширителем 14 устья 7 пилот-скважины 6, т.е. при окончании процесса разбуривания, расширитель 14 отсоединяется в буровой выработке 2 от буровой колонны 4 и вместе со шнеком 17 и тросом 11 размещается в разбуренной скважине 18. Затем рукояткой 13 вращают лебедку 10 и тросом 11 перемещают расширитель 14 и шнек 17 по разбуренной скважине 18 в транспортно-сортировочную выработку 9 на монтажную тележку 8. Затем тележка 8 перемещается по рельсовому пути 27 к последующей пилот-скважине 30 для ее разбуривания, перемещается к ней приемная воронка 23 (при необходимости и оборудование для сбора бурового шлама), подъемным устройством 12 размещают лебедку 10 на необходимой высоте, расширитель 14 закрепляется на буровой колонне 4, и процесс добычи руды методом выбуривания повторяется.

Благодаря размещению шнека 17 со стороны, противоположной устью 7 пилот-скважины 6, и направлению шнековой спирали в сторону, противоположную устью 7 пилот-скважины 6, а также связи шнека 17 с тросом 11 от лебедки 10, размещаемой не в буровой выработке 2, обеспечивается возможность выбуривания руды не только в наклонных пластах, но в слабонаклонных и в горизонтальных, а также и в криолитовых зонах. Устраняются операции по транспортировке расширителя 14 через стволы (или другие выработки) к месту его монтажа на буровой колонне.