Установка для виконання випереджаючих послаблюючих свердловин у породному масиві високої міцності, заміщуючому вугільний пласт

1. Установка для виконання випереджаючих послаблюючих свердловин у породному масиві високої міцності, заміщуючому вугільний пласт, що містить встановлені шарнірно на ходовому візку бурові лафети з головками обертально-ударної або ударно-обертальної дії, які оснащені механізмами подачі бурильних головок, пристроями регулювання бурильних лафетів у просторі, виконаних переважно у вигляді пневмо- або гідроциліндрів, систему керування, комутуючі трубопроводи жив 3 44171 4 Як показала практика, використання комбайустановкою "Старт" в лавах, які мають породне нових технологій на багатьох шахтах України, Розаміщення вугільного пласта. сії, Німеччини, Польщі, Чехії, Китаю та ін., в тому Відома установка для буріння гірничих порід у числі сучасних потужних очисних комбайнів від підземних виробках, що містить платформу з колікращих європейських виробників (JOY, Eickhoft, сними парами, маніпулятори з бурильними машиFamur, Т. Machinery, ДВТ та ін.) не забезпечує винами та пристрій для фіксації установки на платїмку більш-менш потужних заміщуючих породних формі [Авторське свідоцтво СРСР №1742420, кл. масивів з міцністю f≥6. Е21С11/02, опубліковане 23.06.1992]. Зараз у світовій практиці при проходженні заНедоліками відомої установки є неможливість міщуючих породних масивів, насамперед - піскоїї встановлення у обмеженому просторі видобуввиків, у тому числі з міцністю f≥6, використовують ної лави. буровибухові роботи, які разом із комбайновою Найбільш близьким за технічною суттю до виїмкою вугільних ділянок, забезпечують відпраустановки для буріння випереджаючих послаблюцювання лав практично з будь-якими за довжиною ючих свердловин, є ультралегкі лафети DHL40, та потужністю ділянок породних масивів. що встановлені на ходовому візку та оснащені Недоліками таких комбайнових технологій є головками обертально-ударної або ударнозначні витрати часу робочого циклу БВР на потужобертальної дії з механізмами подачі, пристроями них ділянках заміщуючих породних масивів велирегулювання лафетів у просторі, лафети містять кої довжини, що перевищує термін робочого циклу систему керування, трубопроводи живлення, бувиїмки вугільних ділянок комбайнами, та приворовий інструмент. дить до простою комбайнів й підвищенню собіварУльтралегкі лафети встановлюють в очисних тості видобутого вугілля. виробках, наприклад для підготовки демонтажних Відомі також пристрої для послаблення міцнокамер. Поруч з лавними установками, наприклад сті вугільного, породного або породно-вугільного виробництва англійської фірми ARO Mining масивів. Equipment серії Rib Bolter 5500, яка комплектуєтьВідомі виконання послаблення породних зася одним, а частіше двома бурильними агрегатаміщень у вугільних пластах очисними вугільними ми, рознесеними у горизонтальній площині уздовж та прохідницькими комбайнами з ланцюговими одного борта на міжцентрову відстань 3013,7мм та ріжучими барами, які спроможні прорізати глибоку працює з бортів лавного конвеєра, з можливістю протяжну щілину у вугільному масиві. В очисних його переміщення за довжиною лави. Габарити комбайнах УКШ-1, К-55 та інших, із шнековим виустановки 3455мм х 1670мм х 1011мм, що дозвоконавчим органом, встановлений додатковий ріляє використовувати її тільки на пластах великої жучій бар, що виконує випереджаючий вруб ріжупотужності [Ультралегкі лафети DHL 40 фірми чим ланцюгом. Deilmann Haniel mining systems, Німеччина, ДортВ комбайнах "Шахтар", "Кіровець", Донбас-1", мунд, проспект]. "Донбас-2", КР-2, ЛГД-1 та інших встановлені кільНедоліками відомих ультралегких лафетів є цеві бари. В комбайні ЛГД-2 виконавчий орган видосить великі габарити, які не дозволяє встановконаний у вигляді поєднання кільцевого бара з лювати їх в малопотужних лавах шахт України, вибійною штангою, ріжучими дисками та плоским неможливість сконцентрованого одночасного грувідрізним баром, в комбайні КР-2 положення верхпового буріння ними на локальних ділянках породньої штанги з дисками регулюється домкратами них масивів за усією поверхнею масиву. відносно нижнього кільцевого бара [Б.Л. Давидов, В основу корисної моделі поставлене завданБ.А. Скородумов "Розрахунок та конструювання ня удосконалення установки для буріння виперевугледобувних машин", Державне науководжаючих послаблюючих свердловин, в якій встатехнічне видавництво літератури у гірничій справі, новлення бурових лафетів в різних по висоті Москва, 1963р., стор.122]. рівнях та максимальної їх концентрації у лінійний До недоліків відомих пристроїв, відноситься чергуючийся ряд, з можливістю задавального груте, що ріжучі бари можуть послаблювати тільки пового буріння з кожного рівня для концентрації вугільні пласти, з невеликими породними вклювпливу на одиницю площі, забезпечує одночасне ченнями до них. групове сконцентроване буріння задавальними Відомий бурильний верстат "Старт" виробницциклами, що чергуються, цим забезпечується потва ВАТ "Ново-Горлівский завод". Системи розваслаблення міцності породного масиву, підвищення нтажувальних свердловин бурять в стінках підгопродуктивності видобування вугілля, зменшення товчих виробок по вугільному пласту діаметром його собівартості. 250-300мм з кроком 300-500мм, глибиною 8-10м Поставлене завдання вирішується тим, що в на ділянці пропорційній кроку посування лави за установці для виконання випереджаючих послабдобу для запобігання здиманню ґрунту, пропорлюючих свердловин у породному масиві високої ційно посуванню лави та розвантаженню масиву міцності, заміщуючому вугільний пласт, що містить від високого гірничого тиску [Прогресивні паспорта встановлені шарнірно на ходовому візку бурові кріплення, охорони та підтримки підготовчих виролафети з головками обертально-ударної або удабок при безцеліковій технології відпрацювання рно-обертальної дії, які оснащені гідравлічними вугільних пластів, ВНДМІ, Л., 1984]. або пневматичними механізмами подачі бурового Недоліками відомого пристрою є неможливість інструменту та механізмами переміщення (поворосконцентрованого одночасного групового буріння ту) бурильних лафетів у вертикальній площині, буровими пристроями, у т.ч. потужною буровою виконаних переважно у вигляді пневмо- або гідроциліндрів, систему керування, комутуючі трубо 5 44171 6 проводи живлення, буровий інструмент, згідно з лафетів та дворівневою парою бурильних лафетів корисною моделлю передбачені наступні конструв кінці ряду, що бурять уздовж торця ділянки; ктивні відміни: Фіг.20-21 - перший та п'ятий цикли впливу за - бурові лафети встановлені в різних по висоті Фіг.18-19 при бурінні у глибину 500-750мм; рівнях та максимально сконцентровані в лінійний Фіг.22 - бурильний лафет, вид збоку; чергуючийся ряд, в одному або в різних по висоті Фіг.23 - бурильний лафет, вид зверху; рівнях; Фіг.24 - бурильний лафет, вид спереду; - бурові лафети встановлені з можливістю заФіг.25 - загальний вигляд дворівневої установдавального групового буріння з кожного рівня для ки; концентрації руйнуючого впливу на питому одиниФіг.26 - дворівнева установка, вид збоку завацю площі вибою. льного простору; Крім того, установка містить переважно 6-12 Фіг.27 - дворівнева установка, вид збоку прибурильних лафетів; при встановленні бурових лавибійного простору; фетів в одному рівні, вони шарнірно закріплені на Фіг.28 - розріз за А-А Фіг.25; спільному підтримуючому пристрої; на початку або Фіг.29 - однорівнева установка, загальний вив кінці однорівневого ряда бурових лафетів, на гляд; додатковому підтримуючому пристрої встановлена Фіг.30 - однорівнева установка, вид збоку зав різних рівнях додаткова пара лафетів, кожен з вального простору; яких виконаний з можливістю регулювання у просФіг.31 - однорівнева установка, вид збоку приторі. вибійного простору; Сутність корисної моделі пояснюється кресФіг.32 - розріз за Б-Б Фіг.29; леннями, де на: Фіг.33 - однорівнева установка з парою лафеФіг.1 - зображена схема роботи бурових устатів, розташованих в кінці або на початку ряда у новок в лаві з двома комбайнами; різних рівнях; Фіг.2 - багаторядна (у даному випадку дворядФіг.34 - однорівнева установка, вид збоку зана) установка групового буріння, що встановлена вального простору; на конвеєрі очисного комплексу спереду комбайна; Фіг.35 - однорівнева установка, вид збоку приФіг.3 - однорядна в одному рівні установка забійного простору; групового буріння, що встановлена на конвеєрі Фіг.36 - розріз по В-В Фіг.33. очисного комбайна спереду комбайна; Установка для виконання випереджаючих поФіг.4 - схема першого циклу чергуючогося слаблюючих свердловин для руйнування породнодворівневого та однорівневого буріння послаблюго масиву високої міцності, заміщуючому вугільний ючих свердловин при багаторазовому сконцентропласт пояснюється схемою роботи бурової уставаному руйнуючому впливі бурової установки на новки (Фіг.1), на якій позначені вугільний пласт 1, питому одиницю площі вибою породного масиву породний масив 2, комбайн 3 для руйнування мавугільних пластів середньої потужності та потужсиву 2, очисний комбайн 4, установка 5 групового них; буріння №1, що встановлена спереду комбайна 3, Фіг.5 - схема другого циклу буріння послаблюустановка 6 групового буріння №2, що встановлеючих свердловин та їх руйнуючого впливу на пона позаду комбайна 3, секції кріплення 7, лавний тужних пластах; конвеєр 8, випереджаючі послаблюючі свердловиФіг.6 - третій цикл буріння послаблюючих свени 9, що пробурені установкою № 1, послаблюючі рдловин та їх руйнуючого впливу на потужних свердловини 10, що пробурені установкою №2. пластах; Установки №1, №2 встановлені на ходовому візку Фіг.7 - четвертий цикл буріння послаблюючих 11, що закріплений на лавному конвеєрі 8. Устаносвердловин та їх руйнуючого впливу на потужних вка складається з ходового візка 11, підтримуючих пластах; пристроїв 12, шарнірно закріплених на них буриФіг.8 - п'ятий цикл буріння послаблюючих свельних лафетів 13, з головками 14 обертальнордловин та їх руйнуючого впливу на потужних ударної або ударно-обертальної дії. Головки 14 пластах; зв'язані рухомо з направляючими 15 механізмів Фіг.9 - перший цикл буріння на глибині породподачі 16. В кожній головці 14 встановлений буроного масиву 500-750мм; вий інструмент 17, діаметр якого, переважно 25Фіг.10-13 - другий - п'ятий цикли буріння по45мм, а довжина - достатня для буріння свердлослаблюючих свердловин та їх руйнуючого впливу вин, але не менша, ніж величина захвату комбайна потужний пласт при бурінні породного масиву у на (800мм). Головки 14 комутуються з магістраллю глибину 500-750мм; стиснутого повітря, електропривод (не показаний) Фіг.14-15 - перший та п'ятий цикли впливу бувізка 11 живиться від окремого електричного каберінням послаблюючих свердловин на питому одиля, кожний лафет 13 має можливість переміщення ницю площі породного масиву тонких пластів одбурового інструменту 17 у двох площинах: вертинорівневим рядом бурових лафетів; кальній - індивідуальним домкратом (не показаФіг.16-17 - перший та п'ятий цикли за Фіг.14ний) та горизонтальній - одночасно групою разом з 15, але на відстані у глибину породного масиву ходовим візком 11. 500-750мм; Бурові лафети 13 можуть бути встановлені в Фіг.18-19 - перший та п'ятий цикли впливу бучергуючийся ряд, що утворюється з одиноких в рінням послаблюючих свердловин на тонкий пласт одному рівні та здвоєних у двох рівнях лафетів, породного масиву однорівневим рядом бурових зсунутих один до одного з мінімальними монтажними та робочими зазорами. 7 44171 8 Пристрій працює наступним чином. комбайна послаблені локальні ділянки на 2 захваУстановка для виконання способу (Фіг.25-28) ти (2 виїмочних цикли). Перший та другий цикли дворівнева призначена для послаблення породних буріння (Фіг.4, 5) виконуються з однієї позиції, без масивів на середніх та потужних пластах, на устапереміщення лафетів 13 уздовж вибою, при цьому новці бурові лафети 13 розміщені у чергуючомуся лафети 13 закріплені на візку 11 нерухомо. Переряді в одному та двох рівнях. Найбільш сприятлихід від позиції 1 (Фіг.4), коли вибурюють 12 свердва схема буріння такою установкою рівнорозподіловин, до позиції 2-12 свердловин другого циклу, льна (Фіг.4-13). виконують переміщенням лафетів 13 з бурильниВиконання установки групового буріння ми головками 14 у вертикальній площині, крок пе(Фіг.29-32) з розміщенням бурових лафетів в одреміщення залежить від завданого паспорту буному рівні дозволяє послаблювати заміщуючі поріння, який залежить від параметрів вибою родні масиви на тонких пластах, при цьому зменпородного масиву, міцності масиву, потужності шується кількість бурильних лафетів 13, вугільного пласта, обраної паспортної схеми, наспрощується система керування установкою. Найприклад рівнорозподіленої (Фіг.4-8), повної перибільш сприятливими для виконання схеми буріння ферійно-контурної (Фіг.14-15) або неповної перицієї установки - неповна периферійно-контурна ферійно-контурної (Фіг.18-19). Бурові лафети 13 (Фіг.14-17) та рівнорозподільна (Фіг.4-13). виконують свердловини 9, 10 за усією площею Установка для буріння (Фіг.33-36) зберігає усі поверхні породного масиву під різними кутами. переваги установки для буріння на тонких пластах Третій та четвертий цикли (Фіг.6, 7) буріння та полегшує утворення послаблюючих свердловин свердловин 9, 10 виконують після переміщення по повній периферійно-контурній схемі. В установвізка 11 з лафетами 13 уздовж вибою на один ці в кінці або на початку лафетного ряду, на окрекрок, довжина якого також залежить від обраної мій підтримуючій конструкції встановлені у двох паспортної схеми при конкретних параметрах марівнях пара бурильних лафетів 13 з індивідуальсиву та вугледобувної лави. Крок обирається з ними пристроями регулювання положення лафетів можливістю максимальної послаблюючої дії на у просторі. В залежностівід напрямку руху комміцність масиву, а тому координати свердловин 9, байна у вибої, дворівнева пара лафетів бурить 10 обирають таким чином, щоб збільшити їх консвердловини в найвіддаленішій локальній зоні центрацію на питому одиницю породного масиву, вибою, на периферії кожної локальної ділянки, що руйнують, зменшуючи відстань між вже пробупоєднуючи верхню та нижню зони в одну спільну реними свердловинами в горизонтальній та/або зону послаблення відповідно повній периферійновертикальній площині. Свердловини 9, 10 третього контурній схемі. та четвертого циклів з кожної бурової установки При встановленні у вибої двох бурових уста(№1, 2) бурять також усіма буровими лафетами новок №1, 2, одна з них (№1) розташовується спеодночасно, з однієї зафіксованої позиції на конвереду вугледобувного комбайна, а інша (№2) - за єрі 8. ним, причому бурильні установки №1, 2 встановДля виконання п'ятого циклу (Фіг.8) буріння лені на рамі лавного конвеєра 8 та пересуваються установки №1, 2 переміщують уздовж вибою ще уздовж неї відносно комбайна за допомогою ходона один крок, величина якого дорівнює кроку пових візків 11. Конвеєр 8 при робочому ході присупереднього переміщення установок №1, 2, і закрінутий до забою породного масиву 2, але після плюють візок 11 відносно конвеєра 8. проходу комбайна між вибоєм та конвеєром утвоКоординати буріння також обираються для марюється відстань величиною 0,8 м (величина заксимального послаблення породного масиву та хвату комбайна). Бурова установка №1, що встамаксимальної концентрації свердловин 9, 10 на новлена спереду комбайна, виконує випереджаючі питому одиницю поверхні породного масиву. послаблюючі свердловини 9, а бурова установка Для усіх схем буріння (Фіг.5-13) кути інструме№2, що встановлена позаду комбайна, бурить нту відносно вибою породного масиву (а отже і послаблюючі свердловини 10 для комбайна, які кути свердловин 9, 10) в різних циклах та рівнях використовують під час наступного робочого ходу. будуть різними, але вплив цієї обставини на руйНа бурильних установках №1, 2 бурові лафети нування масиву незначний, якщо додержуватися 13 компонують в різних по висоті рівнях, вони макмаксимальної, відносно рівномірної концентрації симально сконцентровані в лінійний чергуючийся послаблюючих свердловин 9, 10 на питому одиниряд одиноких та здвоєних у двох рівнях, присунуцю вибою породного масиву. тих один до одного з утворенням мінімальних монУздовж зони сполуки поверхні породного матажних зазорів. сиву з ґрунтом при бурінні буровим інструментом Буріння свердловин 9, 10 виконують послідовсвердловин. 9, 10, під кутом до породного масиву ними циклами, одночасно усіма бурильними ламоже утворюватися вузька "мертва" (без свердлофетами 13. В залежності від умов, потрібне повин) зона. На глибині буріння масиву 500-750мм слаблення породного масиву може передбачати від поверхні вибою (Фіг.9-13, 16-17, 20-21) свердвід 3-х до 5-ти повних циклів (в окремих випадках ловини 9, 10 досягають зони сполуки вибою з ґруй більше), що передбачає виконання від 22 до 60, нтом та перетинають її при подальшому бурінні. а інколи і більше послаблюючих свердловин діаВідхилення координат свердловин 9, 10 нижнього метром до 45 мм (в деяких особливих умовах до рівня від перпендикуляра по відношенню до пове60-70мм) на глибину не менше ніж 0,8м за період рхні вибою породного масиву зміщує на віддалені 7-8,5 хвилин. глибинні кордони захвату виконавчого органа найБурильна установка №2 може бурити свердбільш послаблену нижню локальну глибинну зону. ловини 10 на глибину до 1600мм, готуючи для 9 44171 10 Використовуючи запропоновану установку, пося. Величина послаблення породного масиву перше, виконують одночасний груповий послабскладає від 2 до 5, а інколи і більше, одиниць за люючий вплив руйнування, максимально сконценшкалою Протод'яконова, що дає можливість збітрований на мінімальній площі локальної породної льшення робочої швидкості вугледобувного комділянки (сукупність яких утворює заміщуючий побайна (пристосованого до руйнування породних родний масив) послідовними циклами, що чергумасивів), в залежності від початкової міцності заються, по-друге - виконують послаблюючий вплив міщуючих породних масивів переважно в 1,5-3 системно пробуреної сукупності вже пробурених рази. послаблюючих свердловин. Перший фактор інтенЕксперимент показав, що послаблення породсифікує та розширює зони тріщинуватості та руйного масиву на 2-3 одиниці за шкалою Протод'яконування масиву на кожній локальній ділянці, понова досягається при бурінні скважин за повною слаблюючи породний масив в цілому, другий периферійно-контурною схемою, яка на 15-20% фактор - послаблює масив сполученням множинефективніша неповної периферійно-контурною, ної сукупності орієнтованих уздовж та у глибину яка, в свою чергу, може бути ефективною при мезабою центрів послаблення, в тому числі, конценншій міцності породного масиву. тровано уздовж кордонів локальних ділянок, що Таким чином, швидкість проходки породних руйнують, які є одночасно центрами концентрації масивів із застосуванням установки, що заявлянапруження і центрами послаблення зон тріщинується, виконання випереджаючих послаблюючих ватості, після чого проходить вугледобувний комсвердловин більша у 2 рази в порівнянні із швидкібайн, під потужним впливом зусилля подачі і руйстю проходки без випереджаючого послаблення нуючих ударів різців виконавчого органу якого на породного масиву із застосуванням БВР, а швидпослаблену локальну ділянку породного масиву, в кість подачі комбайна зростає у 3,5-4 рази, отже, ньому утворюються власні центри напруження та реальне випереджаюче послаблення породного концентрації, які взаємодіють та посилюють намасиву f=3-4 одиниці. пруження в центрах концентрації від послаблююРазом з цим, зменшується знос та верхній почих свердловин, нові та існуючі зони тріщинуваторіг руйнівних навантажень на трансмісії вугледості множаться, посилюються та розпадаються, при бувного комбайна, а отже - й потрібна величина цьому потрібні зусилля виконавчого органу по запасу міцності найбільш навантажених конструкруйнуванню породного масиву забою зменшуютьтивних елементів. 11 44171 12 13 44171 14 15 Комп’ютерна верстка В. Мацело 44171 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601