способ управления положением рабочего органа бурогидравлической установки и устройство для его осуществления
Классы МПК: | E21B47/024 устройств, расположенных в скважине E21C25/60 производство вруба с помощью водяной струи или струи другой жидкости |
Автор(ы): | Водяник Григорий Михайлович, Нуждин Валентин Федорович, Анисимов Андрей Владимирович |
Патентообладатель(и): | Водяник Григорий Михайлович, Нуждин Валентин Федорович, Анисимов Андрей Владимирович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-02-13 публикация патента:
20.01.1997 |
Назначение: изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при дистанционной отбойке угля. Сущность изобретения: поставленная цель достигается тем, что в напорной колонне управление положением рабочего органа бурогидравлической установки основано на измерении соответствующими датчиками углового положения первого по отношению к забою звена бурового става, углового положения шпинделя механизма подачи и давления технологической воды в звене бурового става, соединенного со шпинделем. По измеренным данным определяют по приведенным математическим зависимостям величину углового рассогласования
лi между первым и последующим звеном бурового става и координаты положения рабочего органа бурогидравлической установки. После чего осуществляют ориентацию рабочего органа в плоскости угольного класса путем поворота бурового става по часовой стрелке на угол
п, который определяют по величине
лi с учетом транспортного запаздывания сигнала от датчика, расположенного в первом относительно забоя звене става. 2 с. п. ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5



Формула изобретения
1. Способ управления положением рабочего органа бурогидравлической установки, включающий измерение углового положения первого по отношению к забою звена бурового става и ориентацию рабочего органа в плоскости угольного пласта путем поворота бурового става по часовой стрелке, отличающийся тем, что одновременно измеряют угловое положение шпинделя механизма подачи и давление технологической воды в звене бурового става, соединенного со шпинделем, затем определяют величину углового рассогласования между первым и последним звеном бурового става по формуле


где i номер точки замера;


и определяют координаты положения Xi, Yi и Zi рабочего органа по формуле
Xi=Xi-1+




Yi=Yi-1+



Zi=Zi+




где













а ориентацию рабочего органа производят путем поворота бурового става по часовой стрелке на угол




где

Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при дистанционной гидроотбойке угля. Известна бурогидравлическая установка бурения скважин [1] в которой ориентация добычного насадка рабочего органа осуществляется по лимбу буровой установки. За счет люфтов в местах сопряжения звеньев става и его закручивания погрешность определения положения достигает десятков градусов. Способ характеризуется низкой надежностью информации о положении добычного насадка рабочего органа в забое. Известна "Бурогидравлическая установка" [2] которая содержит став подачи с напорной колонной, в головном звене которой расположен рабочий орган и гравиметрический датчик. Недостатками являются разделение во времени процессов ориентации добычного насадка рабочего органа и работы установки по добыче угля, низкая надежность и достоверность информации вследствие использования тарированных отверстий, через которые пропускается шахтная вода, содержащая существенное количество механических частиц. Наиболее близким техническим решением является "Способ управления положением добычного насадка бурогидравлической установки и устройство для его осуществления" [3] Недостатком предложенного способа является невозможность определения пространственного положения всего рабочего органа относительно угольного пласта, вследствие чего при бурении скважины возникает значительное отклонение оси скважины от заданной траектории. Кроме того, использование шахтной воды в измерительном и исполнительном трактах устройства, реализующего указанный способ, снижает надежность и достоверность информации о положении добычного насадка рабочего органа. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности проведения скважины по заданной траектории с одновременной ориентацией рабочего органа в скважине. Это достигается тем, что проводят измерение углового положения первого по отношению к забою звена бурового става и ориентацию рабочего органа в плоскости угольного пласта путем поворота бурового става по часовой стрелке. При этом одновременно измеряют угловое положение шпинделя механизма подачи и давление технологической воды в звене бурового става, соединенного со шпинделем, затем определяют величину углового рассогласования между первым и последним звеном бурового става по формуле


где i номер точки замера;


и определяют координаты положения Хi, Yi и Zi по формуле
Xi=Xi-1+




Yi=Yi-1+



Zi=Zi+




где













а ориентацию рабочего органа производят путем поворота бурового става по часовой стрелке на угол




где

устройства, размещенные в первом по отношению к забою звене бурового става; на рис. 3 схема углов поворота бурового става; на рис. 4 схема пространственного положения рабочего органа; на фиг. 5 схема расположения распределителя гравиметрического датчика. Устройство включает расположенный в скважине буровой став 1 со звеньями 2. На первом по отношению к забою звене размещены рабочий орган 3 с проходческим 4, добычным 5 насадками и система определения положения рабочего органа 3. Система определения положения рабочего органа выполнена из комплекса устройств 6, установленного в проточной части первого по отношению к забою звена бурового става 1, датчика давления 7 технологической воды, установленного на станке подачи 8, вторичного прибора 9, подключенного к выходу датчика 7, датчика 10 углового положения первого по отношению к станку подачи 8 звена бурового става 1, закрепленного на станке подачи 8 и вторичного прибора 11, подключенного к выходу датчика 10. Комплекс устройств 6 выполнен следующим образом. В проточной части первого по отношению к забою звена бурового става 1 в подшипниках скольжения 12 и 13 расположен вал 14, на котором закреплены рабочие колеса 15 гидравлической турбины. Соосно с рабочими колесами во внутренней полости звена бурового става 1 неподвижно закреплены направляющие аппараты 16. Подшипник 12 имеет отверстие 17 для прохода рабочей жидкости. Таким образом, внутренняя полость первого по отношению к забою звена бурового става 1 между подшипником 12 и насадком 5 представляет собой проточную камеру, в которой установлена гидравлическая турбина, вал 14 которой с помощью уплотнений 18 проходит в герметичную емкость 19, заполненную чистым минеральным маслом. Во внутренней полости емкости 19 расположены гидронасос 20, фильтр 21 тонкой очистки масла, к которому подключен гравиметрический датчик, состоящий из двухпозиционного четырехлинейного гидрораспределителя 22, золотник которого соединен с эксцентриковым профилированным кольцом 23, расположенным в подшипниках 24, и установленного в проточной части первого по отношению к забою звена гидроцилиндра 25, шток 26 которого оснащен находящимся в канале подачи технологической воды клапаном 27. Гидроцилиндр 25 подключен к распределителю 22 посредством трубопроводов 28. Продольная ось эксцентрикового профильного кольца (чувствительного элемента гравиметрического датчика) расположена перпендикулярно продольной оси первого по отношению к забою звена бурового става 1. Оси золотника распределителя 22 и добычного насадка 5 перпендикулярны. Буровой став 1 закреплен на станке подачи 8. Способ осуществляют следующим образом. Технологическая вода под рабочим давлением (20 МПа) по внутренней полости бурового става 1 поступает в проточную камеру, проходит через рабочее пространство направляющих аппаратов 16 и рабочих колес 15 и истекает из насадка 4 при бурении скважины или из насадка 5 при гидроотбойке угля из скважины. При этом вал 14 вращается и приводит вал насоса 20. Так как насос 20 расположен в герметичной камере 19, заполненной маслом, осуществляется подача масла в линию нагнетания через фильтр 21 к распределителю 22 и далее в левую полость гидроцилиндра 25. При повороте става 1 вокруг продольной оси по ходу часовой стрелки происходит одновременно поворот всех узлов, находящихся в камере 19, за исключением эксцентрикового профилированного кольца 23, всегда находящегося в плоскости, перпендикулярной горизонту. При занятии добычным насадком горизонтального положения происходит перемещение золотника, находящегося внутри профилированного кольца 23. В результате этого масло под давлением поступает в правую камеру гидроцилиндра 25, вследствие чего поршень гидроцилиндра смещается в крайнее левое положение (масло из левой камеры гидроцилиндра через распределитель 22 поступает на слив). При этом клапан 27 уменьшает проходное сечение проточной части канала подачи технологической воды, что вызывает повышение давления во внутренней полости бурового става 1. Давление технологической воды регистрируется датчиком 7, и в момент достижения давления установленной величины фиксируют посредством датчика 12 угловое положение первого по отношению к станку подачи звена бурового става. При дальнейшем повороте бурового става золотник распределителя 22 переместится в исходное положение, в результате чего произойдет реверсирование потока масла от насоса 20, и шток гидроцилиндра 25 займет крайнее правое положение, в котором клапан 27 не оказывает сопротивления потоку технологической воды. В результате давление воды в буровом ставе понизится до рабочего. После завершения указанных операций начинают поворачивать буровой став 1 против хода часовой стрелки. После выборки люфтов в местах соединения звеньев бурового става и угла силового закручивания става начнется поворот первого по отношению к забою звена бурового става с рабочим органом 3 и комплексом устройств 6. При этом работа системы определения положения рабочего органа аналогична вышеописанной. В результате фиксируют угловое положение первого по отношению к станку подачи звена бурового става. Поскольку выходы датчиков 7 и 10 подключены соответственно к вторичным прибором 9 и 11, имеется возможность рассчитать
величину углового рассогласования между первым и последним звеньями бурового става



где i номер точки замера;


Xi, Yi, Zi координаты рабочего органа
Xi=Xi-1+




Yi=Yi-1+



Zi=Zi+




где

















где

Класс E21B47/024 устройств, расположенных в скважине
Класс E21C25/60 производство вруба с помощью водяной струи или струи другой жидкости