Установка для отбора пробы при бурении

О П И С А Н И Е 1 п)827769ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ 1) Дополнительное к авт, свид-ву2) Заявлено 15,02.78 (21) 2778079/22-0 Сл.Е 21 В 49/О присоединением заявки Государствеиныи ломит(23) Приорите СССР по делам изобретеии(088,8) крытии 5) Дата икования описания 07.05.8 2) Автор изобретения(71) Заявител 54) УСТАНОВКА ДЛЯ ОТБОРА ПРОБЫ ПРИ БУРЕНИИИзобретение относится к технике и технологии бурения, конкретнее к устройствам для отбора шламовых геологических проб из всен буровой мелочи (шлама), образующейся в скважине при бурении с очисткой забоя воздушно-водяной смесью, и может найти применение при эксплуатационно- разведочном опробовании месторождений полезных ископаемых, разрабатываемых преимущественно открытым способом.Известны установки для отбора шламовых проб для буровых станков. В качестве примера можно привести опытный образец шламового пробоотборника ПШ. Этот пробоотборник представляет собой разновидность щелевого пробоотборника с механизмом для автоматической смены пробосборных емкостей под пробоотборной щелью по сигналам датчика интервала бурения, установленного у бурового става. Он предназначен для опробования ограниченной зоны шламовоздушного потока при массе отбираемых проб, не превышающей 2 кг.К недостаткам этого пробоотборника следует отнести, во-первых, сравнительно низкую достоверность отбираемых проб, а вовторых, большие трудозатраты на опробование, связанные с необходимостью после окончания бурения скважины вручную извлекать пробоотборник из шламового отвала и затем из пробоотборника вынимать пробосборные емкости с пробами. При массе единичной пробы 25 - 30 кг (именно та кова масса достоверной пробы для сложноструктурных золоторудных месторождений) эта работа становится весьма трудоемкой 1.Наиболее близкой к изобретению являет ся установка для отбора шламовых пробпри бурении сухих и обводненных скважин, включающая буровой став с герметизирующим устройством устья скважины (превентором), шламопровод и шламосборник.15 Последний представляет собой камерус отбойным экраном и отверстием в днище. Транспортировка шлама из скважины через превентор, шла мопровод и установку осуществляется за счет энергии 20 сжатого воздуха, поступающего из продувочного компрессора. При бурении обводненных скважин отверстие в днище камеры постоянно открыто, и шлам, отразившись от экрана, падает на почву. Под разгрузоч ным отверстием располагается пробоотборник, состоящий из пробозаборной щели и пробосборной емкости, который при помощи специального механизма перемещается возвратно-поступательно под разгрузочным 30 отверстием во все время бурения заданно 827769го интервала опробования скважины. При этом часть шлама через пробозаборную щель попадает в пробосборную емкость и является пробой. В этой установке превентор, шламопровод, камера с отбойным экраном и разгрузочным отверстием служат для улавливания и отвода всегда образующегося в скважине шлама, а также для формирования шламовоздушного потока с целью придания ему определенных формы и размера для отбора пробы. Г 1 робоотборник работает на принципе поперечного сечения потока опробуемого материала. Этот принцип, широко используемый при пробоотборе сыпучих и текучих материалов, обеспечивает достаточно высокую точность опробования, Масса отбираемых проб здесь также неограничена 2.Недостатком установки является высокий уровень трудозатрат на пробоотбор, связанный с отсутствием механизации смены емкостей с пробами на пустые, а также извлечения емкостей с пробами из пробоотборника.При эксплуатационном опробовании скважин в карьерах, в частности взрывных, бурение которых ведется шарошечными станками с продувкой воздушно-водяной смесью, применение указанной установки нецелесообразно, так как благодаря высокой скорости бурения и большому количеству отбираемых проб затраты времени на извлечение проб из пробоотборника составят заметную часть рабочего времени, что соответственно снизит производительность труда,Цель изобретения - повышение достоверности пробы, снижение трудозатрат па пробоотбор в процессе эксплуатационно- разведочного опробования скважин, в частности взрывных, бурение которых ведется с продувкой воздушно-водяной смесью.Указанная цель достигается тем, что установка снабжена механизмом для извлечения емкостей с пробами из пробоотборника, включающего гидроцилиндр с приводами и датчиками его положения, контейнером для накопления пробоотборных емкостей с пробами, закрепленным на буровом станке посредством замка с приводом, электромагнитным распределителем, датчиками положения пробоотборника и интервала бурения и блоком автоматического управления. Последний включает входной блок, блок управления механизмом возвратно-поступательного перемещения про. боотборника, блок управления механизмом ,для извлечения пробоотборных емкостей из пробоотборника и блок управления приводом замка контейнера для накопления пробоотборных емкостей, при этом входы блока управления механизмом для извлечения пробосборных емкостей из пробоотборника подключены соответствеино к выходам блока управления механизмом воз 10 20 25 30 :35 40 45 50 55 60 65 вратно-поступательного перемещения пробоотборника и датчика положения гидро- цилиндра, электромагнитного распределителя и блока управления приводом замка контейнера для накопления пробоотборных емкостей, причем входы блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника подключены соответственно к выходам датчика положения проооотборника и через входной блок подключены к датчику интервала бурения, а выход блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника подключен к приводу каретки.На фиг. 1 приведена предлагаемая установка, продольный разрез; на фиг, 2 - вид Л фиг. 1; на фиг. 3 - блок-схема автоматического блока управления; на фиг, 4 - принципиальная схема управления установки.Установка включает буровой став 1, направляющий короб 2 с выхлопным окном 3 прямоугольной формы, про боотборник 4 с пробозаборной щелью 5, высота которой равна высоте окна 3, а ширина определяется необходимой степенью сокращения пробы. В пробоотборнике 4 ниже пробозаборной щели 5 имеется магазин 6, где одна под другой помещены пробосборные емкости 7. емкость 7 представляет собой сосуд со скобой на однои из стенок. На внутренней стороне двух противоположных боковых стенок магазина 6 имеются направляющие планки для емкостей 7 с подпружиненными стопорами (на чертежах не показаны). Две другие стенки магазина выполнены с окнами, через которые емкости 7 закладываются в магазин 6 или извлекаются из него. Пробоотборник 4 подвешен на монорельсе 8 и снабжен механизмом возвратно-поступательного перемещения, который включает каретку с приводом 9, концевые переключатели 10 и датчик 11 положения пробоотборника 4 в позиции извлечения из него емкостей 7 с пробами.На продолжении траектории движения пробоотборника 4 расположен механизм для извлечения емкостей 7 с пробами. Он включает гидроцилиндр 12, перемещающийся поступательно вверх ивниз по вертикальным направляющим с помощью винтовой пары с приводом 13. Гидроцилиндр 12 связан маслопроводами с распределителем 14 (типа 4/2), который управляется двумя электромагнитами К 1 и К 2. На конце штока гидроцилиндра 12 имеется рычажный захват 15, который при перемещении штока проходит через окна в планке 16, На пути перемещения гидроцилиндра 12 помещены датчики 17 его положения.Между пробоотборником 4 и механизмом для извлечения емкостей 7 с пробами подвешен съемный контейнер 18 для накопления емкостей, включающий ряд полок с направляющими планками и стопооами(аналогичными тем, которые имеются в магазине 6), стойки, связывающие полки между собой, и крышку, снабженную захватом 19.Захват 19 взаимоде ствует с замком 20 механизма 21 подвески контейнсра 18. Механизм 21 вкл 1 очает две электромагнитные катушки КЗ и К 4. Замок 20 представляет собой подпружиненный сепде вник электромагнитной катушки КЗ, Один конец замка 20 входит г, захват 19, а друго. снабжен защелкой, которая взаимодействует с подпружиненным стопором, являющимся сердечником электромагнитной катушки К 4,У бурового ставапомещен датчик 22 интервала бурения. Направляющий короб 2 связан с соглом 23 вентилятора отдува ц посредством телескопического заборного патрубка 24 - с устьем скважины.Установка вкл,очает блок управления 25, на вход которого подключены датчики 22, 11 и 17, а к выходу - приводы 9 и 13, катушки К 1 и К 2 распределителя 14 и механизм 21.Блок 25 состоит из четырех последовательно связанных блоков (см. фиг. 3): входного блока 26, блока 27, управляющего механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника 4, блока 28, управляющего механизмом для извлечения емкостей 7 с пробами из пробоотборника 4, и блока 29, управляющего механизмом 21 подвески контейнера 18, Вход блока 26 связан с датчиком 22, а выход - с блоком 27. Входы блока 27 связаны с блоком 26 и датчиком 11, а выходы - с приводом 9 и блоком 28. Сигналы на выходах блока 27 формируются при наличии сигналов на обои его входах. Входы блока 28 связаны с блоком 27 и датчиками 17 (римские цифры 1 - 1 Ч обозначают последовательность расположения датчиков 17 сверху вниз), а выходы - с катушками К 1 и К 2, приводом 13 и блоком 29. Сигнал на выходах, связанных с К и К 2, формируется при наличии сигнала на входе, связанном с блоком 27, сигнал на выходе, связанном с приводом 13, формируется при наличии сигнала на входе, связанном с блоком 27 и на одном из входов, связанных с датчиками 17-1 - 17 - 1 Ъ, сигнал на выходе, связанном с блоком 29, формируется при наличии сигнала на входе, связанном с датчиком 17-1. Вход блока 29 связан с блоком 28, а выход - с механизмом 21 подвески контейнера.Пример выполнения принципиальной схемы управления установки приведен на фиг. 4.Датчик 22 интервала бурения (конечный выключатель) включен последовательно с обмоткой реле времени Р 1, которое имеет два замыкающих контакта Р 1-1 и Р 1-2 и один размыкающий контакт Р 1-3. Р 1-1 блокирует датчик 22, Р 1-2 включен в цепь обмотки реле Р 2, а Р 1-3 - в цепь привода 9. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Обмотка реле Р 2 включена в цепь датчика 11 положения пробоотборника 4 (конечный выкл;оатель) и имеет один размыкающий котакт Р 2-1, вклк ченцый параллельно :снтакту Р 1-,э, и однц замыкающий контакт Р 2-2 в цепи обмотки реле времени РЗ, имеюецио два времени срабатывания.Реле РЗ имеет четыре замыкающих контакта. Контакты РЗи РЗвключены соответственно в цепи катушек К 1 и К 2 паспределителя 14, контакт РЗвключен в цепь обмотки реле времени Р 4, контакт РЗ- в цепь обмотки реле Р 9.Реле Р 4 имеет два замыкающих контакта: Р 4-1, блокирующий контакт РЗи Р 4-2 в цепи привода 13.Гидро илпндр 12 при своих перемещениях вверх и вниз взаимодействует с датчиками положения 17-1, 17-П, 17-П 1 и 17-ГЧ, которые представляют собои конечные выключатели, включенные через К - С элемент в цепи обмоток реле соответственно Р 5, Р 6, Р 7 и Р 8.Реле Р 5 имеет один размыкающий контакт Р 5-1 в цепи привода 13 и один замыкающий контакт Р 5-2 в цепи катушки КЗ привода замка 20 механизма 21. Реле Р 6, Р 7 и Р 8 име.от по одному размыкающему контакту Р 6-1, Р 7-1 и Р 8-1, которые включены в цепь пгивода 13 последовательно.Параллельно обмотке реле Р 8 включена обмотка реле Р 9, имеющего один замыкающий контакт Р 9-1 в цепи обмотки реле времени Р 10 и олин размыкающий контакт Р 9-2 в пепи осщ отки реле времени Р 4.Обмотка реле времени Р 10 включена параллелгпло обмотке реле Р 4 и имеет замыка ющи й конта кт Р 10-1, блокирующие контакты Р 4-1. Р 10-2, блокирующие контакты Р 8-2, Р 0-3. блокипующие контакты Р 4-2 и Р 10-4, шуцтцрующие контакты Р 6-1, Р 7-1 ц Р 8-. Кроме того, реле Р 10 имеет две пары контактов Р 10-5 - Р 10-6 тл Р 10-7 - Р 10-8 в цепи привода 13. Контакты Р 10-5 и Р 10-7 - пазмыкающце, а Р 10-6 и Р 10-8 - замыкающие.Це,ш обмотки реле Р 1 и привода 9 имеют выключатели с общим приводом В 1, а цепь катушки К 4 - нормально открытый выключатель В 2. Выключатели В 1 и В 2 управляются вручную.Установка работает следующим образом, Перед началом бурения скважины в магазин 6 пробоотборника 4 закладываются пробосборные емкости 7, гидроцилиндр 12 находится в крайнем верхнем положении, шток его полностью втянут, в блоке управления 25 все реле обесточены, Замок 20 при помощи защелки удерживается в крайнем правом положении стопором - сердечником катушки К 4. Между пробоотборником 4 и механизмом для извлечения емкостей с пробами устанавливается контейнер 18 так, чтобы его: -хват 19 расположился напротив замка 20. После этого выключа 82776960 65 телем В 2 (см, фиг, 4) включается катушка К 4, которая втягивает стопор, освобождая защелку замка 20. Последний с помощью пружины перемещается в крайнее левое положение, фиксируя контейнер 18. Выключатель В 2 размыкает цепь катушки К 4 и стопор под действием своей пружины возвращается в исходное положение. Нижний копсц патрубка 24 опускается на почву, приомощи выключателя В 1 (см. фиг, 4) включается привод 9 механизма возвратно-поступательного перемещения пробоотборника 4 и начинается бурение.Шлам, истекающий из скважины, поступает в направляющий короб 2, посредством гоздушного потока из сопла 23 транспортируется по коробу 2 и выбрасывается из окна 3. При этом часть шлама попадает в пробозаборную щель 5 пробоотборника 4 и из щели 5 - в верхнюю емкость 7.После того как пробурен первый интервал опробования, буровой став 1 воздействует на датчик 22, который подает об этом сигнал на блок управления 25, в нашем примере конечный выключатель 22 замыкает цепь обмотки реле Р 1, которое настроено на выдержку времени, равному времени перемещения штока гидроцилиндра 12 вперед и назад в исходное положение. Реле Р 1 контактом Р 1-1 блокирует датчик 22 (так как бурение продолжается, то конечный выключатель 22 в скором времени размыкается), замыкает контакт Р 1-2 в цепи реле Р 2 и размыкает контакт Р 1-3 в цепи привода 9, При этом привод 9 продолжает движение, пока пробоотборник 4 не подойдет к конечному выключателю 11, замкнет его и тем самым замкнет цепь обмотки реле Р 2. Реле Р 2 размыкает контакт Р 2-1 в цепи привода 9, после чего привод 9 обесточивается и останавливает пробоотборнпк 4 в положении, необходимом для извлечения емкости 7 с пробой. Одновременно замыкается контакт Р 2-2 в цепи обмотки реле времени РЗ.Реле РЗ имеет два времени срабатывания: сначала оно замыкает контакт РЗв цепи катушки К 1 распределителя 14, при этом масло поступает в поршневую полость гидроцилиндра 12, его шток идет вперед, и рычажный захват 15 входит в зацепление со скобой верхней пробосборной емкости 7. Через время, необходимое на ход штока впеоед, контакт РЗразмыкается и замыкается контакт РЗв цепи катушки К 2 распределителя 14, при этом масло поступает в штоковую полость гидроцилиндра 12. Его шток идет назад, перемещая емкость 7 с пробой из магазина 6 в контейнер 8. Когда шток проходит через окно в планке 16, захват 15 расцепляется со скобой емкости 7 и последняя остается в контейнере 18, застопоренная на направляющей планке, Одновременно с контактом РЗзамыкаются контакты РЗв цепи об 5 1 О 150 25 .О 85 40 45 50 З 5 мотки реле времени Р 4 и РЗв цепи обмотки реле Р 9, Реле Р 4 контактом Р 4-1 блокирует контакт РЗ-З,В этот момент кончается выдержка времени реле Р 1, контакты Р 1-1 и Р 1-2 размыкаются, а контакт Р 1-3 замыкается, включая привод 9. Пробоотборник 4 возобновляет возвратно-поступательное движение по монорельсу 8, станок бурит следующий интервал скважины, проба поступает в следлощую емкость 7, Конечный выключатель 11 размыкается, реле Р 2 обесточивается, его контакт Р 2-1 замыкается, а контакт Р 2-2 размыкается, отключая реле РЗ, контакты которого Р 3-1, Р 3-2, РЗи РЗразмыкаются,Реле Р 4 настроено на время перемещения гидроцилиндра 12 из положения 1 в положение 11 (из 11 в 111, из 111 в 1 Ч), при этом свой контакт Р 4-2 оно замыкает через время, необходимое на ход штока гидро- цилиндра 12 назад, Контакт Р 4-2 замыкает цепь привода 13 и гидроцилиндр 12 перемещается из пглокения 1 в положение 11, где замыкает конечный выклсчатель датчика положения 17-11. В цепи обмотки реле Рб появляется ток зарядки емкости С, реле срабатывает и размыкает контакт Рбв цепи привода 13, по:ледний останавливается и останавливает гидроцилиндр 12 в положении 11.В этот момент истекает время срабатывания реле Р 4, контакты его Р 4-1 и Р 4-2 размыкаются и реле Р 4 и привод 13 обесточиваются. Прекращается ток зарядки емкости С, реле Рб обесточивается, и контакт его Рбв цепи привода 13 замыкается. После того как гидроцилиндр 12 покинул положение 1, конечный выключатель датчика 17-1 размыкается и емкость его С разряяается через сопротивление Р. Установка готова к окончанию бурения второго интервала скважины.После окончания бурения второго и третьего интервалов процессы в системе повторяются с той разницей, что гидроцилиндр 12 перемещается соответственно из положения 11 в 111 и из 111 в 1 Ч.После окончания бурения четвертого (последнего в приведенном - .римере) интервала процессы в системе от датчика 22 до рслс РЗ также повторяются за исключением того, что после срабатывания реле РЗ привод 9 и цепь обмотки реле Р 1 выключаются вручную выключателем В 1. Реле РЗ замыкает контакт РЗв цепи реле Р 4 и Р 10 и контакт РЗв цепи обмотки реле Р 9, Последнее через замкнутый конечный выключатель 7-1 Ъ включается и замыкает контакт Р 9-1 в цепи реле Р 10 и размыкает контакт Р 9-2 в цепи обмотки реле Р 4. Реле времени Р 10 настроено на время перемещения гидроцилиндра 12 из положения 17 в положение 1.55 60 Реле Р 10 замыкает контакты Р 10-1, Р 10-2 и Р 10-3, блокируя соответственно контакты РЗ-З, Р 9-1 и Р 4-2, замыкает контакт Р 10-4, шунтируя контакты Р 6-1, Р 7-1 и Р 8-1, размыкает контакты Р 10-5 и Р 10- и замыкает контакты Р 10-6 и Р 10-8, реверсируя привод 13.Привод 13 перемещает цилиндр 12 из попожения 1 Ч в 1, не задерживаясь в положениях 111 и П, так как контакты Р 6-1, Р 7-1 и Р 8-1 шунтированы контактом Р 10-4. Придя в положение 1, гидроцилиндр 12 замыкает конечный выключатель 17-1, замыкая цепь обмотки реле Р 5,Реле Р 5 размыкает контакт Р 5-1 в цепи привода 13, останавливая его, и замыкает контакт Р 5-2 в цепи катушки КЗ. Катушка КЗ выдергивает замок 20 из захвата 19 контейнера 18, освобождая его. Замок 20 перемещается в крайнее правое положение и стопорится в нем при помощи защелки и стопора. По истечении времени зарядки емкости С реле Р 5 замыкает контакт Р 5-1 и размыкает контакт Р 5-2. По истечении времени срабатывания реле Р 10 размыкает контакты Р 10-1, Р 10-2, Р 10-3 и Р 10-4. Одновременно размыкаются контакты Р 10-6, Р 10-8 и замыкаются контакты Р 10-5, Р 10-7.Контейнер 18 с пробосборными емкостями 7, заполненными шламовыми пробами, отделенный от станка, опускается на почву, станок отходит от скважины, а контейнер с пробами остается на месте. Установка приведена в исходное положение и готова к бурению следующей скважины.В дальнейшем автомобиль, снабженный гидропогрузчиком, объезжая обуренные блоки в карьере, грузит контейнеры с пробами на сво. платформу и доставляет их в проборазделочную лабораторию.Применение предполагаемого изобретения позволит:Снизить трудозатраты на пробоотбор при шламовом опробовании скважин за счет комплексной механизации процессов отбора, погрузки и транспортировки проб.Стандартизировать процесс отбора шламовых проб, отбирать достоверные шламовые пробы и за счет повышения достоверности частных проб повысить достоверность эксплуатационно-разведочного опробования в целом преимущественно на месторождениях полезных ископаемых, отрабатываемых открытым способом, там, где опробование ведется по шламу, образующемуся при бурении взрывных скважин.Повышение достоверности эксплуатационно-разведочного опробования - одна из актуальных проблем при разработке сложноструктурных месторождений полезных ископаемых. От нее зависят такие важные показатели работы горнодобывающих предприятий, как потери и разубоживание 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 руды, селективность выемки, усреднениеруды при ее переработке. Формула изобретения1. Установка для отбора пробы при бурении, включающая буровой став, формирователь шламовоздушного потока и пробоотборник с пробозаборной щелью, пробоотборной емкостью под ней н механизмом возвратно-поступательного перемещения в потоке опробуемого шлама с приводом каретки, отличающаяся тем, что, с целью повышения достоверности проб и снижения трудозатрат на пробоотбор, установка снабжена механизмом для извлечения пробосборных емкостей из пробоотборника, включающего гидроцилиндр с приводом и датчиками его положения, контейнером для накопления пробосборных емкостей, закрепленным на буровом станке посредством замка с приводом, электромагнитным распределителем, датчиками положения пробоотборника и интервала бурения и блоком автоматического управления.2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что блок автоматического управления включает входной блок, блок управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника, блок управления механизмом для извлечения пробосборных емкостей из пробоотборника и блок управления приводом замка контейнера для накопления пробоотборных емкостей, при этом входы блока управления механизмом для извлечения пробосборных емкостей из пробоотборника подключены соответственно к выходам блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборннка и датчика положения гидроцилиндра, электромагнитного распределителя и блока управления приводом замка контейнера для накопления пробоотборных емкостей, причем входы блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника подключены соответственно к выходам датчика положения пробоотборника и через входной блок подключены к датчику интервала бурения, а выход блока управления механизмом возвратно-поступательного перемещения пробоотборника подключен к приводу каретки,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Сборник Вопросы техники колонкового бурения и механизации опробования скважин. Труды СГИШМ им, В. В. Вахрушина, вып. 70, 1970, с. 40 - 41.2. Патент США Мо 3811518, кл. 175 - 60, опублик. 1974 (прототип), 827769827769 арасова кт итова ррек ипография, пр, Сапунова Заказ 908/8НПО Поиск Г Составитель Г. Данилова Техред Л. Куклина Изд,326 Тираж 634 Подписноеарственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5