БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ Российский патент 1994 года по МПК E21D3/00 E21B7/24 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к конструкциям бурового инструмента, предназначенного для бурения шпуров при проходке и креплении горных выработок.

Известен буровой инструмент, включающий телескопическую штангу, состоящую из внутренней и наружной частей, и запорное устройство. Указанным инструментом можно производить бурение на глубину, превышающую ход подачи бурильной машины, исключая при этом операции по замене и наращиванию штанг.

Недостатками аналога является низкая производительность операции бурения, определяемая большой продолжительностью вспомогательных ручных операций, а также необходимость присутствия обслуживающего персонала непосредственно у бурильной машины, т. е. в зоне незакрепленной кровли выработки, что определяет большую вероятность травматизма. Наличие указанных недостатков определяется тем, что запорное устройство выполнено в виде двух съемных полуцилиндров, устанавливаемых между раздвижными частями штанги, что затрудняет применение средств механизации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является буровой инструмент, включающий люнет бурильной машины, установленную в отверстие люнета телескопическую бурильную штангу, выполненную из наружной секции и установленную с возможностью продольного перемещения в ее полости внутренней секции, на свободном конце которой закреплен хвостовик бурильной штанги, и узел фиксации относительного продольного перемещения секцией бурильной штанги.

Наряду с таким положительным фактором, как возможность дистанционного изменения длины бурового инструмента, обеспечивающая безопасность труда бурильщика, указанная конструкция телескопической бурильной штанги имеет существенный недостаток, суть которого заключается в следующем. При бурении собранной штангой последняя в процессе подачи проходит сквозь отверстие в люнете. Диаметр этого отверстия такой же, как и диаметр наружной секции штанги, что исключает ее радиальное биение и обеспечивает нормальные условия работы телескопического узла и оптимальные режимы бурения. После телескопической раздвижки секции штанги и заглубления ее наружной секции в шпур сквозь отверстие люнета проходит уже внутренняя секция штанги. Вследствие более меньшего диаметра внутренней секции, по сравнению с наружной, между ней и внутренней поверхностью отверстия люнета образуется зазор, величина которого равна толщине стенки наружной секции. Штанга в этом случае "теряет" свою радиальную опору, появляются радиальные колебания, а это приводит к уменьшению ее продольной устойчивости. Происходит отклонение от оптимальных режимов бурения, это снижает как надежность работы телескопического узла бурового инструмента, так и производительность бурильной машины в целом. Следующим недостатком конструкции прототи- па является то, что раздвижка телескопа штанги при отсутствии энергоносителя может быть осуществлена обратным ходом бурильной машины при зажатой в люнете наружной части (трубы). Последнее приводит к повышенному износу и деформациям трубы бурового инструмента, что также снижает надежность работы устройства в целом.

Целью изобретения является повышение надежности работы бурового инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что буровой инструмент снабжен размещенной на внутренней секции бурильной штанги с возможностью продольного перемещения направляющей втулкой, а отверстие в люнете выполнено конгруэнтным поверхности направляющей втулки, которая установлена с возможностью размещения и фиксации в нем.

Рекомендуемая конструкция бурового инструмента, включающего телескопическую штангу, снабженную направляющей втулкой, и удерживающие (ориентирующие) ее узлы бурильной машины, в отличие от существующих устройств, дают возможность использования бурильных машин с высоким усилием подачи, чем обеспечивается повышение производительности операции бурения.

На фиг. 1 приведен продольный разрез инструмента при бурении собранной штангой; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - продольный разрез инструмента при бурении с раздвижным телескопом штанги.

Конструкция бурового инструмента включает раздвижную буровую штангу, содержащую наружную часть, выполненную в виде трубы 1 (см. фиг. 1-4) с закрепленным на ней резцом, и внутреннюю секцию 2, выполненную с некруглым (например, шестигранным) профилем сечения и осевым каналом 3 (фиг. 2 и 3). На свободном конце внутренней секции 2 закреплен хвостовик 4, конструкция которого обеспечивает передачу крутящего момента от шпинделя бурильной машины и подачу промывочной жидкости. На внутренней секции 2, между трубой 1 и хвостовиком 4, установлена направляющая втулка 5, которая может свободно перемещаться вдоль секции 2, а также свободно вращаться относительно нее, без существенного радиального зазора. На наружной поверхности направляющей втулки 5 выполнена кольцевая канавка 10, внутренний диаметр которой равен наружному диаметру трубы 1. Штанга бурового инструмента одним концом, фиксируется через хвостовик 4 в шпинделе, а другим концом, где закреплен резец, в люнете 6 бурильной машины. На корпусе люнета 6 смонтирован фиксатор, включающий подвижный шток 7 и пружину 8. Под действием пружины 8 шток 7 занимает положение, при котором он постоянно введен в гнездо 9 так, что его конец не достает до трубы 1 (фиг. 1). Полость гнезда конгруэнтна наружной поверхности направляющей втулки 5. Корпус люнета 6 неподвижно закреплен на раме бурильной машины.

Работа всего устройства осуществляется следующим образом.

Забуривание и начальное бурение шпура осуществляется собранной штангой. Крутящий момент от вращателя бурильной машины через хвостовик 4 передается на внутреннюю секцию 2, а далее через профильное сопряжение (фиг. 3) конгруэнтных поверхностей на наружную секцию 1 с закрепленным на ней резцом. Усилие подачи при этом передается посредством упора торца хвостовика 4 в торец направляющей втулки 5 и далее в торец трубы 1 (фиг. 1).

По окончании бурения шпура на длину хода подачи бурильной машины направляющая втулка 5 входит в гнездо 9 люнета 6. При этом втулка 5 отжимает шток 7 фиксатора, доходит до упора в буртик люнета 6, занимая положение, в котором выполненная на втулке 5 кольцевая канавка 10 располагается напротив штока 7. Под действием пружины 8 шток 7 заходит в кольцевую канавку 10 втулки 5; удерживая последнюю в гнезде люнета 6 от смещения в осевом направлении (вниз согласно рисунка). Обратным ходом вращателя бурильной машины выводят внутреннюю секцию 2 из трубы 1, которая удерживается от смещения вниз втулкой 5, и после срабатывания замка (на рисунке условно не показан) телескопического устройства штанги переключают подачу на ход вперед, т. е. продолжают бурение шпура раздвинутой штангой. При этом шток внутренней секции 2 удерживается от радиального биения направляющей втулкой 5, чем облегчается работа узла телескопического устройства. Проходя сквозь втулку 5, внутренняя секция обеспечивает подачу наружной секции (трубы 1) на ход вперед.

По сравнению с прототипом, рекомендуемое конструктивное решение бурового инструмента за счет исключения радиального биения обеспечивает более надежную работу телескопического узла штанги и более высокую устойчивость бурового инструмента на продольный изгиб. Это дает возможность использования более высоких режимов бурения, а значит, и обеспечения более высокой производительности бурильной машины.

Сравнение бурового инструмента с базовым объектом, используемым в настоящее время буровым инструментом в виде набора буровых штанг различной длины, которые меняются по мере увеличения глубины шпура при его бурении, показывает, что рекомендуемая конструкция исключает применение ручного труда, значительно сокращает удельный вес вспомогательных операций по обслуживанию средств бурения восстающих шпуров, чем обеспечивается повышение эксплуатационной производительности бурильных установок по сравнению с применением базового объекта 2-3 раза, это дает ориентировочный экономический эффект в 15 тыс. руб. на одну бурильную установку. Кроме этого, уменьшается утомляемость обслуживающего персонала и обеспечивается безопасность его работы. (56) Авторское свидетельство СССР N 415362, кл. Е 21 В 17/00, 1971.

Авторское свидетельство СССР N 1180481, кл. Е 21 В 17/07, 1984.

Использование: в горной промышленности, в частности при бурении шпуров. Сущность изобретения: буровой инструмент снабжен размещенной на внутренней секции бурильной штанги с возможностью продольного перемещения направляющей втулкой, а отверстие в люнете выполнено конгруэнтным поверхности направляющей втулки, которая установлена с возможностью размещения и фиксации в нем. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ, включающий люнет бурильной машины, установленную в отверстие люнета телескопическую бурильную штангу, выполненную из наружной секции и установленной с возможностью продольного перемещения в ее полости внутренней секции, на свободном конце которой закреплен хвостовик бурильной штанги, и узел фиксации относительного продольного перемещения секций бурильной штанги, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе бурового инструмента, он снабжен размещенной на внутренней секции бурильной штанги с возможностью продольного перемещения направляющей втулкой, а отверстие в люнете выполнено конгруэнтным поверхности направляющей втулки, которая установлена с возможностью размещения и фиксации в нем. 2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что наружный диаметр направляющей втулки больше наружного диаметра наружной секции бурильной штанги.