ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УДАРНОГО БУРЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК E21B10/36 

Описание патента на изобретение RU2081990C1

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению шпуров и скважин с помощью ударных механизмов.

Известен инструмент с рабочей частью в виде симметричного клина для ударно-поворотного способа бурения [1] Схематически процесс разрушения породы в забое шпура или скважины протекает следующим образом: удар лунка выкола - передвижение (поворот) инструмента снова удар новая лунка выкола и т.д.

Известен также инструмент с рабочей частью в виде асимметричного клина, у которого передний угол заточки (по ходу вращения) значительно меньше заднего угла заточки, для ударно-вращательного бурения, например коронка БУ 1100.01 [2 прототип] В этом случае процесс разрушения породы протекает несколько по-иному: удар лунка выкола поворот инструмента и съем стружки, благодаря малому переднему углу, снова удар и т.д. Однако практически, как показали исследования последних лет, процесс разрушения мало отличается от процесса при ударно-поворотном способе бурения. Дело в том, что инструмент после удара и внедрения отскакивает от забоя шпура под действием отражающего импульса и, возвращаясь назад под действием усилия подачи, не попадает в лунку выкола, так как за это время (отскока и возврата), вращаясь, продвинется на существенное расстояние. Таким образом, снятие стружки, как при вращательном бурении не происходит, так как применяемое осевое усилие для этого оказывается недостаточным снимаются лишь неровности забоя.

Недостатком упомянутых инструментов для соответствующих способов бурения является то, что разрушение породы в забое шпура происходит от сжимающих напряжений, возникающих при лобовом внедрении инструмента под действием силы удара. Поскольку горные породы обладают наибольшим сопротивлением при сжатии, процесс разрушения оказывается наиболее энергоемким и наименее производительным.

С помощью предлагаемого инструмента предполагается ударную нагрузку формировать таким образом, чтобы часть ее была направлена тангенциально в сторону свободной поверхности лунки выкола от предыдущего удара. В результате этого в целиках между соседними лунками создаются напряжения сдвига и скола. Разрушение части породы крупным сколом существенно снизит энергоемкость процесса и увеличит его производительность.

Формирование такой системы сил при ударе возможно с помощью инструмента с асимметричным клиновым лезвием, у которого передний угол должен быть существенно больше заданного.

На чертеже показана схема формирования сил при внедрении асимметричного клина 1 в породу 2 под действием силы улара P. Между ударами инструмент вращается с угловой скоростью ω в сторону, указанную стрелкой.

В соответствии с углами заточки передним a и задним g сила удара P разлагается на Pп переднюю и Pз заднюю составляющие, которые в свою очередь на Pп.в. и Pп.г. вертикальную и горизонтальную передние и Pз.в. и Pз.г. на вертикальную и горизонтальную часть задней составляющих. Горизонтальные составляющие силы удара, создающие напряжение скола имеют следующие выражения

Нужный нам эффект скол в сторону свободной поверхности 3 формирует соотношение между силами Pп.г./Pз.г., которое зависит только от величин углов асимметрии: чем меньше задний угол γ тем больше сила, направленная на преодоление сопротивления породы сколу по линии 4. При этом общий угол заточки клина 3 должен быть в определенных пределах, обеспечивающих прочность клина и долговечность инструмента. Как установлено ранее [2] рациональная величина его составляет 85o.

Расчеты по приведенным выше формулам показывают, что при g 10o и a 75o горизонтальная составляющая силы удара в сторону свободной поверхности Pз.г. будет в 1,5 раза, а при g 5o и a 80o в 2 раза больше силы Pп.г., направленной в сторону массива, в данном случае в сторону поворота инструмента после удара. Дальнейшее уменьшение угла g чревато появлением растягивающих напряжений в пластине твердого сплава и, следовательно, уменьшению ее прочности и соответственно долговечности инструмента [2] Таким образом, соотношение g/α, равное 1 7,5 oC 1 16, появляется оптимальным, в наибольшей степени удовлетворяющим противоречивым требованиям эффективности (увеличения объема породы, разрушаемого сколом, т.е. снижения энергоемкости и увеличения скорости бурения) и прочности инструмента.

Способ бурения с применением такого инструмента можно назвать ударно-скалывающим в отличие от известного ударно-вращательного.

Похожие патенты RU2081990C1

название год авторы номер документа
БУРОВОЕ УСТРОЙСТВО 1990
  • Самохин Г.В.
RU2026482C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ БУРЕНИЯ 1993
  • Петров Н.Г.
  • Свороба В.Я.
  • Родионов Н.С.
  • Буртолик Б.И.
  • Назимов Б.С.
  • Гудков Г.Д.
  • Маршев В.С.
RU2062876C1
Погружной пневмоударник 1979
  • Зубков Альберт Васильевич
SU872747A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ 1995
  • Родионов Н.С.
  • Мультанов С.И.
  • Медовый Ю.А.
RU2100562C1
СПОСОБ РАЗГРУЗКИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПОЛУВАГОНОВ ОТ СМЕРЗШЕГОСЯ УГЛЯ 1999
  • Стажевский С.Б.
  • Власов В.Н.
  • Русин Е.П.
RU2152897C1
Способ разрушения пород при бурении 1990
  • Скрипка Виталий Леонидович
  • Ситов Валентин Степанович
SU1763649A1
Способ производства вруба в массиве горной породы 1978
  • Захариков Геннадий Михайлович
  • Петров Николай Григорьевич
  • Соколинский Владимир Борисович
SU954564A1
ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ВИБРОВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ 1992
  • Федоров Л.Н.
RU2053346C1
СПОСОБ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД 2005
  • Белобородов Василий Николаевич
  • Глотова Тамара Григорьевна
  • Ткачук Андрей Константинович
RU2284412C1
ПОРОДОРАЗРУШАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ РЕЖУЩЕГО И РЕЖУЩЕ-СКАЛЫВАЮЩЕГО ТИПА 2019
  • Предеин Александр Петрович
RU2723779C1

Реферат патента 1997 года ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УДАРНОГО БУРЕНИЯ

Использование: инструмент применяется для ударного бурения шпуров и скважин с помощью ударных механизмов. Сущность изобретения: рабочая часть инструмента имеет форму асимметричного клина. Для снижения энергоемкости процесса и увеличения скорости бурения, передний угол заточки клина (по ходу вращения) выполнен больше заданного угла заточки не менее чем в 7,5 раз. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 081 990 C1

1. Инструмент для ударного бурения, включающий державку и рабочую часть в виде асимметричных клиньев, отличающийся тем, что передний угол заточки клиньев по ходу вращения больше заднего угла заточки. 2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что соотношение переднего и заднего углов заточки составляет не менее 7,5 1.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2081990C1

Михайлов В.Г., Крапивин М.Г
Горные инструменты
- М.: Недра, 1970, с.45 - 47
Михайлов В.Г., Крапивин М.Г
Горные инструменты
- М.: Недра, 1970, с.48 - 49.

RU 2 081 990 C1

Авторы

Петров Н.Г.

Родионов Н.С.

Свороба В.Я.

Назимов Б.С.

Даты

1997-06-20Публикация

1994-03-01Подача