БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 1998 года по МПК E21B10/36 

Изобретение относится к горному делу, а точнее - инструменту для бурения шпуров.

Известна серийно выпускаемая коронка типа КТШ (1, рис. б). Разрушение горной породы достигается воздействием на нее цилиндрических с заостренными лезвиями штырей, впаянных в тело коронки. Недостатком такой коронки является ее малая прочность. Острая кромка, как концентратор напряжения, при больших энергиях удара подвержена разрушению, катастрофическому затуплению и прекращению процесса проникания в разрушаемую среду.

Более близкой к предлагаемой коронке является коронка КСТ для ударного бурения [1, рис. в - прототип], включающая корпус с закрепленными на торце по концентрическим окружностям от центра к периферии твердосплавными цилиндросферическими вставками. Формы твердосплавных вставок, применяемых в коронках КТШ и КСТ, показаны в Каталоге [2] на рис. 4, с. 7, форма Г 14 и на рис. 6, с. 8, форма Г 26.

Еще более близкой к заявляемой буровой коронке является техническое решение, по которому принято решение о выдаче патента Российской Федерации (заявка N 93040942/03 от 12.08.93.). Как и в предлагаемом решении, в заявке N 93040942 речь идет о буровой коронке для бурения некруглых шпуров, а периферийные вставки в ней расположены с образованием геометрических форм с прямолинейными сторонами. Недостатком такой коронки является то обстоятельство, что даже в самом лучшем случае - при создании ромбического типа коронки в направлении обоих осей ромба формируются концентраторы напряжений, хотя по большей диагонали ромба концентраторы оказываются более выраженными. В связи с этим именно прямолинейность сторон контура коронки и становится ее недостатком. Несмотря на то что описанная коронка наиболее близко соответствует существу заявляемой коронки, в силу того что к моменту подачи настоящей заявки еще не опубликована, она не может быть принята за прототип. Именно поэтому за прототип принимается коронка КСТ.

Главным недостатком коронки КСТ [1, рис. в], принятой за прототип, является то, что ею нельзя обеспечить бурение некруглых шпуров, она применяется в комплекте с бурильной машиной, оснащенной вращателем бурового инструмента. Периферийные вставки-инденторы располагаются в коронке КСТ так, что линия, проведенная по вершинам вставок, оказывается окружностью.

Так как линия контура поперечного сечения шпура, образовывающегося с помощью этой коронки, представляет собой круг, а круг является наихудшим концентратором напряжений из всех геометрических форм, то имеет место существенное усложнение процесса отделения горных пород от массивов.

Задачей настоящего изобретения является создание такой коронки, которая позволила бы бурить шпуры некруглого сечения и с концентраторами напряжений в заданных точках.

Сущностью изобретения является то, что обеспечить бурение некруглых шпуров можно с применением лишь предлагаемой буровой коронки, включающей корпус с внутренней полостью, рабочую поверхность, цилиндросферические вставки и систему продувных отверстий, при этом вершины оконтуривающих вставок расположены по выпукло-вогнутым кривым, описываемым Гауссовой кривой [3, с. 170].

Выполняя рабочую часть коронки описанной формы, можно не только получить шпур некруглого сечения, но и заметно уменьшить объемы бурения за счет отказа от необходимости выбуривать породу на участках вогнутой части кривой контура.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлены контуры шпуров, образованных бурением различных видов коронок; на фиг. 2 - предлагаемая коронка в осевом сечении; на фиг. 3 - то же, вид сверху. На фиг. 1 окружность 1 описывает контур шпура, который образуется в результате бурения коронкой типа КСТ, ромб 2 показывает контур некруглого шпура, получаемого в результате использования буровой коронки по заявке N 93040942, а выпукло-вогнутые кривые 3 есть контур шпура, образуемого предлагаемой коронкой. Преимущества предлагаемой коронки очевидны. Во-первых, существенно уменьшается площадь, а следовательно, и объем бурения при одинаковом размере 2a, во-вторых, не имеющая концентраторов окружность 1 заменяется формой сечения с концентраторами в точках A и B, в-третьих, применение кривых 3 уменьшает концентрацию в точках A₁ и A₂ и усиливает концентрацию напряжений в точках B₁ и B₂, что гарантирует разрушение массива горных пород после бурения в направлении оси X.

Кривые 3 описываются известным уравнением
,
которое носит название уравнение кривой Гаусса (4, с.787, рис. 5.5).

При известных e = 2,71828 и π = 3,14159 независимым параметром в формуле (I) является σ . Этот параметр определяет координату точки C (фиг. 1) перегиба кривой Гаусса по оси X и величину максимальной ординаты в точке A₁. Необходимо иметь в виду, что наиболее приемлемое для рассматриваемых целей - бурения некруглых шпуров с явно выраженными концентраторами в вершинах большей диагонали является значение σ ≥1, в противном случае ордината точки A₁ может превысить значение абсциссы крайних точек кривой, практически применимых на практике. Контур предлагаемой коронки в плане (фиг. 1) ограничивается двумя симметричными друг другу относительно оси X кривыми 3' и 3", описываемыми кривыми Гаусса.

При проходческих работах имеют место различные типы врубов в сечении выработки. Для заведомого получения направленного распространения трещин можно использовать предлагаемую коронку, у которой периферийные вставки расположены по линии, имеющей вид кривой Гаусса. Форма поперечного сечения шпура, имеющая вид кривой Гаусса, избавит от необходимости бурить круглые шпуры, расположенные близко друг от друга, что имеет место на практике и существенно уменьшит объемы бурения.

Буровая коронка состоит из корпуса 1 с внутренней полостью 2, рабочей поверхностью 3 с закрепленными в ней цилиндросферическими вставками 4. Периферийные вставки 5 установлены так, что вершины вставок располагаются на кривой, описываемой формулой кривой Гаусса.

Буровая коронка работает следующим образом. При передаче ей энергии, достаточной для разрушения забоя без вращения коронки, периферийные вставки формируют нужное поперечное сечение шпура (по линиям, описываемым кривой Гаусса и симметричной ей кривой относительно оси X). Поперечное сечение шпура будет иметь такую же форму, как и фигура, ограничивающаяся этими линиями. За один удар вся площадь забоя разрушается, специальным агентом (воздухом, водой, водно-воздушной смесью) удаляется из забоя и коронка продвигается вперед на глубину разрушенного слоя. После этого наносится следующий удар и т.д.

Использование: изобретение относится к инструменту для бурения шпуров. Сущность изобретения: коронка состоит из корпуса с внутренней полостью, рабочей поверхностью цилиндро-сферических вставок и системы продувных отверстий. Вершины периферийных вставок расположены по линиям, описываемым симметричными друг другу кривыми Гаусса, параметр которых выбран большим или равным единице, что позволяет бурить шпуры некруглого сечения с концентраторами напряжений в заданных точках. 3 ил.

Буровая коронка, включающая корпус с внутренней полостью, рабочей поверхностью, цилиндросферическими вставками и систему продувных отверстий, отличающаяся тем, что вершины периферийных вставок расположены по линиям, описываемым симметричными друг другу кривыми Гаусса, причем параметр кривой Гаусса выбран большим или равным единице.