РЕЗЕЦ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21B10/42 

Изобретение относится к породоразрушающему инструменту, а именно к резцам для вращательного бурения, и может быть использовано при бурении шпуров под анкерную крепь.

Известно, что при бурении породы от конструкции породоразрушающего инструмента зависит очень многое. Поиски рациональной конструкции инструмента ведутся постоянно и в настоящее время известно очень большое количество различных конструкций.

Известен резец для вращательного бурения пород, содержащий корпус с хвостовиком, два образующих рассечку пера с закрепленными на них двумя симметричными относительно оси вращения твердосплавными пластинами, образующими совместно с внутренней поверхностью перьев кернозаходный участок, каждая из пластин выполнена с главной режущей кромкой в виде ломаной линии, состоящей из двух участков, с точкой перегиба в вершине пера (см., например, резец РП-7 К.И. Иванов и др. Техника бурения, М.: Недра, 1987, с. 199).

Недостатком этого резца, значительно снижающим скорость бурения и увеличивающим энергоемкость разрушения породы, является выполнение твердосплавных пластин симметричными относительно оси вращения резца, а также нерациональное соотношение высоты пера (глубины рассечки) к расстоянию между двумя крайними внутренними точками главных режущих кромок обоих перьев.

Вследствие выполнения твердосплавных пластин симметричными относительно оси вращения резца, происходит удвоение линии резания, т.к. обе пластины своими главными режущими кромками разрушают одну и ту же зону поверхности забоя шпура. Это ведет к снижению удельной осевой нагрузки на режущие кромки, уменьшению углубления резца за один оборот, т.е. снижению скорости бурения. Увеличенная глубина рассечки ведет к скоплению шлама в полости кернообразования и, как следствие, его переизмельчению и повышению энергоемкости бурения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является резец для вращательного бурения, содержащий корпус с хвостовиком, два образующих рассечку пера с закрепленными на них двумя асимметричными относительно оси вращения твердосплавными пластинами, образующими совместно с внутренней поверхностью перьев кернозаходный участок, каждая из пластин выполнена с главной режущей кромкой в виде ломаной линии, состоящей из двух разновеликих участков, с точкой перегиба в вершине пера (см. , например, авторское свидетельство СССР N 1620588, М.кл. E 21 В 10/42, 15.01.91).

Этот резец за счет выполнения твердосплавных вставок асимметричными относительно оси вращения резца, имеет лучшие эксплуатационные показатели, чем резец РП-30. Однако принятые в нем соотношения геометрических размеров асимметричных пластин и высоты перьев не обеспечивают оптимальной работы резца, особенно при бурении вертикальных восходящих шпуров под анкерную крепь.

В то же время, эмпирическим путем посредством проведения большого числа экспериментов, было установлено, что при определенных соотношениях геометрических размеров твердосплавных асимметричных пластин, а, конкретно, расположения в пространстве главной режущей кромки каждой из пластин, а также при достижении определенного соотношения между высотой и диаметром образующегося при бурении керна, можно значительно повысить скорость бурения при тех же характеристиках эксплуатационного оборудования.

Технический результат, достигаемый применением резца для вращательного бурения по настоящему изобретению, заключается в повышении скорости бурения и снижению энергозатрат на разрушение буримой породы. Это достигается за счет того, что в резце для вращательного бурения, содержащем корпус с хвостовиком, два пера, образующих рассечку, с закрепленными на них двумя асимметричными относительно оси вращения твердосплавными пластинами, образующими совместно с внутренней поверхностью перьев кернозаходный участок, а каждая из пластин выполнена с главной режущей кромкой в виде ломаной линии, состоящей из двух разновеликих участков, с точкой перегиба в вершине пера, отношение проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси резца большего участка главной режущей кромки каждой из пластин к соответствующей проекции меньшего участка, составляет 2,6-3,0, отношение проекции большего участка главной режущей кромки на продольную ось резца к соответствующей проекции меньшего участка составляет 2,6-3,0, а отношение высоты пера (глубины рассечки) к расстоянию между двумя крайними внутренними точками главных режущих кромок обоих перьев составляет 1,4-1,7.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен резец для вращательного бурения (фронтальная проекция).

Резец содержит корпус 1 с хвостовиком 2, два пера 3, образующих рассечку 4, с закрепленными на них двумя асимметричными относительно оси вращения твердосплавными пластинами 5, образующими совместно с внутренней поверхностью перьев 4 кернозаходный участок. Каждая из пластин выполнена с главной режущей кромкой 6 в виде ломаной линии, состоящей из двух разновеликих участков, с точкой 7 перегиба в вершине пера. Отношение величины "а" проекции большего участка главной режущей кромки на горизонтальную плоскость к величине "b" проекции меньшего участка главной режущей кромки на горизонтальную плоскость составляет 2,6-3,0.

При таком соотношении указанных величин зона забоя шпура, одновременно обрабатываемая главными режущими кромками 6 обоих перьев 3, сведена к минимуму, что повышает удельную осевую нагрузку на лезвия и исключает переизмельчение бурового шлама.

Вторым важным параметром данного резца является отношение величины "c", являющейся проекцией большего участка главной режущей кромки 6 на продольную ось резца к величине "e" - проекции меньшего участка главной режущей кромки 6 на продольную ось резца. Эта величина в данном резце составляет 2,6-3,0 и определяет соотношение углов наклона участков главной режущей кромки 6 к плоскости забоя. Данный оптимальный промежуток определен в процессе проведения экспериментальных исследований.

Третье соотношение, в большой степени определяющее работу настоящего резца, является отношение высоты пера 3 "H" к диаметру образующегося керна или к расстоянию "d" между двумя крайними внутренними точками главных режущих кромок 6 обоих перьев 3. Это отношение составляет 1,4-1,7. Данное отношение также является эмпирической величиной, определенной в процессе проведения экспериментов.

Резец описываемой конструкции применяется преимущественно при бурении шпуров под анкерную крепь. При этом периферия забоя шпура обрабатывается главными режущими кромками 6 обоих перьев 3. Стенки шпура обрабатываются наружными боковыми режущими кромками 8, а внутренние боковые режущие кромки 9 формируют центральную керновую часть, которая впоследствии раздавливается и выносится из шпура в виде крупных породных сколов, что снижает энергоемкость разрушения породы и ведет к повышению скорости бурения.

Резец для вращательного бурения предназначен для бурения шпуров преимущественно под анкерную крепь. Резец содержит корпус с хвостовиком и два пера с закрепленными на них двумя асимметричными относительно оси вращения твердосплавными пластинами, которые образуют совместно с внутренней поверхностью перьев кернозаходный участок. Каждая из пластин имеет главную режущую кромку в виде ломаной линии, состоящей из двух разновеликих участков, с точкой перегиба в вершине пера. Отношение проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси резца большего участка главной режущей кромки каждой из пластин к соответствующей проекции меньшего участка, составляет 2,6-3,0. Отношение проекции большего участка главной режущей кромки на продольную ось резца к соответствующей проекции меньшего участка составляет также 2,6-3,0, а отношение высоты пера к расстоянию между двумя крайними внутренними точками главных режущих кромок обоих перьев составляет 1,4-1,7. Выполнение резца данной конструкции позволяет повысить скорость бурения и снизить энергоемкость разрушения породы при бурении. 1 ил.

Резец для вращательного бурения, содержащий корпус с хвостовиком, два образующих рассечку пера с закрепленными на них двумя ассимметричными относительно оси вращения твердосплавными пластинами, образующими совместно с внутренней поверхностью перьев кернозаходный участок, каждая из пластин выполнена с главной режущей кромкой в виде ломаной линии, состоящей из двух разновеликих участков, с точкой перегиба в вершине пера, отличающийся тем, что отношение проекции на плоскость, перпендикулярную оси резца большего участка главной режущей кромки каждой из пластин к соответствующей проекции меньшего участка составляет 2,6 - 3,0, отношение проекции большего участка главной режущей кромки на продольную ось резца к соответствующей проекции меньшего участка составляет 2,6 - 3,0, а отношение высоты пера к расстоянию между двумя крайними внутренними точками главных режущих кромок обоих перьев составляет 1,4 - 1,7.