ОДНОШАРОШЕЧНОЕ КАЧАЮЩЕЕСЯ ДОЛОТО Российский патент 2001 года по МПК E21B10/16 

Изобретение относится к бурильным машинам и установкам и может быть использовано при механизации проведения выработок и добыче полезных ископаемых буровзрывным способом.

Известна конструкция одношарошечного долота Г.3. Налбандова, имеющего плоскую шарошку и малый угол наклона цапфы долота относительно оси скважины, равный 9^o (А.В. Зубарев и др. Одношарошечные долота. - М.: Недра, 1971 г. С. 12-13).

В данной конструкции долота шарошка установлена на цапфе, закрепленной на корпусе долота под углом 9" к оси скважины, но на рабочей поверхности шарошки отсутствует элемент для центрирования долота по оси скважины, что приводит к смещению мгновенного центра вращения шарошки, вызывая планетарное движение ее при перекатывании по забою со значительным скольжением и, как следствие, повышенному износу вооружения рабочей поверхности шарошки и ее опоры. Долотом, имеющим плоскую рабочую поверхность шарошки, невозможно производить забуривание шпура (скважины), так как при забуривании на плоской поверхности выработки долото приведет шарошку в контакт с породой в одной из точек периферийного венца ее рабочей поверхности, вокруг которой произойдет вращение долота, а не вокруг оси долота.

Известно одношарошечное долото СКО Лениногорского комбината (принятого за прототип), у которого рабочая часть шарошки имеет коническую форму и относительно малую величину угла наклона оси цапфы (А.В. Зубарев и др. Одношарошечные долота. - М.: Недра, 1971 г. С.13).

В данной конструкции долота шарошка также установлена на цапфе и в процессе работы шарошка осуществляет планетарное обкатывание поверхности со скольжением по породе. Для уменьшения скольжения при перекатывании шарошки по забою предусмотрено центрирование ее по оси скважины с помощью конусного отверстия в вершине шарошки, опирающегося в целик породы, образующийся в центре забоя скважины. Такой способ центрирования долота не приемлем для бурения шпуров и скважин малых диаметров в крепких породах, так как образующийся целик породы при истирании его конусом шарошки, находясь в условиях объемного напряженного состояния, не будет разрушаться. Данной конструкцией долота невозможно производить забуривание шпура (скважины) на плоской поверхности забоя выработки, так как при подаче долота на забой выработки контакт с породой происходит одной из точек периферийного венца рабочей поверхности шарошки, вокруг которой будет вращаться долото (вместо вращения вокруг собственной оси долота).

Поскольку стойкость долота и прежде всего опор шарошки в значительной степени зависит от величины осевой нагрузки, скорости ее вращения и наличия скольжения шарошки по забою, а эффективность процесса разрушения пород определяется величиной удельных давлений на забой, то основным направлением в проектировании долот является применение крупных элементов опор шарошки с кинематикой без скольжения по забою, по возможности с малой скоростью и обеспечивающей разрушение забоя по всей поверхности.

Изобретение направлено на упрощение конструкции долота, повышение прочности опор, стойкости долота и эффективности бурения шпуров и скважин малых диаметров в крепких породах.

Это достигается за счет того, что предлагаемое долото включает приводной эксцентриковый валик с присоединительной резьбовой головкой и кулачком установленного по оси долота соосно присоединительной резьбовой головке, шарошки с рабочей поверхностью конической формы армированной твердосплавными зубками центрирующим твердосплавным штырем в вершине шарошки, и смонтированной на приводном эксцентриковом валике, и отклоненной относительно оси долота кулачком приводного эксцентрикового валика на острый угол.

На фиг. 1 представлено продольное сечение предлагаемого одношарошечного качающегося долота, на фиг.2 - поперечное сечение в зоне отклоняющего эксцентрикового кулачка приводного эксцентрикового валика.

Долото состоит из приводного эксцентрикового валика 1 с присоединительной резьбовой головкой 2 и кулачком 3, установленного по оси долота соосно присоединительной резьбовой головке 2, шарошки 4 с рабочей поверхностью конической формы, армированной твердосплавными зубками 5 и твердосплавным штырем 6, запрессованным в отверстие в вершине шарошки 4, и смонтированной на приводном эксцентриковом валике 1 с наклоном относительно оси долота посредством кулачка 3 приводного эксцентрикового валика 1 на острый угол, опорной втулки 7 со сферической внутренней поверхностью, сопрягаемой с приводным эксцентриковым валиком 1, упорного шарикового подшипника 8, радиального игольчатого подшипника 9 со свободно вращающимся внутренним кольцом 10, стопорного кольца 11, пружины 12, шайбы 13 и крышки 14.

Для подвода промывочной жидкости от буровой штанги к забою приводной эксцентриковый валик 1 и опорная втулка 7 имеют отверстия 15 и 16 соответственно, а в корпусе шарошки имеется глухое осевое отверстие 17 и сообщающиеся с ним разводящие каналы 18.

При бурении одношарошечным качающимся долотом осевая нагрузка от буровой штанги 6 передается через эксцентриковый приводной валик 1 и упорный подшипник 8 на центрирующий твердосплавный штырь 6 и незначительную часть зубков 5, находящихся в контакте с забоем, так как шарошка 4 отклонена от оси приводного эксцентрикового валика на острый угол кулачком 3 приводного эксцентрикового валика 1. Последний, вращаясь вместе с буровой штангой, последовательно по направлению его вращения передает отклоняющее усилие через внутреннее кольцо 10 радиального подшипника 9 на шарошку 4; отклоняя ее в поперечном направлении от приводного эксцентрикового валика 1, последовательно вводит в контакт с забоем незначительную часть зубков 5 без скольжения и тем самым разрушает породу по всему забою шпура. Возникающие при вращении приводного эксцентрикового валика 1 силы трения в упорном 8 и радиальном 9 подшипниках качения недостаточны, чтобы вращать шарошку 4 вокруг своей оси - шарошка осуществляет качательное движение в поперечном направлении относительно вершины центрирующего твердосплавного штыря 6 шарошки 4.

Удаление буровой мелочи из шпура производится промывочной водой, подаваемой под давлением к долоту по осевым отверстиям 15, 16 и 17 соответственно в приводном эксцентриковом валике 1, опорной втулке 7 и шарошке 4, а затем по разветвленным каналам 18 шарошки 4 вода омывает непрерывно забой шпура и выносит продукты разрушения через зазор, образующийся между конусной рабочей поверхностью шарошки 4, забоем и стенками шпура при наклонах шарошки 4 во время качания ее относительно вершины центрирующего твердосплавного штыря 6. Для защиты подшипников от проникновения буровой мелочи внутри шарошки создается избыточное давление промывочной водой, поступающей через отверстие 19 приводного эксцентрикового валика 1.6

Предназначено для оснащения бурильных машин и установок, применяемых для бурения шпуров и скважин малых диаметров при проведении выработок и добыче полезных ископаемых буровзрывным способом. Упрощается конструкция одношарошечных долот, повышается прочность опор, стойкость долота и эффективность бурения шпуров и скважин малых диаметров в крепких породах. Это достигается размещением в корпусе шарошки относительно крупных элементов опор, обеспечением больших удельных давлений при ограниченных осевых усилиях и приданием шарошке качательного движения относительно оси долота без скольжения по забою. Долото состоит из шарошки с рабочей поверхностью конической формы, армированной твердосплавными зубками и центрирующим твердосплавным штырем, запрессованным в отверстие в вершине шарошки, приводного эксцентрикового валика с присоединительной резьбовой головкой и кулачком, опорной втулки со сферической внутренней поверхностью, сопрягаемой с приводным эксцентриковым валиком, упорного шарикового и радиального игольчатого подшипников. Шарошка смонтирована на приводном эксцентриковом валике, установленном по оси долота соосно присоединительной резьбовой головке и отклонена относительно оси долота кулачком приводного эксцентрикового валика на острый угол. В процессе работы долота шарошка фиксируется в центре забоя шпура с помощью центрирующего твердосплавного штыря в вершине рабочей поверхности шарошки и при вращении приводного эксцентрикового валика кулачок отклоняет шарошку относительно оси долота, обеспечивая качательное движение шарошки без скольжения, и тем самым последовательно по направлению вращения вводит в контакт с забоем незначительную часть зубков, разрушая породу по всему забою шпура. 2 ил.

Одношарошечное качающееся долото, включающее приводной эксцентриковый валик с присоединительной резьбовой головкой и кулачком, шарошку с рабочей поверхностью конической формы, армированной твердосплавными зубками, отличающееся тем, что шарошка дополнительно оснащена в вершине рабочей поверхности центрирующим твердосплавным штырем, смонтирована на приводном эксцентриковом валике, установленном по оси долота соосно присоединительной резьбовой головке, и отклонена относительно оси долота кулачком приводного эксцентрикового валика на острый угол.