БЕЗЛЕЗВИЙНАЯ БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 2003 года по МПК E21B10/56 

Изобретение относится к оборудованию для бурения шпуров в горных породах, в частности к буровым коронкам, применяемым при бурении горных пород.

Известны буровые коронки для ударно-поворотного бурения шпуров [1, с.80, рис. 1.34 в (вторая сверху)]. Эти коронки имеют конусное соединение с буровыми штангами, оснащены твердосплавными вставками-штырями, имеющими цилиндро-клиновую форму, цилиндрической частью вставки впаиваются в торец коронки, а заостренные клиновые части образуют перья коронки с рабочими лезвиями. Известны также коронки с клиновыми вставками-штырями (призматическими и цилиндрическими), образующими три (трехперые) [2, с.167, рис.5.6 г] и четыре (крестовые) пера [2, с.167, рис.5.6 б]. Такие буровые коронки обладают важным недостатком: лезвия вставок-штырей, являясь концентраторами напряжений, при воздействии на забой подвержены быстрому разрушению, что существенно уменьшает их ресурс.

Значительно больший ресурс имеют коронки с конусным соединением со штангами, оснащенные цилиндросферическими вставками [2, с.167, рис.5.6 в]. Такие коронки не имеют лезвий, то есть острых кромок, а потому имеют название безлезвийных и воздействуют на забой сферическими поверхностями. Цилиндросферические вставки в таких коронках устанавливаются по всей торцевой поверхности коронок с различными углами наклона по отношению к геометрической оси буровых штанг.

Такие безлезвийные коронки обладают двумя важными недостатками.

Во-первых, так как воздействие со стороны забоя на вставки происходит по нормали к сферической поверхности, а это значит вдоль геометрических осей вставок, а разные вставки наклонены к оси коронки под разными углами, то суммарное воздействие усилий от забоя способно приводить к дополнительным ненужным воздействиям на конусное соединение коронки со штангой вплоть до его рассоединения или разрушения.

Во-вторых, в таких коронках отсутствуют перья, которые организовывали бы целенаправленное воздействие на забой, представляющий собой винтовую поверхность, обусловленную двумя видами движения коронки - вращательным вокруг оси коронки и поступательным вдоль этой же оси, собственно, обеспечивающими бурение. Отсутствие выраженных перьев у коронки создает ей затруднение в сложном движении в пространстве шпура. Разрушение породы при бурении такими коронками происходит по всей поверхности забоя за счет выкалывания лунок, то есть, по сути, не используется факт вращения буровой штанги, не происходит скалывания секторов горной породы.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков прототипа.

Решение задачи достигается тем, что в безлезвийной буровой коронке, оснащенной твердосплавными цилиндросферическими вставками и имеющей конусное соединение с буровой штангой, цилиндросферические вставки устанавливаются с углом наклона их геометрических осей к оси коронки под углом, равным углу конусности соединения коронки со штангой, причем наклон осей вставок выполнен противоположным направлению вращения коронки, а взаимное расположение соседних вставок обеспечивает образование выраженных перьев коронки.

Предлагаемая безлезвийная коронка приведена на Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, где изображена коронка в трех проекциях. На Фиг.4, Фиг.5 обозначено место I на Фиг.2
1 - цилиндросферические твердосплавные вставки, образующие левое перо коронки;
2 - цилиндросферические твердосплавные вставки, образующие правое перо коронки;
3 - буровая штанга, с которой соединяется буровая коронка;
O₁O₁ - геометрическая ось коронки;
O₁O'₁ и O₁O''₁ - геометрические оси наклоненных цилиндросферических вставок;
α₁ - угол конусности соединения коронки с буровой штангой;
α₂ - угол наклона геометрической оси цилиндросферической твердосплавной вставки к оси коронки;
V - направление движения вставки по ее траектории;
R - нормальная реакция со стороны забоя на вставку;
Rt - тангенциальная составляющая реакции R.

Работает коронка следующим образом: буровая штанга получает вращение от бурильной машины и по штанге наносятся продольные удары. При этом безлезвийная коронка своими перьями воздействует на забой, разрушая его. С целью обеспечения надежного удержания коронки на буровой штанге угол α₂ наклона геометрической оси вставки к оси коронки выполняется равным углу α₁ - углу конусности соединения коронки со штангой.

Принципиальное отличие предлагаемой безлезвийной коронки от известных выражается в следующем.

Во-первых, усилие удара в ней распространяется по оси вставки в направлении O₁O'₁ (Фиг.4) и далее параллельно конусному соединению корпуса коронки со штангой, полученное распределение сил будет способствовать более успешному заклиниванию коронки на конусе штанги.

Во-вторых, при воздействии реакции от забоя наклоненная к оси коронки реактивная сила R (Фиг.4) со стороны забоя за счет ее тангенциальной составляющей Rt будет способствовать разрушению горной породы путем ее скола.

В-третьих, безлезвийная коронка, армированная вставками, расположенными в форме перьев, будет создавать два вида разрушения: выкалывание лунок под каждой вставкой в отдельности и скалывание секторов от совместного действия вставок-перьев.

Поскольку усилие удара при бурении, как правило, достигает больших значений (10. ..20 т), то даже небольшое перераспределение сил за счет наклона вставок приведет к существенным эффектам как при закреплении коронки на конусе штанги, так и при сколе породы при совместном действии вставок-перьев.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Васильев В.М. Перфораторы: Справочник. - М.: Недра, 1989.

2. Гетопанов В.Н., Гудилин Н.С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1991. - 304 с.

Изобретение относится к оборудованию для бурения шпуров в горных породах, в частности к буровым коронкам, применяемым при бурении горных пород. Безлезвийная буровая коронка оснащена цилиндросферическими твердосплавными вставками и имеет конусное соединение с буровой штангой. Цилиндросферические вставки установлены с углом наклона геометрических осей к оси коронки, равным углу конусности соединения коронки со штангой. Наклон осей вставок выполнен противоположным направлению вращения коронки, а взаимное расположение соседних вставок обеспечивает образование выраженных перьев коронки. Расположение вставок в форме перьев добавляет возможность скалывания горной породы. Наклон вставок создает распределение сил, способствующее лучшему креплению буровой коронки. Обеспечивается высокая надежность конусного крепления буровой колонки, при этом используется энергия удара на разрушение горной породы сколом, обеспечивается два вида разрушения выкалыванием лунок и скалыванием секторов. В результате повышается надежность работы коронки. 5 ил.

Безлезвийная буровая коронка, оснащенная цилиндросферическими твердосплавными вставками и имеющая конусное соединение с буровой штангой, отличающаяся тем, что цилиндросферические вставки установлены с углом наклона геометрических осей к оси коронки, равным углу конусности соединения коронки со штангой, причем наклон осей вставок выполнен противоположным направлению вращения коронки, а взаимное расположение соседних вставок обеспечивает образование выраженных перьев коронки.