БУРОВАЯ КОРОНКА Российский патент 2008 года по МПК E21B10/36 

Изобретение относится к горному делу, а именно к породоразрушающему инструменту для ударно-вращательного и вращательно-ударного бурения, и может быть использовано для бурения шпуров и скважин при производстве буровзрывных работ.

Известна буровая коронка, оснащенная твердосплавными зубками формы Г-26 с цилиндрическим корпусом и полусферической формой рабочей поверхности. Зубки такой формы применяются для оснащения буровых коронок, предназначенных для бурения крепких и очень крепких горных пород. (см., например, ГОСТ 880-75. Изделия твердосплавные для горного инструмента. Формы и размеры) (1).

Коронки, армированные по периферийной части торца зубками описанной выше формы, имеют весьма серьезный недостаток, заключающийся в том, что при армировании периферийной части коронки, которая, как правило, располагается под углом 15-20° относительно горизонтальной плоскости, такими зубками, последние быстро изнашиваются по периферийной части, а коронка теряет номинальный диаметр. Это происходит из-за малой массы твердого сплава, участвующей в формировании стенок скважины. В результате значительно уменьшается диаметр скважины, что усложняет, а иногда и делает невозможным заряжание их на полную глубину, если это взрывная скважина, т.к. патроны ВВ (взрывчатого вещества) имеют строго определенный диаметр.

Кроме того, в случае необходимости продолжения бурения глубоких скважин операция дохождения до забоя по зауженному интервалу скважины новой коронкой трудоемка и часто приводит к аварийной ситуации из-за заклинивания коронки.

Немаловажным является и тот факт, что породоразрушающие зубки, расположенные на меньших радиусах коронки, к моменту снятия ее с работы из-за потери диаметра, имеют износ не более 40%, т.е. налицо непропорциональный износ рабочих элементов коронки, а следовательно, и нерациональное использование дорогостоящего твердого сплава, т.к. реставрации буровые коронки такого типа не подлежат.

Наиболее близким по технической сути и ожидаемому результату является буровая коронка, содержащая корпус, оснащенный периферийными породоразрушающими элементами в виде зубков формы Г-23 (ГОСТ 880-75), рабочая часть каждого из них с затылочной стороны образована пересечением под острым углом двух цилиндров одинакового радиуса, а передняя часть плоскостью, пересекающей оба цилиндра под острым углом (см., например, Баженов М.Ф., Байгман С.Г., Карпачев Б.Г. Твердые сплавы. Справочник. М., "Металлургиздат, 1978, стр.125) (2).

Основным недостатком описанной выше буровой коронки, оснащенной такими зубками, является невозможность ее применения в породоразрушающих инструментах для ударно-вращательного или вращательно-ударного действия, т.к. такая форма зубка не выдерживает ударных нагрузок. Именно поэтому зубки формы Г-23 применяются в инструментах режущего типа - струги горных комбайнов, одношарошечные долота и пр., предназначенных для разрушения горных пород не выше средней крепости.

Ожидаемый технический результат настоящего изобретения заключается в увеличении износостойкости породоразрушающих элементов, предназначенных для армирования периферийной части буровой коронки, и в обеспечении возможности эффективного бурения твердых и крепких абразивных горных пород, разрушаемых ударными нагрузками. При этом рабочий ресурс периферийного вооружения приближается к ресурсу вооружения, расположенного на внутренних венцах коронки, что в целом увеличит ее эксплуатационную стойкость.

Указанный технический результат достигается тем, что в буровой коронке, содержащей корпус, оснащенный периферийными породоразрушающими элементами в виде зубков, калибрующая цилиндрическая поверхность каждого из которых образована пересечением двух цилиндрических поверхностей под острым углом, а пересекающиеся цилиндрические поверхности, образующие калибрующую цилиндрическую поверхность скважинообразующих зубков, имеют различный радиус, при этом калибрующая цилиндрическая поверхность их выполнена с радиусом, равным радиусу скважины, а рабочая часть скважинообразующих зубков дополнительно снабжена полусферической поверхностью, ось которой смещена в сторону центра скважины относительно оси зубка на величину, определяемую из аналитического выражения S=d₃/D_скв, где S - величина осевого смещения; d₃ - диаметр твердосплавного зубка, D_скв - диаметр скважины.

Сущность изобретения поясняется схематичным чертежом (фиг.1), на котором показан продольный разрез буровой коронки с периферийным зубком. На фиг.2 приведено схематичное изображение периферийной части серийной штыревой коронки в продольном разрезе корпуса и калибрующего зубка.

Буровая коронка включает корпус 1 и скважинообразующий зубок 2, установленный в периферийной части корпуса 1 коронки под углом α к горизонтальной плоскости, величина которого находится в пределах 15-20° в зависимости от крепости пород. Скважинообразующий зубок 2 состоит из основного цилиндрического тела 3, калибрующей цилиндрической поверхности 4, которая образована пересечением двух цилиндров с различными радиусами и имеет радиус, равный радиусу скважины. Калибрующая цилиндрическая поверхность 4 расположена под острым углом к основному цилиндрическому телу 3 скважинообразующего зубка 2 и производит калибровку стенок скважины. Рабочая часть скважинообразующего зубка 2 содержит также дополнительное тело 5, заключенное между полусферической 6 и верхней торцевой 7 поверхностями скважинообразующего зубка 2, обеспечивающей разрушение периферийной части забоя в ударном режиме. Ось полусферической поверхности 6 O2 смещена от оси скважинообразующего зубка 2 О1 в сторону оси скважины на величину S. Величина S определяется расчетным путем и зависит от диаметров скважинообразующего зубка 2 и скважины, определяемая из выражения:

S=d₃/D_скв,

где S - величина осевого смещения;

d₃ - диаметр твердосплавного породообразующего зубка;

D_скв - диаметр скважины.

Рассмотрим для сравнения фиг.2, на которой приведено схематичное изображение периферийной части серийной штыревой коронки в продольном разрезе корпуса 1 и калибрующего зубка 2.

При известной форме рабочей части периферийного зубка потеря номинального диаметра коронки dн происходит сразу же с момента начала ее работы на забое, т.к. зубок касается стенки скважины практически в одной точке. В процессе работы коронки зубок быстро изнашивается до диаметра dк_{- конечный диаметр, при котором дальнейшее бурение скважины становится невозможным из-за заклинивания коронки. При таком состоянии коронки в контакте со стенкой скважины находится криволинейная поверхность, радиус которой равен радиусу уже зауженной скважины, а интенсивность износа периферийной части зубка резко снижается. Но к этому моменту коронка значительно потеряла свой первоначальный диаметр, в то время как износ всех остальных зубков, находящихся на внутренних венцах, далеко не исчерпан.}

Из сказанного следует, что рабочий ресурс коронки определяется главным образом износостойкостью ее периферийного вооружения.

При заявляемой форме рабочей части скважинообразующих зубков 2 - цилиндрической 4, с радиусом, равным радиусу скважины, и дополнительной сферической 6 поверхностях, в контакте со стенкой скважины сразу находится поверхность с радиусом Rн (начальный диаметр скважины - dн скв) и высотой контактирующей поверхности, приближенной к величине вылета зубка Н над телом корпуса 1 коронки.

Следовательно, коронка по данному изобретению имеет первоначальную контактную поверхность периферийного зубка со стенкой скважины, равную конечной контактной поверхности при известной форме периферийного зубка. Чтобы уменьшить диаметр предлагаемой коронки до диаметра известной, необходимо истереть в несколько раз больший объем твердого сплава (заштрихованные площади на фиг.1 и 2), в результате износостойкость коронки до потери первоначального диаметра также возрастет в несколько раз. К моменту снятия коронки с отработки износ и всех остальных зубков, расположенных на внутренних венцах, достигнет рационально допустимого предела, т.е. рабочий ресурс периферийных и всех остальных зубков выравнится.

Таким образом, описываемое изобретение имеет следующие преимущества перед известными:

- увеличивается калибрующая способность коронки;

- повышается износостойкость периферийного вооружения и эксплуатационная стойкость коронки;

- выравниваются рабочие ресурсы периферийного вооружения и вооружения, размещенного на других венцах коронки;

- расширяется область применения коронки.

Изобретение относится к горному делу, а именно к породоразрушающему инструменту для ударно-вращательного и вращательно-ударного бурения, и может быть использовано для бурения шпуров и скважин при производстве буровзрывных работ. Позволяет увеличить износостойкость породоразрушающих элементов, предназначенных для армирования периферийной части буровой коронки, и обеспечить возможность эффективного бурения твердых и крепких абразивных горных пород, разрушаемых ударными нагрузками. Коронка содержит корпус, оснащенный периферийными породоразрушающими элементами в виде зубков, калибрующая цилиндрическая поверхность каждого из которых образована пересечением двух цилиндрических поверхностей под острым углом. Калибрующая цилиндрическая поверхность выполнена с радиусом, равным радиусу скважины. Рабочая часть зубков имеет сферическую поверхность, ось которой смещена в сторону центра скважины относительно оси зубка на величину, определяемую из аналитического выражения - S=d₃/D_скв, где S - величина осевого смещения, d₃ - диаметр зубка, D_скв - диаметр скважины. 2 ил.

Буровая коронка, содержащая корпус, оснащенный периферийными породоразрушающими элементами в виде зубков с двумя цилиндрическими поверхностями, пересекающимися под острым углом, отличающаяся тем, что пересекающиеся цилиндрические поверхности, образующие калибрующую цилиндрическую поверхность скважинообразующих зубков, имеют различный радиус, при этом калибрующая цилиндрическая поверхность их выполнена с радиусом, равным радиусу скважины, а рабочая часть скважинообразующих зубков дополнительно имеет сферическую поверхность, ось которой смещена в сторону центра скважины относительно оси скважинообразующего зубка на величину, определяемую из аналитического выражения S=d₃/D_скв, где S - величина осевого смещения, d₃ - диаметр зубка, D_скв - диаметр скважины.