ДОЛОТО ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ, ИМЕЮЩЕЕ ТВЕРДОСПЛАВНУЮ ВСТАВКУ С ВЫЕМКОЙ Российский патент 2010 года по МПК E21B10/55 E21B10/58 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к инструменту для разработки месторождений, например, такому как долото для вращательного бурения, включая режущую вставку для него, и к способу бурения посредством использования долота для вращательного бурения, при этом долото пригодно для бурения различных подземных слоев. Более точно, изобретение относится к долоту для бурения кровли, включая режущую вставку для него, и к способу использования долота для бурения кровли, при этом долото пригодно для бурения скважин в подземной шахте.

Расширение шахты, например, такой как угольная шахта, требует выкапывания туннеля. Вначале данный туннель имеет неподкрепленную кровлю. Поскольку кровля не подкреплена, существует повышенная вероятность обрушения кровли шахты, что, само собой разумеется, приводит к дополнительным рискам добычи угля подземным способом. Кроме того, неподкрепленная кровля подвержена выпадению породы и обломков из кровли. Падающая порода и обломки могут вызвать травмирование рабочих, а также создать опасные помехи на дне туннеля.

Для крепления и обеспечения устойчивости кровли в подземном туннеле шурфы бурят в кровле, то есть в подземных слоях. Устройство, используемое для бурения данных шурфов, содержит бур с длинным валом, то есть буровым стальным элементом, прикрепленным к буру. Долото для бурения кровли прикреплено с возможностью отсоединения к буровому стальному элементу на дальнем конце его. В этом случае долото для бурения кровли поджимают к кровле и бурильное устройство приводят в действие для бурения шурфа в кровле. Шурфы проходят на расстояние от приблизительно двух футов до приблизительно двадцати футов в кровлю в зависимости от конкретной ситуации. Типовая частота вращения составляет от приблизительно 100 оборотов в минуту (об/мин) до приблизительно 800 об/мин, и типовое осевое усилие составляет от приблизительно 1000 фунтов до приблизительно 10000 фунтов в течение времени, достаточного для бурения заданного шурфа в слоях земли.

Элементы для крепления кровли, такие как кровельные панели, прикрепляют затем к штангам анкерной крепи. В одном альтернативном способе данные шурфы заполняют смолой, и штанги анкерной крепи фиксируют внутри шурфов. В другом альтернативном способе в штангах анкерной крепи используются оболочки механических расширителей для фиксации штанг анкерной крепи в шурфах. Конечным результатом использования любого из двух способов является кровля, которая подкреплена и, следовательно, имеет значительно большую устойчивость, чем неподкрепленная кровля. Это позволяет уменьшить риски, связанные с подземными горными работами. Процесс крепления кровли анкерной крепью считается важным мероприятием при выполнении подземных горных работ.

Операции крепления кровли анкерной крепью являются причиной наибольшего числа травм с временной потерей трудоспособности при подземных горных работах. Во время процесса крепления кровли анкерной крепью кровля не подкреплена, так что она не имеет оптимальной устойчивости. Кроме того, процесс крепления кровли анкерной крепью приводит к возникновению нагрузок, действующих на кровлю, что вызывает дополнительное увеличение опасностей травмирования во время процесса крепления кровли анкерной крепью. Таким образом, уменьшение общего времени, необходимого для образования шурфов позволяет сократить время, необходимое для завершения процесса крепления кровли анкерной крепью. Это желательно, поскольку это способствует повышению общей скорости, эффективности и безопасности процесса крепления кровли анкерной крепью.

Несмотря на то что могут быть дополнительные способы уменьшения общего времени выполнения бурения необходимых шурфов, один способ заключается в использовании долота для бурения кровли, которое имеет больший фактический ресурс стойкости, с тем, чтобы уменьшить число раз, когда долото для бурения кровли должно быть заменено во время процесса крепления кровли анкерной крепью. Другой способ уменьшения общего времени выполнения процесса крепления кровли анкерной крепью заключается в использовании долота для бурения кровли, которое бурит шурфы быстрее.

Долото для бурения кровли, как правило, содержит стальной корпус долота, который прикреплен к бурильному стальному элементу. Корпус долота имеет аксиальный передний конец, к которому прикреплена режущая вставка, как правило, посредством пайки твердым припоем. Режущая вставка представляет собой компонент долота для бурения кровли, который, как правило, оказывает наибольшее влияние на фактический ресурс стойкости долота для бурения кровли и на скорость, с которой долото для бурения кровли бурит шурфы.

Поэтому прежде специалистами были разработаны режущие вставки для долот для бурения кровли, которые имели различные геометрические характеристики. Например, в патенте США No.4342368 на имя Denman раскрыта режущая вставка долота для бурения кровли. Данная режущая вставка имеет переднюю грань и переднюю поверхность, которые пересекаются с образованием режущей кромки. Данная вставка имеет вырез.

В качестве другого примера в патенте США No. 4787464 на имя Ojanen раскрыта режущая вставка для долота для бурения кровли. Данная вставка имеет переднюю грань, наклоненную под постоянным углом относительно оси поворота. Режущая вставка также имеет переднюю поверхность с переменным задним углом, уменьшающимся с увеличением радиального расстояния от оси у ее дистальной кромки в радиальном направлении.

Еще один пример режущей вставки долота для бурения кровли представлен в патенте США No. 6595305 на имя Dunn и др., в котором показано долото для бурения кровли, которое имеет режущую вставку на его конце, переднем в аксиальном направлении. Режущая вставка имеет три режущие кромки.

В жестких условиях бурения или в геологических условиях со слоистыми структурами долото для бурения кровли, в котором используется режущая вставка большей толщины (например, режущая вставка, которая имеет толщину, равную приблизительно 0,250 дюйма (6,35 миллиметра)), как правило, будет меньше ломаться по сравнению с долотом для бурения кровли, в котором используется более тонкая режущая вставка (например, режущая вставка, которая имеет толщину, равную приблизительно 0,180 дюйма (4,57 миллиметра)). Долото для бурения кровли, в котором используется режущая вставка большей толщины, представляет собой одно средство уменьшения общего времени выполнения процесса крепления кровли анкерной крепью ввиду уменьшения случаев поломок. Однако при использовании долота для бурения кровли, в котором применяется режущая вставка большей толщины, как правило, имеет место уменьшение скорости проходки, и, следовательно, несмотря на то, что имеет место уменьшение поломок режущих вставок, имеет место также соответствующее уменьшение общей скорости бурения.

Следовательно, становится очевидным то, что было бы желательно создать усовершенствованное долото для бурения кровли, которое способствует быстрому выполнению процесса крепления кровли анкерной крепью. Кроме того, очевидно, что было бы желательно создать усовершенствованное долото для бурения кровли, которое имеет больший фактический ресурс стойкости. Кроме того, очевидно, что было бы желательно создать усовершенствованное долото для бурения кровли, которое имеет увеличенную скорости проходки. В завершение, очевидно, что было бы желательно создать усовершенствованное долото для бурения кровли, которое имеет как больший фактический ресурс стойкости, так и увеличенную скорость проходки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном варианте его осуществления изобретение представляет собой твердосплавную вставку долота для вращательного бурения, содержащую удлиненный корпус, выполненный с возможностью поворота вокруг центральной оси и имеющий две симметричные относительно центральной оси половины. Удлиненный корпус имеет центральную выемку, расположенную между его половинами. Каждая половина имеет переднюю грань и верхнюю поверхность. Верхняя поверхность имеет переднюю поверхность и заднюю затылованную поверхность, при этом передняя поверхность и задняя затылованная поверхность являются смежными и не являются копланарными. Имеется передняя режущая кромка на пересечении передней грани и передней поверхности верхней поверхности. Передняя поверхность наклонена под постоянным углом наклона в радиальном направлении относительно первой радиальной линии, проходящей от центральной оси, и передняя поверхность наклонена вниз и назад от передней режущей кромки.

В другом варианте его осуществления изобретение представляет собой долото для вращательного бурения, которое содержит удлиненный корпус, имеющий аксиальную переднюю поверхность, которая имеет прикрепленную к ней твердосплавную вставку. Вставка содержит удлиненный корпус, который выполнен с возможностью поворота вокруг центральной оси и имеет две симметричные относительно центральной оси половины. Удлиненный корпус имеет центральную выемку, расположенную между половинами корпуса. Каждая половина имеет переднюю грань и верхнюю поверхность. Верхняя поверхность имеет переднюю поверхность и заднюю затылованную поверхность, при этом передняя поверхность и задняя затылованная поверхность являются смежными и не являются копланарными. Имеется передняя режущая кромка на пересечении передней грани и передней поверхности верхней поверхности. Передняя поверхность наклонена под постоянным углом наклона в радиальном направлении относительно первой радиальной линии, проходящей от центральной оси, и передняя поверхность наклонена вниз и назад от передней режущей кромки.

В еще одном варианте его осуществления изобретение представляет собой твердосплавную вставку долота для вращательного бурения, которая включает в себя удлиненный корпус, выполненный с возможностью поворота вокруг центральной оси. Удлиненный корпус имеет две симметричные относительно центральной оси половины. Удлиненный корпус имеет центральную выемку, расположенную между его половинами. Каждая половина имеет переднюю грань, верхнюю поверхность и переднюю режущую кромку на пересечении передней грани и верхней поверхности. Верхняя поверхность наклонена в радиальном направлении от центральной оси под переменным углом наклона относительно второй линии, нормальной как к первой радиальной линии, выдающейся от центральной оси, так и к центральной оси.

В еще одном варианте его осуществления изобретение представляет собой долото для вращательного бурения, содержащее удлиненный корпус, имеющий аксиальный передний конец с прикрепленной к нему [твердосплавной] вставкой. Вставка содержит удлиненный корпус, выполненный с возможностью поворота вокруг центральной оси. Удлиненный корпус имеет две симметричные относительно центральной оси половины. Удлиненный корпус имеет центральную выемку, расположенную между его половинами. Каждая половина имеет переднюю грань и верхнюю поверхность. Имеется передняя режущая кромка на пересечении передней грани и верхней поверхности. Верхняя поверхность наклонена в радиальном направлении от центральной оси под переменным углом наклона относительно второй линии, нормальной как к первой радиальной линии, выдающейся от центральной оси, так и к центральной оси.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Нижеследующее представляет собой краткое описание чертежей, на которых показано следующее:

фиг.1 изображает вид сбоку долота для вращательного бурения, имеющего корпус с впаянной твердосплавной вставкой;

фиг.2 - изометрический вид при одной ориентации вставки, показанной на фиг.1;

фиг.3 - вид сверху вставки по фиг.2;

фиг.4 - вид спереди вставки по фиг.2;

фиг.5 - вид сбоку вставки по фиг.2;

фиг.6 - изометрический вид при другой ориентации вставки по фиг.1;

фиг.7 - вид сверху другого конкретного варианта осуществления вставки;

фиг.8 - вид спереди еще одного конкретного варианта осуществления вставки;

фиг.9 - вид сверху вставки по фиг.8.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 проиллюстрировано долото для вращательного бурения в виде долота 20 для бурения кровли. Долото 20 имеет удлиненный корпус 22, как правило, изготовленный из стали. Корпус 22 долота имеет по существу цилиндрическую геометрическую форму. Корпус 22 имеет аксиальный передний конец 24, аксиальный задний конец 26. Корпус 22 имеет поперечный паз 28 на его конце 24. Корпус 22 бурового также имеет отверстие 30 для сбора пыли, которое находится в промежуточном положении между концами 24, 26. Во время операции бурения грязь и обломки могут проходить через отверстие 30. Долото 20 имеет твердосплавную вставку 34, расположенную в поперечном пазе 28 и, как правило, зафиксирована в нем посредством пайки твердым припоем.

Вставка 34, как правило, изготовлена из цементированного карбида вольфрама, который представляет собой смесь кобальта и карбида вольфрама. В патенте США No. 5467837 на имя Miller и др. представлены некоторые составы карбида вольфрама (с кобальтом в качестве связующего) для режущих вставок для долот для бурения кровли. Патент США No. 5467837 включен в данное описание посредством ссылки.

Более точно карбид вольфрама предпочтительно содержит от приблизительно 5 весовых процентов до приблизительно 15 весовых процентов кобальта и остаток - карбид вольфрама. Размер зерна карбида вольфрама может варьироваться. Например, размер зерен карбида вольфрама может варьироваться от приблизительно 1 микрона до приблизительно 18 микрон. Предпочтительный сорт карбида вольфрама варьируется в зависимости от конкретного применения. Нижеуказанные его сорта являются типичными для использования в качестве вставки в долоте для вращательного бурения. Сорт No. 1 имеет размер зерна карбида вольфрама в пределах диапазона от приблизительно 1 микрона до приблизительно 18 микрон, номинальное содержание кобальта приблизительно 5,7 весового процента и номинальную твердость по шкале А Роквелла, составляющую 88,3. Сорт No.2 имеет размер зерна карбида вольфрама, который находится в пределах диапазона от приблизительно 1 микрона до приблизительно 9 микрон, номинальное содержание кобальта приблизительно 6,0 весового процента и номинальную твердость по шкале А Роквелла, составляющую 90,4. Сорт No.3 имеет размер зерна карбида вольфрама, который находится в пределах диапазона от приблизительно 1 микрона до приблизительно 15 микрон, номинальное содержание кобальта приблизительно 5,6 весового процента и номинальную твердость по шкале А Роквелла, составляющую 89,4. Сорт No.4 имеет номинальное содержание кобальта приблизительно 6,0 весового процента и номинальную твердость по шкале А Роквелла, составляющую 89,6. Следует понимать, что вставка с покрытием может быть полезной. В этой связи одна подобная вставка представляет собой вставку с поликристаллическими синтетическими алмазами, которая содержит основу из цементированного карбида вольфрама и имеет один или несколько слоев поликристаллических синтетических алмазов так, как вставка, показанная в патенте ША No. 5429199 на имя Sheirer и др., озаглавленном “Cutting Bit and Cutting Insert” и принадлежащем правопреемнику по данной заявке на патент. Данный патент включен в данную заявку путем ссылки.

Одним предпочтительным твердым припоем является твердый припой HANDY HI-TEMP 548, изготавливаемый и продаваемый компанией Handy & Harmon, Inc., 859 Third Avenue, Нью-Йорк, Нью-Йорк 10022. Твердый припой HANDY HI-TEMP 548 имеет номинальный состав (в весовых процентах) - 54,0-56,0% меди; 5,5-6,5% никеля; 3,5-4,5% марганца, 0,01-0,040% кремния; остаток - цинк за исключением максимального содержания других элементов, равного 0,50 весового процента.

Одним предпочтительным способом использования данного твердого припоя является использование его в виде тонкой прокладки, которая используется совместно с перфорированной стальной прокладкой. В патенте США No. 4817742 на имя Whysong и в патенте США No. 4817743 на имя Greenfield и др., которые все принадлежат правопреемнику по настоящей заявке на патент, раскрыты приведенные в качестве примера паяльные устройства. Каждый из данных патентов настоящим включен в данную заявку путем ссылки.

Вставка 34 имеет корпус 36, который имеет верхнюю поверхность (грань) 38 (фиг.2), нижнюю поверхность 40, противоположные боковые поверхности 42 и 44 и противоположные краевые поверхности 46 и 48. Корпус 36 имеет расположенную центрально U-образную выемку (или центральную выемку) 50. U-образная выемка 50 по существу разделяет корпус 36 на две противоположные симметричные соединенные части, которые являются симметричными относительно центральной оси А-А, а именно одну симметричную часть, 54 (фиг.3), и другую симметричную часть 56. По меньшей мере, в некоторых аспектах вставка (34) имеет геометрию, выполненную аналогично вставке, показанной на фиг.22 патента США No. 5172775 на имя Sheirer и др. (переуступленного правопреемнику по настоящей заявке на патент). Патент США No. 5172775 настоящим включен в данную заявку путем ссылки.

Как показано на фиг.2, вставка 34 имеет центральную ось А-А, при этом корпус 36 вставки выполнен с возможностью поворота вокруг центральной оси А-А. Имеется первая радиальная линия В-В, которая проходит в направлении радиально наружу от центральной оси А-А. Имеется вторая линия С-С, которая проходит через центральную ось А-А и является нормальной (перпендикулярной) к первой радиальной линии В-В. Как показано на фиг.3, вставка 34 имеет толщину “N”. Предпочтительно толщина “N” равна приблизительно 0,250 дюйма.

U-образная выемка 50 имеет противоположные края 51 и 52, которые определяют границы противоположных концов выемки 50. Выемка 50 дополнительно включает в себя U-образную поверхность 53. Как показано в частности на фиг.3, U-образная выемка 50 имеет такую ориентацию, что ее горизонтальная центральная ось D-D расположена под острым углом “E” относительно линии F-F, которая нормальна к сторонам 42 и 44 корпуса 36 вставки. Угол Е может находиться в диапазоне от приблизительно 0° до приблизительно 45°. Одна предпочтительная величина угла Е равна приблизительно 5°.

Симметричная часть 54 имеет переднюю грань 60 и противоположную заднюю грань 62 (фиг.3). Верхняя поверхность 38 содержит переднюю верхнюю поверхность 64 и заднюю затылованную поверхность 66. Передняя верхняя поверхность 64 и задняя затылованная поверхность 66 являются смежными и не являются копланарными (не расположена в одной плоскости). Передняя верхняя поверхность 64 и задняя затылованная поверхность 66 пересекаются с образованием верхней вершины 68, которая проходит вдоль длины одной симметричной части 54 от края 51 выемки 50 до одной кромки 46.

Как будет описано более подробно в связи с другой симметричной частью 56, передняя верхняя поверхность 64 наклонена под постоянным углом G наклона (фиг.4) относительно первой радиальной линии В-В, проходящей от центральной оси А-А. Передняя верхняя поверхность 64 также наклонена под постоянным углом Н наклона (фиг.5) относительно второй линии С-С, нормальной к радиальной линии В-В. Задняя затылованная поверхность 66 ориентирована под некоторым углом относительно передней верхней поверхности 64. В этом отношении, задняя затылованная поверхность 66 наклонена в радиальном направлении от центральной оси А-А под переменным углом наклона относительно второй линии С-С.

Одна кромка 46 имеет передний участок 70 кромки и задний участок 72 кромки. Передний участок 70 кромки и задний участок 72 кромки являются смежными друг с другом. Передний участок 70 кромки имеет такую ориентацию, что он расположен под острым углом I относительно линии, которая нормальна к передней грани 60. Угол I может находиться в диапазоне от приблизительно 0° до приблизительно 10°. Один предпочтительный угол I равен приблизительно 5°. Задний участок 72 кромки имеет такую ориентацию, что он расположен под острым углом J относительно линии, которая нормальна к передней грани 60. Угол J может находиться в диапазоне от приблизительно 5° до приблизительно 45°. Один предпочтительный угол J равен приблизительно 22°.

Передняя верхняя поверхность 64 пересекается с передним участком 70 кромки и частью заднего участка 72 кромки с образованием переднего угла 74, который имеет переднюю часть 74А, образованную пересечением передней верхней поверхности 64 и переднего участка 70 кромки, и заднюю часть 74В, образованную пересечением передней верхней поверхности 64 с частью заднего участка 72 кромки. Задняя верхняя поверхность 66 пересекается с частью заднего участка 72 кромки с образованием заднего угла 76. Боковая задняя кромка 78 находится на пересечении между передней гранью 60 и передним участком 70 кромки. Передняя режущая кромка 80 находится на пересечении между передней гранью 60 и передней верхней поверхностью 64. Задняя кромка 82 находится на пересечении между задней гранью 62 и задней затылованной поверхностью 66.

Передняя верхняя поверхность 64 образует пятистороннюю (то есть имеющую форму пятиугольника), по существу плоскую поверхность, при этом ни одни из сторон данной поверхности не параллельны друг другу. Более точно, данными сторонами являются: верхняя вершина 68, часть края 51 U-образной выемки 50, передняя режущая кромка 80, передняя часть 74А и задняя часть 74В переднего угла 74. Данные стороны ограничивают переднюю верхнюю поверхность 64. Задняя затылованная поверхность 66 образует четырехстороннюю, по существу плоскую поверхность, при этом ни одни из сторон данной поверхности не параллельны друг другу, то есть она образует поверхность с формой трапеции. Более точно, верхняя вершина 68, часть края 51 U-образной выемки 50, задняя кромка 82 и задний угол 76 определяют границы задней затылованной поверхности 66.

Другая симметричная часть 56 имеет переднюю грань 88 и противоположную заднюю грань 90. Верхняя поверхность 38 имеет переднюю верхнюю поверхность 92 и заднюю затылованную поверхность 94. Передняя верхняя поверхность 92 и задняя затылованная поверхность 94 пересекаются с образованием верхней вершины 96, которая проходит вдоль длины одной симметричной части 56 от края 52 выемки 50 до одной кромки 48.

Одна кромка 48 имеет передний участок 98 кромки и задний участок 100 кромки. Передний участок 98 кромки и задний участок 100 кромки являются смежными друг с другом. Передний участок 98 кромки имеет такую ориентацию, что он расположен под острым углом K относительно линии, которая нормальна к передней грани 88. Угол K может находиться в диапазоне от приблизительно 0° до приблизительно 10°. Один предпочтительный угол K равен приблизительно 5°. Задний участок 100 кромки имеет такую ориентацию, что он расположен под острым углом L относительно линии, которая нормальна к передней грани 88. Угол L может находиться в диапазоне от приблизительно 5° до приблизительно 45°. Один предпочтительный угол L равен приблизительно 22°.

Передняя верхняя поверхность 92 пересекается с передним участком 98 кромки и частью заднего участка 100 кромки с образованием переднего угла 102, который имеет переднюю часть 102А, образованную пересечением передней верхней поверхности 92 c передним участком 98 кромки, и заднюю часть 102В, образованную пересечением передней верхней поверхности 92 с частью заднего угла 100 кромки. Задняя затылованная поверхность 94 пересекается с частью заднего участка 100 кромки с образованием задней угловой зоны 104. Боковая задняя кромка 106 находится на пересечении между передней гранью 88 и передним участком 98 кромки. Передняя режущая кромка 108 находится на пересечении между передней гранью 88 и передней верхней поверхностью 92. Задняя кромка 110 находится на пересечении между задней гранью 90 и задней затылованной поверхностью 94.

Передняя верхняя поверхность 92 образует пятистороннюю (то есть имеющую форму пятиугольника), по существу плоскую поверхность, при этом ни одни из сторон данной поверхности не параллельны друг другу. Более точно, данными сторонами являются: верхняя вершина 96, часть края 52 U-образной выемки 50, передняя режущая кромка 108 и передняя часть 102А и задняя часть 102В переднего угла 102. Данные стороны ограничивают переднюю верхнюю поверхность 92. Задняя затылованная поверхность 94 образует четырехстороннюю, по существу плоскую поверхность, при этом ни одни из сторон данной поверхности не параллельны друг другу, то есть она образует поверхность с формой трапеции. Более точно, верхняя вершина 96, часть края 52 U-образной выемки 50, задняя кромка 110 и задняя угловая зона 104 определяют границы задней затылованной поверхности 94.

Передняя верхняя поверхность 92 наклонена под углом G наклона (фиг.4) относительно радиальной линии В-В, которая проходит от центральной оси А-А, и под постоянным углом Н наклона (фиг.5) относительно линии С-С, которая представляет собой вторую линию, нормальную к радиальной линии В-В. Угол G находится в диапазоне от приблизительно 10° до приблизительно 40°, при этом узкий диапазон - это диапазон от приблизительно 20° до приблизительно 35° и при этом наиболее предпочтительный угол G равен приблизительно 22°. Угол Н находится в диапазоне от приблизительно 10° до приблизительно 35°, и при этом наиболее предпочтительный угол Н равен приблизительно 22°.

Задняя затылованная поверхность 94 имеет некоторую ориентацию относительно передней верхней поверхности 92. В этом отношении, задняя затылованная поверхность 94 расположена под углом, равным приблизительно 18°, относительно первой радиальной линии В-В и расположена под переменным углом относительно линии С-С, при этом угол зависит от хорды радиуса, не параллельного линии В-В.

На фиг.7 показан другой вариант осуществления вставки 36'. Конструкция данного варианта осуществления вставки 36' выполнена аналогично вставке 34. Различие между вставкой 34 и вставкой 36' заключается в том, что во вставке 36' выемка 50' имеет такую ориентацию, что горизонтальная центральная ось D'-D' перпендикулярна к противоположным боковым поверхностям 42' и 44'.

Показанный на фиг.8 и 9 еще один конкретный вариант осуществления вставки 200 аналогичный вставке по патенту США No. 4787464 на имя Ojanen (патент США No. 4787464 на имя Ojanen настоящим включен в данную заявку путем ссылки), за исключением того, что вставка 200 имеет выполненную в ней центральную выемку 218. Вставка 200 имеет корпус 202, который выполнен с возможностью поворота вокруг его центральной оси X-X и является симметричным относительно нее. Каждая симметричная половина с противоположных сторон от оси X-X включает в себя верхнюю поверхность 204, которая пересекает переднюю грань 206 с образованием режущей кромки 208. Верхняя поверхность 204 имеет угол наклона относительно линии 210 (линии, которая нормальна как к оси X-X, так и к радиальной линии 212), который уменьшается с увеличением расстояния в радиальном направлении от оси X-X.

Аналогично тому, что описано в патенте США No. 4787464, угол наклона верхней поверхности 204 уменьшается с увеличением расстояния в радиальном направлении от центральной оси X-X. В точке, ближайшей к центральной оси X-X, угол наклона может находиться в диапазоне от приблизительно 25 градусов до приблизительно 55 градусов. На конце вставной режущей пластины, дистальном в радиальном направлении, угол наклона может находиться в диапазоне от приблизительно 15 градусов до приблизительно 25 градусов.

Были проведены испытания для сравнения эксплуатационных характеристик долота для бурения кровли по изобретению с двумя сравнительными стандартными долотами для бурения кровли по предшествующему уровню техники. Одним сравнительным долотом для бурения кровли, то есть Сравнительными No. 1А и 1 В, используемым в сравнительных испытаниях, было стандартное долото SV1 19 для бурения кровли, изготавливаемое и продаваемое компанией Kennametal Inc., Latrobe, Пенсильвания 15650, при этом данное долото SV1 19 для бурения кровли имело центральную канавку и стандартный задний угол в 21 градус. Другим сравнительным долотом для бурения кровли, то есть Сравнительным No. 2А и 2В, было стандартное долото модели RRWT для бурения кровли, изготавливаемое и продаваемое компанией Kennametal Inc., при этом долото RRWT для бурения кровли содержало толстую (то есть с толщиной, равной 0,250 дюйма) вставку, которая имела заднюю поверхность с канавками, но не имела центральной выемки. В долотах для бурения кровли по изобретению (No. 3А и No. 3В), предназначенных для испытаний, использовалась вставка, которая имела как центральную выемку, так и угол резания, аналогичный тому, который показан на фиг.2.

Испытания были проведены в лабораторных условиях посредством бурения блока гранита Barre без какого-либо охлаждающего средства (то есть посредством сухого бурения) с осевым усилием, равным 5760 фунтам, и с частотой вращения, равной 300 оборотам в минуту (об/мин). Результаты данных испытаний приведены ниже в таблице 1. Для каждого типа долота для бурения кровли были проведены два испытания. Для каждого из испытаний в таблице 1 приведены глубина, пробуренная долотом для бурения кровли и измеренная в дюймах, и время, затраченное для бурения шурфа и измеренное в секундах. Кроме того, в таблице 1 приведены среднее пробуренное расстояние, измеренное в дюймах, среднее время бурения, измеренное в секундах, и средняя скорость проходки проникновения, измеренная в дюймах в секунду.

Таблица 1 Результаты сравнительных испытаний при бурении гранита Barre при осевом усилии 5760 фунтов и частоте вращения 300 об/мин Долото для бурения кровли Пробуренное расстояние (дюймы) Время бурения
(секунды) Среднее пробуренное расстояние (дюймы) Среднее время бурения
(секунды) Средняя скорость проходки (дюйм/с) Сравн. No. 1А 28,36329 102 - - - Сравн. No. 1В 27,9873 95,25 - - - Среднее для Сравн. No.No. 1А и 1В - - 28,175295 98,625 0,286 Сравн. No. 2А 28,07488 96,25 - - - Сравн. No. 2В 28,3168 93,75 - - - Среднее для Сравн. No. 2А и 2В - - 28,19584 95 0,297 No. 3А по изобретению 27,89782 87,5 - - - No. 3В по изобретению 27,62422 80 - - - Среднее для No. 3А и 3В
по изобретению - - 27,76102 83,75 0,331

Результаты испытаний показывают, что при бурении гранита Barre с осевым усилием, равным 5760 фунтам, и с частотой вращения, равной 300 об/мин, долото для бурения кровли по изобретению (No. 3А и 3В по изобретению) имело скорость бурения, которая приблизительно на 15,9 процента превышала скорость бурения для долота SV1 19 для бурения кровли (Сравн. No. 1А и 1В) и приблизительно на 11,5 процента превышала скорость бурения для долота RRWT (Сравн. No. 2А и 2В). Данные результаты показывают увеличение скорости бурения, которое было достигнуто посредством настоящего изобретения.

Патенты и другие документы, указанные здесь, настоящим включены в данную заявку путем ссылки. Другие варианты осуществления изобретения будут очевидны для специалистов в данной области техники при рассмотрении описания или из реализации изобретения, раскрытого здесь, на практике. Предусмотрено, что описание и примеры являются только иллюстративными и не предназначены для того, чтобы ограничивать объем изобретения. Истинный объем и сущность изобретения определяются нижеприведенной формулой изобретения.

Изобретение относится к долоту для бурения кровли, включая режущую вставку для него, и к способу использования долота для бурения кровли, при этом долото пригодно для бурения скважин в подземной шахте. Технический результат - увеличение фактического ресурса стойкости долота для бурения кровли и увеличение его скорости проходки. Твердосплавная вставка долота для вращательного бурения, содержащая удлиненный корпус, выполненный с возможностью поворота вокруг центральной оси и имеющий две симметричные относительно центральной оси половины. Удлиненный корпус имеет центральную выемку, расположенную между симметричными половинами. Каждая симметричная половина имеет переднюю грань и верхнюю поверхность, которая имеет переднюю поверхность и заднюю затылованную поверхность, при этом передняя поверхность и задняя затылованная поверхность являются смежными и не являются копланарными. Каждая половина также имеет переднюю режущую кромку на пересечении передней грани и передней поверхности верхней поверхности. Передняя поверхность наклонена под постоянным углом наклона в радиальном направлении относительно первой радиальной линии, проходящей от центральной оси, и передняя поверхность наклонена вниз и назад от передней режущей кромки. 4 н. и 24 з.п. ф-лы, 1 табл., 9 ил.

1. Вставка долота для вращательного бурения, содержащая удлиненный корпус, выполненный с возможностью поворота вокруг центральной оси, имеющий две симметричные относительно центральной оси половины, и центральную выемку, расположенную между симметричными половинами, при этом каждая симметричная половина содержит переднюю грань, верхнюю поверхность, имеющую переднюю поверхность и заднюю затылованную поверхность, и передняя поверхность и задняя затылованная поверхность являются смежными и не являются копланарными, переднюю режущую кромку на пересечении передней грани и передней поверхности верхней поверхности; причем передняя поверхность наклонена под постоянным углом наклона в радиальном направлении относительно первой радиальной линии, проходящей от центральной оси, и передняя поверхность наклонена вниз и назад от передней режущей кромки.

2. Вставка по п.1, в которой передняя поверхность наклонена под постоянным углом наклона относительно второй линии, нормальной к первой радиальной линии и к центральной оси.

3. Вставка по п.2, в которой задняя затылованная поверхность наклонена в радиальном направлении от центральной оси под переменным углом наклона относительно второй линии.

4. Вставка по п.2, в которой угол наклона передней поверхности относительно второй линии находится в диапазоне от приблизительно 10° в до приблизительно 35°.

5. Вставка по п.4, в которой угол наклона передней поверхности относительно второй линии составляет приблизительно 22°.

6. Вставка по п.1, в которой передняя поверхность имеет форму пятиугольника.

7. Вставка по п.1, в которой задняя затылованная поверхность имеет форму трапеции.

8. Вставка по п.1, в которой стык между передней поверхностью и задней затылованной поверхностью образует верхнюю вершину, которая в радиальном направлении от центральной оси смещена от передней режущей кромки.

9. Вставка по п.1, в которой задняя затылованная поверхность является, по существу, плоской.

10. Вставка по п.1, в которой каждая из симметричных половин дополнительно включает в себя заднюю грань и дистальную кромку, при этом дистальная кромка наклонена назад и внутрь по направлению к задней грани.

11. Вставка по п.10, в которой дистальная кромка имеет передний участок кромки, наклоненный назад и внутрь по направлению к задней грани под первым углом наклона, и имеет задний участок кромки, наклоненный назад и внутрь по направлению к задней грани под вторым углом наклона.

12. Вставка по п.11, в которой второй угол наклона превышает первый угол наклона.

13. Долото для вращательного бурения, содержащее удлиненный корпус бурового долота, имеющий аксиальный передний конец, имеющий прикрепленную к нему твердосплавную вставку, содержащую удлиненный корпус, выполненный с возможностью поворота вокруг центральной оси, и имеющий две симметричные относительно центральной оси половины, и центральную выемку, расположенную между симметричными половинами, при этом каждая симметричная половина имеет переднюю грань, верхнюю поверхность, имеющую переднюю поверхность и заднюю затылованную поверхность, и передняя поверхность и задняя затылованная поверхность являются смежными и не являются копланарными, переднюю режущую кромку на пересечении передней грани и передней поверхности верхней поверхности, при этом передняя поверхность наклонена под постоянным углом наклона в радиальном направлении относительно первой радиальной линии, проходящей от центральной оси, и передняя поверхность наклонена вниз и назад от передней режущей кромки.

14. Долото по п.13, в котором передняя режущая кромка наклонена под постоянным углом наклона относительно второй линии, нормальной к первой радиальной линии и к центральной оси.

15. Долото по п.14, в котором задняя затылованная поверхность наклонена в радиальном направлении от центральной оси под переменным углом наклона относительно второй линии.

16. Долото по п.14, в котором угол наклона передней поверхности относительно второй линии находится в диапазоне от приблизительно 10° до приблизительно 55°.

17. Долото по п.13, в котором угол наклона передней поверхности относительно второй линии составляет приблизительно 22°.

18. Долото по п.13, в котором передняя поверхность наклонена на расстоянии в радиальном направлении от центральной оси под постоянным углом наклона относительно первой радиальной линии, проходящей от центральной оси, и наклонена под постоянным углом наклона относительно второй линии, нормальной к радиальной линии.

19. Долото по п.13, в котором передняя поверхность имеет форму трапеции.

20. Долото по п.13, в котором задняя затылованная поверхность имеет форму пятиугольника.

21. Долото по п.13, в котором задняя затылованная поверхность является, по существу, плоской.

22. Долото по п.13, в котором каждая симметричная половина включает в себя заднюю грань и дистальную кромку, которая наклонена назад и внутрь по направлению к задней грани.

23. Долото по п.22, в котором дистальная кромка имеет передний участок, наклоненный назад и внутрь по направлению к задней грани под первым углом наклона, и имеет задний участок, наклоненный назад и внутрь по направлению к задней грани под вторым углом наклона.

24. Долото по п.23, в котором второй угол наклона превышает первый угол наклона.

25. Долото по п.13, в котором удлиненный корпус имеет, по меньшей мере, одно отверстие для сбора пыли.

26. Твердосплавная вставка долота для вращательного бурения, содержащая удлиненный корпус, выполненный с возможностью поворота вокруг центральной оси, и имеющий две симметричные относительно центральной оси половины и центральную выемку, расположенную между симметричными половинами, при этом каждая симметричная половина содержит переднюю грань, верхнюю поверхность, переднюю режущую кромку на пересечении передней грани и верхней поверхности, при этом верхняя поверхность наклонена в радиальном направлении от центральной оси под переменным углом наклона относительно второй линии, нормальной к первой радиальной линии, проходящей от центральной оси, и к центральной оси.

27. Долото для вращательного бурения, содержащее удлиненный корпус имеющий аксиальный передний конец, имеющий прикрепленную к нему твердосплавную вставку, содержащую удлиненный корпус, выполненный с возможностью поворота вокруг центральной оси, и имеющий две симметричные центральной оси половины и центральную выемку, расположенную между симметричными половинами, при этом каждая симметричная половина содержит переднюю грань, верхнюю поверхность, переднюю режущую кромку на пересечении передней грани и верхней поверхности, при этом верхняя поверхность наклонена в радиальном направлении от центральной оси под переменным углом наклона относительно второй линии, нормальной к первой радиальной линии, проходящей от центральной оси, и к центральной оси.

28. Долото по п.27, в котором удлиненный корпус имеет, по меньшей мере, одно отверстие для сбора пыли.