БУРОВОЕ ДОЛОТО ДЛЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ И БУРИЛЬНАЯ КОМПОНОВКА ДЛЯ УДАРНОГО БУРЕНИЯ ГОРНОЙ ПОРОДЫ Российский патент 2016 года по МПК E21B10/36 E21B10/46 

Настоящее изобретение относится к буровому долоту для ударного бурения горных пород, содержащему головку долота, выполненную с возможностью прикрепления к концу бурильного элемента бурильной компоновки и имеющую диаметр больше диаметра бурильного элемента, причем головку долота, имеющую на переднем конце по направлению бурения множество вставных штырей, распределенных по головке долота и выполненных для контакта с материалом, подлежащим разрушению, а также бурильную компоновку для ударного бурения твердой породы согласно преамбуле независимых пунктов формулы изобретения.

Изобретение не ограничено каким-либо типом бурильной компоновки для использования бурового долота для горной породы, но первая может относиться к буровому станку с ударным механизмом на забое, а также буровому станку с выносным ударным механизмом, хотя показанное буровое долото для горной породы специально предназначено для последнего типа.

Кроме того, буровое долото для горной породы может иметь любой возможный размер и обычно имеет диаметр 30-300 мм. Аналогичное отсутствие ограничений применимо к задаваемой частоте ударов и скорости вращения бурового долота для горной породы в работе, хотя можно упомянуть, что они обычно находятся диапазонах 20-100 Гц и 20-500 оборотов в минуту, соответственно, но изобретение не исключает использования бурового долота для горной породы в высокочастотных компоновках, работающих при частоте выше 250 Гц и частоте, которая может достигать 1 кГц и выше.

Ниже описано показанное на фиг.1 и фиг.2 известное, так называемое стандартное буровое долото 1 для горной породы типа, описанного во вводной части. Буровое долото имеет бурильную головку 2 долота, выполненную с возможностью прикрепления на одном конце бурильного элемента, например, в форме бурильной трубы или бурильной штанги бурильной компоновки, и имеющую диаметр больше диаметра бурильного элемента. Данный бурильный элемент не показан на данных фигурах, но может быть выполнен с возможностью размещения в так называемой присоединительной муфте 3, интегральной с головкой долота и имеющей диаметр меньше диаметра головки долота. Другие способы соединения бурового долота с бурильным элементом являются возможными и известными в технике. Головка долота имеет на переднем конце 4 по направлению бурения множество калибровочных вставных штырей 5, расставленных по периметру головки 2 штыревого долота с округлыми вставками. Калибровочные вставные штыри выполнены с возможностью входа в контакт с материалом, подлежащим разрушению, и определения диаметра ствола 6 (см. фиг.1), подлежащего бурению буровым долотом для горной породы. Данные калибровочные вставные штыри выполнены из твердого материала, такого как цементированный карбид или карбид вольфрама. Торцевые вставные штыри 7, также из твердого материала, размещены на торцевой поверхности 8 для контакта с материалом, подлежащим разрушению. Также показан промывочный канал, открывающийся на торце промывочным отверстием 9 в торцевой поверхности.

В работе калибровочные вставные штыри 5 должны входить в контакт и разрушать горную породу вблизи стенок ствола 6, в котором находится буровое долото со штангой, и торцевые вставные штыри 7 должны разрушать горную породу ближе к центру такого ствола ударами, наносимыми буровым долотом для горной породы в направлении стрелки A. Буровое долото должно поворачиваться на некоторый угол, обычно около 5°, между каждым таким ударом.

Производительность работы бурового долота для горной породы данного типа, конечно, является важным признаком, и его можно выразить в виде скорости проходки бурового долота для горной породы, определяющейся как длина ствола, пробуренного за единицу времени (метров/в минуту). Скорость проходки может зависеть от износа вставных штырей, в особенности, калибровочных вставных штырей. На фиг.2 показано, что во время работы такого бурового долота для горной породы материал подвергается абразивному износу на периферии калибровочных вставных штырей, в результате здесь получается плоская поверхность 10, что делает штыри менее острыми и уменьшает скорость проходки. Данные плоские поверхности 10 должны во время работы бурового долота для горной породы расти, что в конечном результате дает такое уменьшение диаметра ствола, определяемого калибровочными вставными штырями, что буровое долото для горной породы требует замены. Естественно, постоянно предпринимаются попытки увеличить скорость проходки и продлить срок службы бурового долота для горной породы типа, указанного во вводной части.

Задачей настоящего изобретения является создание бурового долота для горной породы типа, определенного во вводной части, улучшенного, по меньшей мере, в некоторых аспектах относительно уже известных буровых долот для горной породы.

Данная задача согласно изобретению достигается благодаря созданию бурового долота для горной породы, в котором, по меньшей мере, один из вставных штырей выполнен с возможностью или штырю обеспечена возможность вращения вокруг собственной оси симметрии. При установке с возможностью вращения, по меньшей мере, одного вставного штыря в головке долота на данный вставной штырь должны во время бурения влиять ударные нагрузки и вращение бурового долота для горной породы для вращения вокруг собственной оси симметрии, так что части вставного штыря, входящие в контакт с породой, должны меняться, и вставной штырь должен равномерно изнашиваться и при этом самозатачиваться. Это означает, что данный вставной штырь должен благодаря действию самозатачивания поддерживать скорость проходки бурового долота для горной породы дольше, чем если он является неподвижно закрепленным в головке долота.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения множество вставных штырей включает в себя калибровочные вставные штыри, распределенные по периметру головки долота и выполненные с возможностью определения диаметра ствола, подлежащего бурению буровым долотом для горной породы, и, по меньшей мере, один из калибровочных, вставных штырей выполнен с возможностью или обеспечен возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии. Это означает, что данный калибровочный вставной штырь должен благодаря действию самозатачивания поддерживать скорость проходки бурового долота для горной породы до такой степени износа данного калибровочного вставного штыря, когда диаметр бурящегося отверстия, определяемого штырем, достигает минимального приемлемого уровня. Вместе с тем, это должно продолжаться дольше, чем если, по меньшей мере, один калибровочный вставной штырь является неподвижно закрепленным в головке долота, так что срок службы бурового долота для горной породы может также увеличиваться.

Согласно другому варианту осуществления изобретения буровое долото для горной породы содержит первый элемент, имеющий по существу проходящую по периметру кольцевую поверхность, образующую по существу форму усеченного конуса по направлению бурения, и, по меньшей мере, один калибровочный вставной штырь имеет участок основания, опирающийся на кольцевую поверхность, выполненную с возможностью передачи сил удара на калибровочный вставной штырь и обеспечения перемещения участка основания по поверхности при вращении. Передача сил удара на калибровочный вставной штырь такой поверхностью, действующей на участок основания, по меньшей мере, одного калибровочного вставного штыря, может увеличивать производительность ударных воздействий и уменьшать напряжения на калибровочном вставном штыре.

Согласно другому варианту осуществления изобретения буровое долото для горной породы содержит второй элемент, образующий передний конец головки долота и имеющий множество калибровочных вставных штырей, выступающих из него, и, по меньшей мере, один калибровочный вставной штырь, которому обеспечена возможность вращения, установлен в отверстии во втором элементе и обеспечен возможностью перемещения относительно стенки, образующей отверстие, при вращении.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, представляющему собой дополнительное развитие последнего упомянутого варианта осуществления, по меньшей мере, один калибровочный вставной штырь, которому обеспечена возможность вращения, имеет участок основания с сечением больше, чем у оставшейся части калибровочного вставного штыря, и, по меньшей мере, часть отверстия во втором элементе имеет площадь сечения меньше площади сечения участка основания для удержания калибровочного вставного штыря, размещенного во втором элементе. Благодаря выполнению такого участка основания в форме уступа, по меньшей мере, один калибровочный вставной штырь может надежно удерживаться во втором элементе бурового долота для горной породы, при этом штырю обеспечивается возможность вращения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения отверстие является сквозным отверстием, и калибровочный вставной штырь выполняется с участком основания сзади отверстия по направлению бурения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения первый элемент имеет средство, выполненное с возможностью скрепления данного элемента с бурильным элементом. Это означает, что буровое долото для горной породы может скрепляться с бурильным элементом с помощью первого элемента, создающего кольцевую поверхность для передачи ударных сил, по меньшей мере, на один калибровочный вставной штырь.

Согласно другому варианту осуществления изобретения буровое долото для горной породы имеет как первый, так и второй элемент и содержит средство, выполненное с возможностью скрепления второго элемента с первым элементом, что означает установку кольцевой поверхности внутри головки долота за вторым элементом. Средство, выполненное с возможностью скрепления второго элемента с первым элементом, согласно другому варианту осуществления изобретения, выполнено с возможностью разъемного скрепления данных элементов друг с другом, что означает, что второй элемент с калибровочными вставными штырями можно убирать и заменять, когда диаметр, определяемый калибровочными вставными штырями, достигает предельной минимальной величины, с сохранением первого элемента так, что не требуется замены всего бурового долота для горной породы, в результате получают экономию затрат.

Согласно другому варианту осуществления изобретения первый элемент является кольцом, выполненным с возможностью опирания на и/или скрепления с концом бурильного элемента. Такое так называемое кольцо толкателя представляется особенно интересным и дает в результате простую конструкцию бурового долота для горной породы, если буровое долото для горной породы также содержит средство скрепления второго элемента и, при этом, бурового долота для горной породы с бурильным элементом. В таком случае первый элемент не требует скрепления как с бурильным элементом, так и со вторым элементом, но должен удерживаться на месте вторым элементом.

Согласно другому варианту осуществления изобретения большинство калибровочных вставных штырей обеспечено возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии, и согласно дополнительному варианту осуществления изобретения все калибровочные вставные штыри бурового долота для горной породы обеспечены возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии. Преимущества устройства калибровочных вставных штырей, которым обеспечена возможность вращения, должны быть тем больше, чем больше калибровочных вставных штырей устроено таким образом, что дает в результате увеличенный срок службы бурового долота для горной породы и высокую скорость проходки, поддерживаемую в течение более долгого времени.

Согласно другому варианту осуществления изобретения головка долота имеет торцевую поверхность, снабженную множеством торцевых вставных штырей, выполненных с возможностью входа в контакт с материалом, подлежащим разрушению. Данные торцевые вставные штыри могут неподвижно закрепляться относительно торцевой поверхности, но согласно другому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один из торцевых вставных штырей обеспечен возможностью вращения вокруг своей собственной оси симметрии, что должно давать в результате равномерный износ торцевого вставного штыря и при этом его самозатачивание, так что штырь должен работать более эффективно и в течение более долгого времени, чем если штырь неподвижно закреплен относительно торцевой поверхности головки долота.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один торцевой вставной штырь имеет конструктивное исполнение, аналогичное, по меньшей мере, одному калибровочному вставному штырю, и второй элемент выполнен с возможностью размещения, по меньшей мере, одного торцевого вставного штыря аналогично, по меньшей мере, одному калибровочному вставному штырю.

Согласно другому варианту осуществления изобретения большинство торцевых вставных штырей или все торцевые вставные штыри обеспечены возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии.

Согласно другому варианту осуществления изобретения буровое долото для горной породы содержит промывочный канал, проходящий через головку долота и имеющий, по меньшей мере, одно промывочное отверстие, открывающийся на переднем конце и проходящий по периметру, по меньшей мере, одного вставного штыря, которому обеспечена возможность вращения вокруг собственной оси симметрии. Создавая проход промывочной среды, такой как вода, по периметру такого вставного штыря, которому обеспечена возможность вращения, поверхности и пространства головки долота и вставного штыря, обеспечивающие вращение, должны очищаться, что исключает любые проблемы износа при вращении вставного штыря внутри отверстия, в котором штырь размещен в головке долота.

Согласно другому варианту осуществления изобретения, по меньшей мере, один вставной штырь, которому обеспечена возможность вращения, установлен в отверстии в головке долота, и обеспечено его перемещение относительно стенки, образующей отверстие, при вращении, по меньшей мере, один вставной штырь снабжен проходящим по периметру кольцевым пазом, стенка, образующая отверстие, имеет охватывающий элемент, и буровое долото для горной породы содержит средство, выполненное с возможностью соединения паза и охватывающего элемента для закрепления вставного штыря в отверстии с обеспечением ему возможности вращения. Данный способ является предпочтительным и простым способом закрепления вставного штыря относительно головки долота с обеспечением ему возможности свободного вращения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения охватывающий элемент является кольцевым пазом в стенке отверстия, и соединительное средство содержит кольцо из упругого материала. Это обеспечивает простую установку вставного штыря в отверстие с вталкиванием его в отверстие со сжатым кольцом, которое должно расширяться, заходя в кольцевой паз в стене отверстия, и закреплять вставной штырь на месте с обеспечением ему возможности свободного вращения.

Согласно другому варианту осуществления изобретения соединительное средство содержит штифт, выполненный с возможностью ввода в паз и охватывающий элемент для неподвижного закрепления относительно головки долота и закрепления вставного штыря в отверстии с обеспечением ему возможности вращения. Такой стопорный штифт должен также являться простым средством обеспечения закрепления вставного штыря в отверстии головки долота с обеспечением ему возможности свободного вращения.

Изобретение также относится к бурильной компоновке для ударного бурения горной породы и способу ударного бурения горной породы согласно независимому пункту формулы изобретения для такой компоновки и способа. Такая бурильная компоновка делает возможным проведение бурения горной породы с высокой скоростью проходки в течение более продолжительного времени и с более редкой заменой бурового долота для горной породы по сравнению с аналогичными бурильными компоновками, использующими известные буровые долота для горной породы.

Изобретение также относится к использованию бурового долота для горной породы согласно изобретению для ударного бурения грунта, такого как горная порода.

Дополнительные преимущества, а также предпочтительные признаки изобретения должны стать ясны из следующего описания.

Ниже приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи описание вариантов осуществления изобретения в виде примеров.

На чертежах показано следующее:

На фиг.1 показано весьма упрощенно буровое долото для горной породы известной техники в работе.

На фиг.2 показано в перспективе буровое долото для горной породы известной техники после некоторого времени работы.

На фиг.3 показан в перспективе принцип бурового долота для горной породы согласно настоящему изобретению.

На фиг.4 показано продольное сечение части бурового долота для горной породы согласно первому варианту осуществления изобретения в работе.

На фиг.5 показано в разобранном виде буровое долото для горной породы фиг.4.

На фиг.6 показан вид, соответствующий фиг.4, бурового долота для горной породы согласно второму варианту осуществления изобретения.

На фиг.7 показано в разобранном виде буровое долото для горной породы фиг.6.

На фиг.8 упрощенно показан вид, соответствующий фиг.4, бурового долота для горной породы согласно третьему варианту осуществления изобретения.

На фиг.9 упрощенно показан вид вставного штыря, которому обеспечена возможность вращения в головке бурового долота для горной породы согласно четвертому варианту осуществления изобретения.

На фиг.10 весьма упрощенно показан вид бурильной компоновки для ударного бурения горных пород согласно варианту осуществления настоящего изобретения в работе.

На фиг.3 показан весьма схематично принцип бурового долота для горной породы согласно настоящему изобретению, в котором все калибровочные вставные штыри 20 и все торцевые вставные штыри 21 выполнены с возможностью или обеспечены возможностью вращения вокруг своих собственных осей симметрии благодаря размещению в отверстиях 22, по существу, проходящей по периметру кольцевой поверхности 23, образующей, по существу, форму усеченного конуса, по направлению бурения и в торцевой поверхности 24, соответственно. Вставные штыри предпочтительно выполняются из карбида вольфрама.

Буровое долото 30 для горной породы согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения описано ниже и показано на фиг.4 и 5. Буровое долото для горной породы содержит первый элемент 31, имеющий, по существу, проходящую по периметру кольцевую поверхность 32, образующую, по существу, форму усеченного конуса по направлению бурения. Данный первый элемент 31 снабжен средством, выполненным с возможностью скрепления данного элемента с бурильным элементом 33, при этом данное скрепляющее средство образовано участком 34 в виде муфты первого элемента 31, снабженной средством соединения в виде внутренней резьбы 35, выполненной с возможностью свинчивания со средством соединения в виде наружной резьбы 36 на бурильном элементе.

Буровое долото для горной породы дополнительно содержит второй элемент 37, образующий передний конец 38 головки 39 бурового долота для горной породы. Данный второй элемент снабжен множеством сквозных отверстий 40, принимающих калибровочные вставные штыри 41 и торцевые вставные штыри 42, и обеспечивает вращение штырей вокруг их собственных осей симметрии. Сквозные отверстия 40, каждое, имеют диаметр, незначительно превышающий (подходящая разность диаметров составляет порядка 30-80 мкм) диаметр соответствующего вставного штыря, размещаемого в отверстии, для обеспечения перемещения вставного штыря относительно стенок 43 во втором элементе 37, образующем отверстие, при вращении. Вместе с тем, данная разность диаметров показана увеличенной на данной фигуре и также в варианте осуществления, показанном на фиг.6 и описанном ниже, для лучшей иллюстрации данного элемента. Калибровочные вставные штыри, а также торцевые вставные штыри снабжены участком 44 основания с сечением больше, чем у остальной части вставного штыря, и также больше соответствующего отверстия 40 для удержания вставного штыря, размещенного во втором элементе.

Калибровочный вставной штырь 41 опирается участком 44 основания на кольцевую поверхность 32, выполненную с возможностью передачи сил удара на калибровочные вставные штыри и обеспечения перемещения участка основания на поверхности при вращении. Это означает, что силы удара передаются на калибровочные вставные штыри от поверхности 32, расположенной внутри бурового долота. Первый элемент имеет также поверхности 45, обращенные в направлении бурения, для опирания участков основания торцевых вставных штырей и передачи сил удара, при этом обеспечивая перемещение данных участков основания на данных поверхностях 45 при вращении. Кроме того, головка 39 долота должна на уступе 47 на первом элементе 31 создавать зазор C относительно данного элемента 31, чтобы вставные штыри 41 могли вращаться свободно, без заклинивания. Конкретные меры приняты для промывки поверхностей и пространств, окружающих вставной штырь, которые описаны подробно ниже.

Буровое долото для горной породы содержит средство 46, выполненное с возможностью скрепления второго элемента 37 с первым элементом 31. Средство скрепления предпочтительно выполнено с возможностью разъемного скрепления данных элементов друг с другом, например свинчиванием их резьбы. Данное означает получение возможности снятия второго элемента с вставными штырями для замены, сохраняя первый элемент, после износа вставных штырей до такой степени, что их необходимо заменить. Сварка или запрессовка являются другими возможными альтернативами средства 46 скрепления, более простыми в исполнении.

При выполнении ударного бурения буровым долотом для горной породы фиг.4 и 5, как показано на фиг.4, вставным штырям долота должна быть обеспечена возможность вращения вокруг своих собственных осей, означающая, что калибровочные вставные штыри 41 должны изнашиваться равномерно и должна сохраняться их заостренность, так что высокая скорость проходки может сохраняться в течение длительного времени, и диаметр ствола, образованного калибровочными вставными штырями, должен уменьшаться медленнее, чем если калибровочные вставные штыри установлены неподвижно в головке долота.

На фиг.6 и 7 показано буровое долото 50 для горной породы согласно второму варианту осуществления изобретения. Данное буровое долото для горной породы имеет первый элемент 51 в форме кольца, выполненный с возможностью опирания на и/или скрепления с концом 52 бурильного элемента 53 и имеющий кольцевую поверхность 54, образующую опору для участка 55 основания каждого калибровочного вставного штыря 56 аналогично соответствующей поверхности 32 в варианте осуществления, показанном на фиг.4 и 5. Таким образом, силы удара должны через данные поверхности передаваться на калибровочные вставные штыри, при этом участки основания обеспечены возможностью перемещения на поверхности при вращении.

Второй элемент 57 бурового долота для горной породы имеет сквозные отверстия 58, в которых размещаются калибровочные вставные штыри, и обеспечивается возможность их перемещения относительно стенки отверстий при вращении. Торцевые вставные штыри 59, для примера, в данном варианте осуществления неподвижно закреплены на переднем конце 60 второго элемента 57.

Второй элемент 57 в данном варианте осуществления снабжен средством скрепления данного элемента с бурильным элементом 53 с помощью муфтового участка 61, выполненного с возможностью размещения бурильного элемента и имеющего соединительное средство в форме внутренней резьбы 62 для соединения с соединительным средством в форме наружной резьбы 63 на бурильном элементе для разъемного скрепления второго элемента с бурильным элементом и при этом также удержания на месте кольца 51, так называемого кольца толкателя. Первый элемент 51 снабжен муфтой 64 для закрепления первого 51 и второго 57 элементов относительно друг друга с оставлением зазора 66 между ними для свободного вращения вставного штыря. Надлежащая промывка вставного штыря, которому обеспечивается возможность вращения, также является важной. На фиг.6 показано, что буровое долото для горной породы имеет обычный промывочный канал 67, проходящий через головку долота. Промывочный канал имеет также, по меньшей мере, одно промывочное отверстие 68 (см. стрелки F, показывающие поток промывочной среды), открывающееся на первом конце 60, и проходит через зазор 66 по периметру вставного штыря 56, которому обеспечивается возможность вращения. Зазор 66 должен сохраняться чистым, что исключает проблемы износа при вращении штыря внутри отверстия 58. Функция данного варианта осуществления изобретения в работе становится ясной из приведенного выше рассмотрения, помимо прочего, первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Часть бурового долота для горной породы согласно третьему варианту осуществления изобретения весьма схематично показана на фиг.8. Данное буровое долото для горной породы снабжено альтернативным средством для закрепления вставного штыря 80 в головке 81 долота, обеспечивающим возможность вращения вставного штыря. Глухое отверстие 82 в головке долота, выполненное для приема вставного штыря 80, снабжено кольцевым пазом 83, и вставной штырь 80 снабжен соответствующим кольцевым пазом 84 для размещения упругого стопорящего кольца 85, например, такого как пружинное кольцо, выполненное из стали. Когда вставной штырь 80 вталкивается в отверстие 82, стопорящее кольцо должно вначале сжиматься до достижения паза 83 в головке долота. Кольцо должно затем расширяться наружу в паз и закреплять вставной штырь в головке долота 81, при этом обеспечивая возможность вращения вставного штыря.

На фиг.9 показан альтернативный способ закрепления вставного штыря 90, причем головка долота не показана, в буровом долоте для горной породы согласно четвертому варианту осуществления изобретения, обеспечивающий возможность вращения вставного штыря. Это получают, снабжая вставной штырь 90 кольцевым пазом 91, аналогично варианту осуществления, показанному на фиг.8. При этом используется стопорящий штифт 92 вместо стопорящего кольца, и данный стопорящий штифт после проталкивания вставного штыря 90 в соответствующее отверстие в головке долота вводится в паз 91, закрепляя вставной штырь на месте и обеспечивая возможность его вращения вокруг собственной оси симметрии.

На фиг.10 показана весьма схематично бурильная компоновка для ударного бурения горных пород согласно настоящему изобретению с буровым долотом 70 для горной породы согласно варианту осуществления изобретения, снабженным калибровочными вставными штырями 71. Данная бурильная компоновка является компоновкой с так называемым выносным ударником, действующим на буровое долото для горной породы с наземной площадки, и имеет силовой блок 72, такой как дизельный двигатель и гидравлический насос, выполненные с возможностью осуществления привода бурового станка 76, который, в свою очередь, приводит во вращение бурильный элемент 73 и буровое долото для горной породы и передает на них удары для разрушения горной породы. Конструктивное исполнение бурильной компоновки с находящимся на забое ударным оборудованием также находится в объеме настоящего изобретения.

Бурильная компоновка имеет также средство 74, такое как воздушный компрессор, выполненный с возможностью удаления шлама, получающегося в результате работы калибровочных вставных штырей и торцевых вставных штырей бурового долота, из зоны, занятой буровым долотом. Бурильная компоновка имеет блок 75 управления, выполненный с возможностью управления работой силового блока 72 для регулирования частоты ударов и скорости вращения бурового долота. Установлено, что буровые долота согласно настоящему изобретению с вставными штырями, которым обеспечена возможность вращения вокруг их собственной оси симметрии, особенно хорошо подходят для использования в бурильных компоновках, работающих при частоте выше 250 Гц, предпочтительно выше 350 Гц и наиболее предпочтительно в диапазоне 350-1000 Гц.

Бурение с помощью бурильной компоновки фиг.8 буровым долотом для горной породы согласно настоящему изобретению должно быть более производительным, чем известными буровыми долотами для горной породы, поскольку скорость проходки может поддерживаться на высоком уровне дольше, и требуются более редкие остановки для замены бурового долота для горной породы или его частей.

Предпочтительно, участок основания каждого вращающегося вставного штыря опирается на или входит в контакт с дном отверстия для передачи сил удара на вставные штыри, и обеспечивается перемещение участка основания на нем при вращении.

Изобретение естественно никоим образом не ограничено вариантами осуществления, описанными выше, но многие возможные его модификации должны быть ясны специалисту в данной области техники без отхода от объема изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения.

Число и места установки вставных штырей бурового долота для горной породы могут значительно отличаться от вариантов осуществления, показанных на фигурах.

Словосочетание "по существу", использованное в выражениях "по существу, форма усеченного конуса" и "по существу, проходящее по периметру кольцо", также относится к вариантам, где режущие выемки или пазы и/или калибровочные вставные штыри пересекают кольцо, как показано на фигурах.

Описание в патентной заявке № 10178387.6, по которой данная заявка имеет приоритет, включено в данный документ в виде ссылки.

Группа изобретений относится к буровым долотам и их применениям для ударного бурения горной породы и к бурильным компоновкам с таким долотом. Технический результат заключается в обеспечении равномерного износа и самозатачивания вставного штыря долота. Буровое долото для горной породы для ударного бурения содержит головку долота, выполненную с возможностью прикрепления на конце бурильного элемента бурильной компоновки и имеющую диаметр больше диаметра бурильного элемента, причем головка долота имеет на переднем конце по направлению бурения множество вставных штырей, распределенных по головке долота и выполненных с возможностью входа в контакт с материалом, подлежащим разрушению. По меньшей мере, один из вставных штырей выполнен с возможностью вращения вокруг своей собственной оси симметрии, причем участок основания, по меньшей мере, одного вращающегося вставного штыря опирается непосредственно на дно отверстия на переднем конце для передачи сил удара на вставной стержень, тем самым обеспечивая перемещение участка основания на нем при вращении. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Буровое долото (30, 50) для горной породы для ударного бурения, содержащее головку (39) долота, выполненную с возможностью прикрепления на конце бурильного элемента (33, 53) бурильной компоновки и имеющую диаметр больше диаметра бурильного элемента, причем головка долота имеет на переднем конце (38, 60) по направлению бурения множество вставных штырей (41, 42, 56, 59, 80, 90), распределенных по головке долота и выполненных с возможностью входа в контакт с материалом, подлежащим разрушению, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один из вставных штырей (41, 42, 56, 80, 90) выполнен с возможностью вращения вокруг своей собственной оси симметрии, причем участок основания, по меньшей мере, одного вращающегося вставного штыря опирается непосредственно на дно отверстия (40, 58, 82) на переднем конце (38, 60) для передачи сил удара на вставной стержень, тем самым обеспечивая перемещение участка основания на нем при вращении.

2. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что множество вставных штырей включают в себя калибровочные вставные штыри (41, 56, 80, 90), распределенные по периметру головки (39, 81) долота и выполненные с возможностью определения диаметра ствола, подлежащего бурению буровым долотом для горной породы, причем, по меньшей мере, один из калибровочных вставных штырей (41, 56, 80, 90) выполнен с возможностью вращения вокруг своей собственной оси симметрии.

3. Буровое долото по п.2, отличающееся тем, что содержит первый элемент (31, 51), имеющий, по существу, проходящую по периметру кольцевую поверхность (32, 54), образующую, по существу, форму усеченного конуса по направлению бурения, причем, по меньшей мере, один калибровочный вставной штырь (41, 56) имеет участок (44, 55) основания, опирающийся на кольцевую поверхность, выполненную с возможностью передачи сил удара на калибровочный вставной штырь и обеспечения перемещения участка основания по поверхности при вращении.

4. Буровое долото по п.2 или 3, отличающееся тем, что содержит второй элемент (37, 57), образующий передний конец (38, 60) головки долота и имеющий множество калибровочных вставных штырей (41, 56), выступающих из него, при этом, по меньшей мере, один калибровочный вставной штырь, выполненный с возможностью вращения, установлен в отверстии (40, 58) во втором элементе с возможностью перемещения относительно стенки, образующей отверстие, при вращении.

5. Буровое долото по п.4, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один калибровочный вставной штырь (41, 56), выполненный с возможностью вращения, имеет участок (44, 55) основания с площадью сечения больше, чем у оставшейся части калибровочного вставного штыря, при этом, по меньшей мере, часть отверстия (40, 58) во втором элементе (37, 57) имеет площадь сечения меньше площади сечения участка основания для удержания калибровочного вставного штыря, размещенного во втором элементе.

6. Буровое долото по п.5, отличающееся тем, что отверстие (40, 58) является сквозным отверстием, при этом калибровочный вставной штырь (41, 56) расположен с участком (44, 55) основания сзади отверстия по направлению бурения.

7. Буровое долото по п.3, отличающееся тем, что первый элемент (31) имеет средство (34, 35), выполненное с возможностью скрепления данного элемента с бурильным элементом (33).

8. Буровое долото по п.7, отличающееся тем, что содержит средство (46), выполненное с возможностью скрепления второго элемента (37) с первым элементом (31).

9. Буровое долото по п.8, отличающееся тем, что средство (46), выполненное с возможностью скрепления второго элемента (37) с первым элементом (31), выполнено с возможностью разъемного скрепления данных элементов друг с другом.

10. Буровое долото по п.3, отличающееся тем, что первый элемент является кольцом (51), выполненным с возможностью опирания на и/или скрепления с концом (52) бурильного элемента (53).

11. Буровое долото для горной породы по п.10, отличающееся тем, что содержит средство (61, 62) для скрепления второго элемента (57) и при этом бурового долота для горной породы с бурильным элементом (53).

12. Буровое долото для горной породы по п.2 или 3, отличающееся тем, что большинство калибровочных вставных штырей (41, 56, 80, 90) выполнено с возможностью вращения вокруг своих собственных осей симметрии.

13. Буровое долото для горной породы по п.2 или 3, отличающееся тем, что все калибровочные вставные штыри (41, 56, 80, 90) бурового долота для горной породы выполнены с возможностью вращения вокруг своих собственных осей симметрии.

14. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что головка долота имеет переднюю поверхность, снабженную множеством торцевых вставных штырей (42, 59), выполненных с возможностью входа в контакт с материалом, подлежащим разрушению.

15. Буровое долото по п.14, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один штырь (42) из торцевых вставных штырей выполнен с возможностью вращения вокруг своей собственной оси симметрии.

16. Буровое долото по п.15, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один торцевой вставной штырь (42) имеет конструктивное выполнение, одинаковое, по меньшей мере, с одним калибровочным вставным штырем (41), при этом второй элемент (37) выполнен с возможностью размещения, по меньшей мере, одного торцевого вставного штыря аналогично, по меньшей мере, одному калибровочному вставному штырю.

17. Буровое долото по п.15 или 16, отличающееся тем, что большинство торцевых вставных штырей (42) или все торцевые вставные штыри выполнены с возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии.

18. Буровое долото по п.1, отличающееся тем, что содержит промывочный канал (67), проходящий через головку (39) долота и имеющий, по меньшей мере, одно промывочное отверстие (68), открывающееся на переднем конце, и проходящий по периметру, по меньшей мере, одного вставного штыря (56), выполненного с возможностью вращения вокруг собственной оси симметрии.

19. Буровое долото для горной породы по п.1 или 2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, один вставной штырь, выполненный с возможностью вращения, установлен в отверстии (82) в головке долота (81) с возможностью перемещения относительно стенки, образующей отверстие, при вращении, по меньшей мере, один вставной штырь снабжен проходящим по периметру кольцевым пазом (84, 91), стенка, образующая отверстие, имеет охватывающий элемент (83), и буровое долото для горной породы содержит средство (85, 92), выполненное с возможностью соединения паза (84) и охватывающего элемента (83) для закрепления вставного штыря в отверстии с обеспечением ему возможности вращения.

20. Буровое долото по п.19, отличающееся тем, что охватывающий элемент является кольцевым пазом (84) в стенке отверстия, при этом соединительное средство содержит кольцо (85) из упругого материала.

21. Буровое долото по п.19, отличающееся тем, что соединительное средство содержит штифт (92), выполненный с возможностью ввода в паз (91), и охватывающий элемент для фиксирования относительно головки долота и закрепления вставного штыря (90) в отверстии с обеспечением ему возможности вращения.

22. Бурильная компоновка для ударного бурения горных пород, содержащая буровое долото для горной породы (70), силовой блок (72), выполненный с возможностью воздействия на буровое долото для горной породы, приводя последнее во вращение и заставляя выполнять удары в контакте с материалом, подлежащим разрушению, и блок (75) управления, выполненный с возможностью управления работой силового блока, отличающаяся тем, что буровое долото для горной породы является буровым долотом по любому из пп.1-21.

23. Бурильная компоновка по п.22, отличающаяся тем, что блок (75) управления выполнен с возможностью управления силовым блоком (72) для получения частоты ударов, превышающей 250 Гц, превышающей 350 Гц или находящейся в диапазоне 350-1000 Гц.

24. Применение бурового долота (30, 50) для горной породы по любому из пп.1-21 для ударного бурения в грунте, таком как горная порода.