Устройство для расширения скважин в крепких породах Советский патент 1984 года по МПК E21B7/28 

;О

СО

О 00

Иэобретен11е относится к горному делу, а именно к машинам для расшире ния ранее пробуренных скважин в креп ких породах и может быть использова но также в строительстве при проходке тоннелей. Известно устройство для расширени скважин в горных породах, содержащее корпус, на котором установлены роторы, оси -вращения которых пересекаются в плоскости, перпендикулярной оси устройства, и кинематически соединен ные между собой, породоразрушающие инструменты, установленные на перифе риях роторов, и механизм вращения роторов вокруг своих осей в виде опо ного фонаря и соединенного с ним червячного редуктора lj . Недостатком такой конструкции является то, что роторы связаны между собой без учета расположения поро доразрушающих инструментов на их периферии, а также несоответствие числа породоразрушающих инструментов на одном роторе и числа последних, приводит к тому, что для обеспечения сплошности обработки забоя неoбxoди o дополнительно несколько раз вращать корпус с роторами вокруг оси выработки, что снижает скорость расширения. Кроме того, опорный фонарь в процессе расширения скважины вследствие вибраций рабочего органа проскальзывает по стенке расширенной скважины и проворачивается в сторону вращения рабочего органа, что уменьшает щаг разрушения породоразрушающих инструментов и снижает скорость расширения Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для расширения скважин ,в крепких породах, содержащее корпус с установленными на валах роторами, . оси которых лежат в плоскости перпен дикулярнбй оси корпуса, и породоразрушающие инструменты в виде шарошекs установленных по окружности роторов, плоскость вращения которых расположена под острым углом к осям вращения роторов 21 . Недостатком известного устройства является то, что роторы с породоразрушающими инструментами на их периферии в процессе расширения -скважины не могут быть сориентированы таким образом, что породоразрушающие инструменты каждого ротора сдвинуты на шаг раэрущения относительно рядом установленного ротора, так как для вращения последнего вокруг своей оси используется индивидуальный механизм. Сам же механизм приводится по вращение в результате обкатки конической шарошки по забою и скорость врйщения последней зависит от ее коэффициента сцепления с горной породой и величины преодолеваемого крутящего момента, Так как преодолеваемый крутящий момент, зависящий от свойств горных пород и состояния породоразр тиающих инструментов, и коэффициент сцепления, зависящий от состояния вооружения конической шарошки, изменяются в процессе расширения скважины, то скорость вращения роторов.вокруг , своих осей не может быть одинаковой. Даже в случае одинаковой скорости вращения роторов последние ориентируются один относительно другого стихийно. При этом может иметь место случай, когда одна или несколько шарошек сзади расположенных роторов будут перемещаться вслед шарошке впереди расположенного ротора и не смогут производить воздействия на горную породу. Целью изобретения является повышение его эффективности путем обеспечения сйлошности обработки забоя. Указанная цель достигается тем, что устройство для расширения скважин в крепких породах, содержащее корпус с установленными на валах роторами, оси которы, лежат в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, и породоразрушающие инструменты в виде шарошек, установленных по окружности, роторов, плоскость вращения которых расположена под острым углом к осям вращения роторов, снабжено механизмами ориентации роторов один относительно другого, выполненными в виде двух дисков с одинаковым количество отверстшЧ: по окружности одинаковым количеством отверстий по окружности одинакового диаметра и установленных с возможностью соединения между собой, а роторы соединень; между собой посредством карданных валов, при этом породоразрушающие инструменты каждого ротора сдвинуты . на шаг разрушения относительно установленного рядом ротора. На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для расширения скважин в крепких горных породах, вид спереди на фиг. 2 - положение устройства в забое, разрез в осевой плоскости, где показана схема обработки забоя (1-1 - первый породоразрушающий инструмент первого ротора; 1-2 - то же второго ротора и т.д.; 2-1 - второй породоразрушающий инструмент первого ротора; tp- шаг разрушения); на фиг. 3 - механизм ориентации роторов вид сбоку. Устройство состоит из корпуса 1 , роторов 2, установленных в корпусе карданных валов 3, соединяющих валы роторов 2, породоразрушающих инструментов 5 в виде шарошек, установленных на периферии роторов 2 под остры углом к их плоскостям, и механизмов ориентации роторов 2 один относител но другого в виде двух дисков 6 и 7 с отверстиями 8 по окружности, жест ко и соосно установленных на кардан ных валах 3 и соединенных между собой, например, болтами, установленными в отверстия 8. Сориентировать роторы 2 между собой так, чтобы породоразрушающие инструменты 5 каждого ротора были сдвинуты на шаг разрушения относительно рядом установленного ротора с помощью механизма ориентации 6 и можно следующим образом. Над одним из роторов 2 в его плос кости неподвижно устанавливается шаблон в виде кольцевого сектора, внутренний диаметр которого равен диаметру ротора 2 по вершинам порода разрушающих инструментов 5, а длина дуги - расстоянию -по дуге между соседними породоразрушающими инструментами 5 на роторе 2 по тому же самому диаметру. На шаблоне по дуге нанесены метки, расстояние между которыми равно шагу разрушения, завися щего от крепости горных пород и конструктивных особенностей породоразрушающих инструментов 5. Под особенностью породоразрушающих инструментов 5 понимается количество венцов породоразрушающих элементов в нем. Каждый ротор 2 имеет одинаковое коли чество породоразрушающих инструментов 5, разделяющих его диаметр на равные части. Количество роторов 2 в устройстве должно быть столько, сколько раз шаг разрушения вмещается по дуге между соседними породоразру- ,шающими инструментами 5 на одном роторе . Разъединив диски 6 и 7 всех механизмов ориентации роторов один относительно другого путем удаления болтов из отверстий 8, вращают ротор 2, над которым неподвижно установлен шаблон, вокруг своей оси до тех пор, пока один из породоразрушающих инстpyNteHTOB 5 этого ротору не разместится под первой меткой на шаблоне (условно первый ротор). Затем этот ротор жестко закрепляют к корпусу 1. Посл этого поворачивают корпус 1 вокруг оси устройства до тех пор, пока следующий ротор (второй) не размещает один из его породоразрушающих инструментов под второй меткой на шаблоне. Затем диски 6 и 7 механизма ориентации, размещенного на карданном валу 3 между первым и вторым ротором, жестко соединяют между собой путем установки болтов в отверстия 8. Выполнив операцию закрепления дисков 6 и 7 механизма ориентации роторов, cFtoBa поворачивают корпус вокруг оси устройства до тех пор,пока третий ротор не станет под шаблоном и, вращая последний вокруг его оси, ориентируют один из его. породоразрушающих инструментов под третьей меткой на шаблоне. Сориентировав, жестко соединяют диски 6 и 7 механизма ориентации роторов на карданном валу между вторым и третьим ротором и т.д. После ориентации последнего ротора и соединения дисков на карданном валу между ним и первым ротором снимают жесткое крепление первого ротора с корпусом 1. Таким образом, породоразрушающие инструменты 5 каждого ротора 2 сдвигаются на шаг разрушения относительно рядом установленного ротора. Устройство работает следующим образом. В ранее пробуренной скважине помещают став буровых штанг, один конец которого прикрепляют к корпусу 1, а другой - к механизму вращения и перемещения става штанг, установленных на буровом станке. Включением механизмов вращения и перемещения става штанг устройство за корпус 1 вращая перемещают вперед по направлению к горным породам. Породоразрупщкщие инструменты 5, вструпив в конTakT с горной породой, с усилием перемещаются по вогнутой спирали Архимеда с заданным шагом, чем достигается непрерывное разрушение породы с формированием забоя тороидальной формы. Вращение роторов 2 вокруг своих осей происходит путем установки породораэрушающих инструментов 5 под УГЛОМ к плоскостям роторов 2. Угол установки породоразрушакяцих инструментов 5 подобран таким образом, что за один оборот ротора вокруг оси вьфаботки он проворачивается вокруг своей оси на угол, дуга по вершинам породоразрушакщих инструментов 5 которого равна шагу разрушения.

Породораэрушаюдр1е инструменты на периферии роторов, перемещаясь один за другим по вогнутой спирали Архимеда со смещением на шаг разрушения За один оборот устройства, обрабаты,вают всю площадь забоя расширенной скважины, за счет чего повьш1ается скорость ее расширения.

/-/

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ .СКВАЖИН В КРЕПКИХ ПОРОДАХ, содержащее корпус с установленными на валах роторами, оси которых лежат в плоскости, перпендикулярной оси корпуса. и породоразрушающие инструменты в виде шарошек, установленных по окружности роторов, плоскость вращения йоторых расположена под острым углом к осям вращения роторов, отличающееся тем, что, с целью повьшения его эффективности путем обеспечения сплошности обработки забоя, оно снабжено механизмами ориентации роторов один относительно другого, вьтолненными в виде двух дисков с одинаковым количеством отверстий по окружности одинакового диаметра и установленными с возможностью соединения между собой, а роторы соеg динены посредством карданных валов, при этом породоразрушающие инструмен(Л ты каждого ротора сдвинуты на шаг разрушения относительно установленного рядом ротора.