Инструмент для выполнения продольных углублений на стенках шпуров и скважин Советский патент 1991 года по МПК E21C37/00 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам для выполнения на стенках шпуров продольных профильных углублений.

Целью изобретения является повышение эффективности работы за счет увеличения ресурса резцов, а также повышение качества углублений в породах с пластическими свойствами.

На фиг. 1 изображено устройство с частичным продольным разрезом; на фиг. 2 - устройство с двумя сферическими твердосплавными резцами, вид спереди; на фиг. 3 - шпур, пройденный при помощи устройства,

изображенного на фиг. 2, сечение; на фиг. 4 - устройство с частичным продольным сечением с двумя парами твердосплавных сферических резцов и парой дополнительных твердосплавных резцов; на фиг. 5 - корпус с твердосплавными дополнительными резцами и двумя-парами сферических резцов, поперечный разрез; на фиг. 6 - шпур, образованный инструментом с использованием устройства на фиг. 4, сечение.

Устройство может быть установлено на переходнике 1, в котором выполнен осевой канал 2 и радиальный 3. Канал 2 соединен с каналом 4 буровой штанги 5, которая соедио

00

о чэ XI

00

йена с переходником 1 конусом 6. Нэ переходнике 1 выполнен ответный конус 7, обеспечивающий разъемочное соединение со штангой 5. На переходнике 1 закреплен с возможностью вращения вокруг своей оси корпус 8 с образованием зазора 9. На корпусе 8 выполнены четыре сферических гнезда 10, в которых закреплены четыре сферических твердосплавных резца, Два резца 11 установлены первыми (на втором уровне по отношению к буровой штанге), других два резца 12 - вторыми (на первом уровне по отношению к штанге 5). Диаметр резцов 11 больше диаметра резцов 12. Сферические резцы установлены с возможностью вращения относительно своих центров. Каждое из гнезд 10 соединено с зазором 9 посредством каналов 13 подачи агента для выноса шлама. На корпусе 8, если он используется для нарезки углублений в породах с выраженными пластически- ми свойствами, после сферических породоразрушающих резцов 11 установлены два твердосплавных резца 14 с продольными остроэаточенными кромками. Переходник заканчивается конусом 15, на котором установлена буровая коронка 16.

Резцы 11 и 12 установлены в гнездах корпуса попарно по образующим наружной поверхности с расстоянием вершин резцов первого уровня расположения по длине корпуса от его продольной оси, большим величины этого же параметра для второго уровня. Резцы 14 ориентированы по линиям попарного расположения резцов 11 и 12.

Нарезка профильных углублений устройством осуществляется следующим образом.

После заглубления коронки 16 в горную породу корпус 8 ориентируется в нужном направлении руками бурильщика или с помощью специального устройства для ориентирования. В корпусе 8 удерживается в нужном направлении до тех пор, пока не заглубятся резцы 12 меньшего диаметра. После чего производят бурение обычным путем. Удары от штанги передаются корпусу 8 с твердосплавными резцами 11 и 12 от утолщенной части переходника 1,Расстояние от оси корпуса до вершин резцов 11 ( расстояние ОА) меньше расстояния or оси до вершин резцов 12 (расстояние 0В, ). А радиус резцов 12 меньше радиуса резцов 11. Поэтому сначала до некоторой глубины разрушение производят большие резцы 11, а затем маленькие резцы 12 до требуемой величины. Сферические резцы 11 и 12 закреплены в гнездах 10 так, что их центры находятся ниже выступающих частей корпуса. Сила реакции со стороны разрушаемой горной породы приложена к выступающим частям сферы. В результате на сферические резцы действует вращающий момент и шарик (резец) прокатывается по

разрушаемой стенке шпура или скважины. При прокатывании шара по поверхности переизмельченная горная порода частично удаляется из области разрушения (ядро уплотнения и прилегающие к нему области).

0Глубина внедрения в стенку шпура первой пары шаров небольшая, поэтому оставшаяся горная порода может выходить из области разрушения во все стороны. При использовании дополнительных твердосп5 лавных пластинчатых резцов выход продуктов разрушения возможен только через щель между двугранным углом и разрушаемой горной породой. Таким образом, энергоемкость разрушения вращающимся

0 шаром ниже энергоемкости изготовления профильных углублений твердосплавными пластинами. Во время бурения шпуров и скважин сферические резцы 11 и 12 прокатываются, в основном, в одном направле5 нии, которое определяется движением инструмента вдоль шпура (вращение в плоскости чертежа). Скалывание горной породы не всегда происходит равномерно, поэтому возникают ситуации, когда с одной

0 стороны на сферический резец действует сила больше, чем на другой. Тогда появляется крутящий момент, приводящий к вращению шара в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа. К такому вращению мо5 жет привести и неоднородность механических свойств горных пород с разных сторон сферических резцов.Во время работы инструмента сферические породоразрушающие резцы постоянно вращаются не только в

0 плоскости чертежа, но и в перпендикулярной плоскости. Таким образом, во время изготовления профильных углублений сферические резцы все время меняют свое положение относительно своих центров. В

5 разрушении горной породы участвуют всегда соседние участки сфер. Поэтому сферические резцы изнашиваются по всей поверхности равномерно. Это эквивалентно увеличению длины режущей кромки по0 родоразрушающегс резца, что сопровождается повышением стойкости инструмента и повышением эффективности изготовпения профильных углублений.

Расстояние от оси корпуса до выступа5 ющей вершины первых двух резцов 11 (расстояние ОА) меньше, чем расстояние 0В - между осью корпуса и выступающими вершинами резцов 12. Первыми разрушают горную породу резцы 11, в желобке, образованном ими, прокатываются резцы 12 МРНЬшего диаметра, производя разрушение до заданной глубины. Смещению корпуса от первоначально заданного положения препятствует то, что резцы 12 находятся в желобке, образованном резцами 11, поэтому перемещение резцов 12 в радиальном направлении связано с усилиями, значительно превосходящими усилия в осевом направлении. Корпус движется все время прямолинейно, не отклоняясь от первоначально заданного положения.

В гнезда, в которых закреплены с возможностью вращения сферические твердосплавные резцы, вода попадает следующим образом.

По подводящему каналу 4 в штанги 5, затем по осевому каналу 2 и далее по ради-1 альному 3 попадает в зазор 9 между корпусом 8 и переходником 1, Из зазора 9 вода по каналам 13 попадает в гнезда 10. По- скольку в буровой став вода подается под давлением, то в гнездах 10 образуется некоторое избыточное давление, которое приводит к протеканию воды из полостей через тонкие щели между гнездами и сферически- ми резцами наружу. Протекая в гнезда вода производит смазку трущихся поверхностей (резцов 11 и 12 о стенку соответствующих гнезд) и предотвращает попадание абразивных частиц в гнезда 10. Если же такие частицы попадают, то они вымываются водой из полости. Таким образом, предотвращаетсяабразивныйизноспородоразрушающих резцов 11 и 12 и предупреждается преждевременный выход ин- струмента из строя. Тем самым повышается эффективность изготовления профильных углублений.

В горных породах с выраженными пластическими свойствами профильные углуб- ления с закругленной вершиной не производят разрушения в требуемом направлении из-за релаксации напряжений в вершине. Поэтому для заострения угла при

ЮП 33 12 /

ШШ

S

8

вершине после двух пар сферических резцов устанавливают пару твердосплавных резцов 14. Их располагают в диаметральной плоскости, причем эта же плоскость является для всех твердосплавных резцов плоскостью симметрии. Сечение шпура, образованного таким инструментом, показано на фиг. 5. Как видно, твердосплавные резцы 14 разрушают лишь только вершину профильного углубления, образованного двумя сферическими резцами. Площадь этого разрушения более чем в десять раз меньше площади, образованной сферическими резцами. Хотя разрушение резцами 14 весьма неэффективно, но из-за его малой доли влияние его несущественно.

Формула изобретения

1.Инструмент для выполнения продольных углублений на стенках шпуров и скважин, включающий корпус с каналами подачи агента для выноса шлама, твердосплавные резцы, установленные в гнездах корпуса попарно по образующим наружной поверхности с расстоянием вершин резцов первого уровня расположения по длине корпуса от его продольной оси большим величины этого же параметра для второго уровня, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы за счет увеличения ресурса резцов, резцы и гнезда корпуса выполнены сферическими, при этом диаметры резцов и гнезд первого уровня выполнены меньшими, чем диаметры резцов и гнезд второго уровня расположения, причем резцы установлены в гнездах с возможностью вращения.

2.Инструмент по п. 1,отличающий- с я тем, что. с целью повышения качества углублений в породах с пластическими свойствами, корпус снабжен дополнительными твердосплавными резцами с продольными кромками, расположенными по линиям попарного расположения сферических резцов перед первым уровнем их расположения

2 1 Фиг.

6 S

/Л

Изобретение относится к горному делу и м.б. использовано для выполнения на их стенках продольных профильных углублений. Цель - повышение эффективности работы за счет увеличения ресурсов резцов, а также повышение качества углублений в породах с пластическими свойствами. В корпусе 8 устройства выполнены четыре сферических гнезда 10, в которых с возможностью вращения установлены твердосплавные сферические резцы 11 и 12. Резцы 11 и 12 установлены попарно по образующим наружной поверхности с расстоянием вершин резцов 11 первого уровня расположения по длине корпуса 8 от его продольной оси, большим величины этого же параметра для второго уровня. Диаметры резцов 11 и гнезд 10 первого уровня выполнены меньшими, чем диаметры резцов 12 и гнезд 10 второго уровня расположения. По линиям попарного расположения сферических резцов 11 и 12 перед первым уровнем их расположения расположены дополнительные твердосплавные резцы 14 с продольными кромками. После введения устройства в шпур оно буровой штангой перфоратора продвигается по длине шпура, нарезая перекатывающимися резцами 11 и 12 продольные углубления. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. сл с