Инструмент для бурения скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B7/24 

Изобретение относится к горной и строительной промышленностям, а именно к инструменту для разрушения горных пород и других материалов вращательным и враща- тсльно-ударным способом с образованием скважин, расширенных по диаметру в их данной части.

Известно устройство для бурения и по следующего расширения скважин в горных породах, содержащее центральный резец, соединенный с корпусом резьбовой буксой (элементом) и боковые поворотные резцы.

Недостатком этого устройства является невозможность бурения скважин обратной конусности, то есть большим основанием в породную толщу, так как при обратном ходе инструмента за счет вывинчивания резьбовая букса разводит боковые резцы на очень коротком участке, а затем скважина расширяется без изменения своих попереч- ных размеров.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для разрушения горных породГ содержащее корпус, центральный резец-ударник, боковые резцы, размещен- ные на осях под углом к центральному и возвратную кольцевую пружину.

Недостатком этого устройства является невозможность бурения скважин обратной конусности, так как боковые резцы при на- несении по инструменту ударных импульсов мгновенно раскрываются на полную величину, либо формируют лишь серию опережающих трещин.

По нашему мнению, причиной отсутст- йия инструмента, могущего формировать скважины обратной конусности является неуправляемый самой средой развод боковых шарнирных резцов.

Целью изобретения является образова- ние скважины, протяженный участок донной части которой имеет форму обратной конусности.

Поставленная цель достигается тем, что Ё инструменте для бурения скважин, содер- жащем корпус, центральный резец, боко вые шарнирные резцы, размещенные под углом к центральному, и возвратную пружину, корпус со стороны резцов выполнен с глухим осевым отверстием, в которое через упругий элемент подвижно вставлен центральный резец, имеющий хеостовик с цилиндрическим и коническим участками с диаметральными лыскзми и плоскую режущую часть с овальными гранями, а боковые шарнирные резцы в области отверстий выполнены с эксцентриками и закреплены к корпусу, причем в рабочем состоянии эксцентрики боковых резцов касаются лысок конического участка хвостовика центрального резца, а боковыми гранями - его овальных граней.

На фиг.1 показан предлагаемый инструмент в состоянии перед началом разбурива- ния участка скважины обратной конусности, разрез; на фиг.2 - то же, после раскрытия боковых лезвий на проектный размер в данной части скважины; на фиг.З - разрез А - А на фиг.2; на фиг.4 - скважина с помещенным в нее предлагаемым инструментом перед началом образования участка скважины с обратной конусностью; на фиг 5 - образованная скважина с обратной конусностью и состоянием инструмента в ее данной части; на фиг.б - состояние инструмента при извлечении его из скважины; на фиг.7 - схема передачи силового импульса на элементы бурового инструмента.

Устройство (фиг.1 - 3) содержит корпус 1 с осевым глухим отверстием 2 со стороны лезвий, центральный резец 3, фигурный хвостовик 4 которого размещен в отверстие 2 и опирается на пружину 5. Центральный резец имеет, выполненную заодно с фигурным хвостовиком, режущую часть 6 с овальными боковыми гранями 7. Фигурный хвостовик, в свою очередь, выполнен из цилиндрической части 8 и конической части 9, с диаметральными лысками 10.

Боковые резцы 11 установлены под углом к центральному и фиксируются в корпусе 1 пальцами 12. Корпус 1 имеет специальные проточки 13 для входа в них боковых резцов 11. В области крепежных отверстий боковые резцы 11 снабжены эксцентриками 14с размером эксцентриситета б. Кольцевая возвратная пружина 15 охватывает боковые резцы 11 в их нижней части. Весь инструмент заканчивается хвостовиком 16 с выточкой 17 для фиксации в буровой головке.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы инструмент хвостовиком 16 вставляется в бурильную головку и фиксируется относительно выточке 17. Затем подающим устройством или вручную его подают в скважину (фиг.4), ранее предварительно образованную. Все устройство прижимается к забою Включается ударник. Ударный импульс передается через корпус 1 - пальцы 12 - боковые резцы 11 - на породу. Вместе с тем, от усилия подачи боковые резцы 11 несколько разворачиваются и своими эксцентриками 14 через лыски 10 зажимают коническую часть 9 фигурного хвостовика 4 центрального резца 3. Поэтому в момент передачи импульса центральный резец 3 представляет собой единое целое с боковыми резцами 11 и силовой импульс

передается на все лезвия резцов. При этом боковые резцы 11 не могут самопроизвольно раскрыться до своего конечного размера.

Цилиндрическая часть 8 фигурного хво- стовика 4 удерживает весь центральный резец 3 соосно всему инструменту, Под действием реакций овальные грани 7 плоской части 6 центрального резца 3 воздействуют на боковые резцы 11, способствуя сколу породы в стенках скважины. Затем в это пространство смещаются боковые резцы 11. Как только начинается смещение этих резцов, тут же происходит проседание центрального резца 3 и сжатие пружи- ны 5. За счет конусности хвостовика 4 образуется элементарный зазор между лы- сками 10 и эксцентриками 14, который мгновенно выбирается за счет ра звода боковых резцов 11, На этом завершается прямое воздействие ударного импульса.

От воздействия отраженного импульса весь инструмент начинает смещаться от забоя скважины. Под действием упругих сил возвратной пружины 15 боковые резцы 11 прижимаются в направлении к оси всего инструмента. В то же время пружина 5 выталкивает центральный резец 3 из отверстия 2. После этого (возможно и одновременно) инструмент разворачивает- ся на некоторый угол для нанесения последующего ударного импульса. При этом центральный резец 3 удерживается в заданном положении эксцентриками 14 боковых резцов 11 и лысками 10 и разворачивается на тот угол, чтб и весь инструмент.

На этом завершается один цикл нагру- жения. Следующий начинается опять с прижатия инструмента к забою. Центральный резец 3 своими овальными гранями 7 раз- жимает боковые резцы 11 до выбора ими ранее образованного пространства, При упоре боковых резцов в стенки скважины они зажимают своими эксцентриками 14 хвостовик 4 центрального резца 3. Этого мгновения достаточно, чтобы ударный импульс при своем прямом прохождении опять передавался на все лезвия в едином движении всего породоразрушающего инструмента.

Процесс квазипоочередного разведения боковых резцов 11 и поступательного перемещения центрального резца 3 в силу взаимообусловленности происходит на некоторой длине скважины, на которой ди- аметр ее от некоторого начального диаметра 0 Н увеличивается до конечного диаметра 0К(фиг.1 и 2).

Целички между центральными и боковыми резцами скалываются BHyfpeHHHMH

гранями боковых резцов и общим динамическим воздействием всего инструмента.

В крайнем раздвинутом положении резцы упираются в поверхности проточки 13. После завершения проходки участка скважины обратной конусности инструмент несколько отводится от забоя. Это создает возможность пружине 5 выдавить центральный резец 3 из отверстия 2. а возвратная пружина 15 сводит боковые резцы 11 в исходное положение (сжимаются) и инструмент может быть свободно извлечен из скважины (фиг.6), так в сложенном состоянии больший поперечный размер инструмента меньше размера устья скважины.

Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить эффективность буровзрывных работ как на проходке, так и на очистной выемке. С удалением от поверхности забоя ухудшается отрыв породы от массива. За счет конического расширения скважины сокращается несколько линия наименьшего сопротивления (л.н.с.) между па- кетом скважин. Кроме того, в данной части создается дополнительный направляющий концентратор. Все это способствует получению КПД равным единице и улучшенному дроблению пород.

Протяженный участок скважины с обратной конусностью позволяет разместить в нем не только ВВ, но и забойку. Такое недостижимо у скважин с простым (котловым) расширением дна, которое обеспечивается известными расширителями. Поэтому под давлением газов от взрыва ВВ забойка, заложенная в скважину, разбуренную предлагаемым устройством, самоуплотняется, обеспечивая более полное использование химической энергии ВВ на отрыв и дробление пород. В категорных и сверхкатегорных шахтах самоуплотняющая забойка исключает вылет разогретых продуктов детонации и горячи частиц во взрывоопасную атмосферу.

На очистных работах на рудных шахтах при веерной отбойке скважины с обратной конусностью снизят выход негабаритов и зависание пород.°

Предлагаемое устройство без переделок может быть использовано в строительном деле для образования отверстий обратной конусности под всевозможные анкеры и установку дюбелей в деревообрабатывающей промышленности.

Формула изобретения

Инструмент для бурения скважин, содержащий корпус, центральный резец, боковые шарнирный резцы, размещенные под

углом к центральному, и возвратную пружину, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности взрывной отбойки путем образования протяженного участка обратной конусности в призабой- ной части скважины, корпус со стороны резцов выполнен с глухим осевым отверстием, в которое через упругий элемент подвижно вставлен центральный резец, имеющий фигурный хвостовик с цилиндрическим и коническим участками с диаметральными

0

лысками на коническом участке и плоскую режущую часть с овальными гранями, а боковые шарнирные резцы в области отверстий выполнены с эксцентриками и прикреплены к корпусу, причем в рабочем состоянии эксцентрики боковых резцов установлены с возможностью контактирования лысок конического участка хвостовика центрального резца, а внутренними гранями его в овальной части,

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для расши- рения призабойной части взрывных скважин. Цель изобретения - повышение эффективности взрывной отбойки путем образования протяженного участка обратной конусности в призабойной части скважины. Устройство содержит корпус 1 с осевым глухим отверстием 2 со стороны лезвий, центральный резец 3, фигурный хвостовик 4 которого размещен в отверстии 2 и опирается на пружину 5. Центральный резец имеет выполненную заодно с фигурным хвостовиком режущую часть 6 с овальными боковыми гранями 7. Фигурный хвостовик включает ° цилиндрическую часть 8 с диаметральными лысками 9. Боковые резцы 11 установлены под углом к центральному и фиксируются пальцами 12. Корпус 1 имеет специальные проточки 13 для входа в них боковых резцов, которые снабжены эксцентриками. Кольцевая возвратная пружина 15 охватывает боковые резцы в их нижней части. При работе инструмента за счет постепенного выдвижения боковых резцов образуется протяженный участок обратной конусности в призабойной части скважины. 7 ил. сл С NJ ел 4 00 о со

16

ygat-sa

31

у - w