Инструмент для нанесения профильных углублений на стенки шпуров и скважин Советский патент 1992 года по МПК E21B7/28 

Фиг /

Изобретение относится к горной промышленности, в частности, к устройствам для бурения шпуров и скважин и выполнения на их стенках профильных углублений, Известно устройство, включающее корпус, выполненный в виде штанги, на котором установлена с зазором и возможностью вращения вокруг оси втулка с закрепленными на ней двумя твердосплавными рабочими элементами 1.

Существенным недостатком известного устройства является отсутствие дополнительных каналов для вымывания буровой мелочи из профильных углублений шпура, что приводит к заклиниванию инструмента при извлечении его из шпуров и скважин и снижает эффективность изготовления профильных углублений.

Наиболее близким техническим решением из известных к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является инструмент для нанесения профильных углублений на стенки шпуров, включающий корпус с каналом, сообщенный с подводящим каналом буровой штанги, соосные последовательно установленные на нем с зазором и возможностью вращения связанные между собой кондуктор и втулку, продольно установленные на боковой поверхности втулки ступенчатые рабочие элементы с трехгранной формой поперечного сечения с плоскостью симметрии, проходящей через продольную ось инструмента 2.

При такой конструкции инструмента затруднен вывод продуктов разрушения из зо- ны дробления, что приводит к росту энергоемкости процесса, так как производится переизмельчение уже разрушенной породы.

Кроме того, происходит заклинивание инструмента при его извлечении из шпура или скважины. Ориентация плоскости расположения профильных углублений при бурении шпуров и скважин может быть различной. Наиболее распространенным и неблагоприятным для инструмента является их вертикальное расположение. Выход измельченной горной породы из зоны разрушения затруднен. Он возможен только путем вытекания ее вдоль режущей кромки и плоскостей втулки. При этом профильное углубление, обращенное в сторону почвы выработки, интенсивно засоряется продуктами разрушения. В таких случаях инструмент извлекается с большим усилием и, как правило, при включенном перфораторе, обеспечивая дополнительно сотрясательное и вращательное движение штанги. Это усиливает абразивный износ рабочих

элементов и снижает эффективность изготовления профильных углублений на стенках шпуров и скважич.

Целью изобретения является повыше- ние эффективности изготовления профиль- ных углублений за счет исключения заклинивания инструмента при извлечении его из шпуров и скважин и снижения энергоемкости процесса,

0 Указанная цель достигается тем, что в известном инструменте для нанесения профильных углублений на стенки шпуров и скважин, включающий корпус с каналом и установленные на нем последовательно со- 5 осно друг другу кондуктор и втулку с размещенными на ее боковой поаерхности диаметрально ступенчатыми рабочими элементами трехгранной формы в поперечном сечении, кондуктор и втулка установлены на 0 корпусе эксцентрично его продольной оси с возможностью ограниченного поворота относительно оси втулки.

Во время бурения вращение и удары от перфоратора коронке, разрушающей забой 5 шпура, передаются посредством буровой штанги и корпуса инструмента для нанесения профильных углублений. Вынос продук- тов разрушения из забоя шпура и профильных углублений осуществляется во- 0 дои, .поступающей по центральному каналу штанги и корпуса инструмента. Установленная на эксцентричной цилиндрической части корпуса инструмента с зазором втулка с рабочими элементами во время вращения 5 штанги совершает колебательное движение. За каждый оборот корпуса инструмента втулка совершит колебание, образуя зазор на величину эксцентриситета между рабочими элементами втулки и поверхно- 0 стью создаваемых профильных углублений. Это улучшает вынос продуктов разрушения из зоны дробления. При движении втулки в первое крайнее положение один из рабочих элементов входит в породу на всю глубину 5 режущей части и одновременно перемещается вперед к забою шпура. В это время вершина второго рабочего элемента приподнимается на величину эксцентриситета, за счет чего площадь, которую он разруша- 0 ет, снижается. Разрушение пород в контурах профильного углубления происходит при меньших усилиях, за счет чего большие напряжения возникают на забое рабочего элемента, погруженного в породу полно- 5 стью. Это также приводит к увеличению скорости изготовления углублений. Таким образом,наличие эксцентриситета позволяет попеременно перераспределять усилия на кромках рабочих элементов и снижать энергоемкость процесса разрушения,

Амплитуда колебаний втулки с рабочими элементами определяется величиной эксцентриситета.

Экспериментально установлено, что для каждого конкретного месторождения существует рациональная величина эксцентриситета, обеспечивающая максимальную эффективность создания профильных ут- лублений.

Кроме того, существенно упрощается извлечение инструмента из шпура после окончания бурения, так как при вращении штанги колебательные движения втулки позволяют пропускать при подьеме или сжимать при опускании переизмельченные продукты разрушения, оставшиеся в профильных углублениях, а не двигать их перед собой. Таким образом повышается эффективность изготовления профильных углублений.

На чертеже изображено устройство с частичными вырывами, общий вид; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.З - разрез по Б-Б на фиг,1.

Инструмент состоит (фиг,1) из корпуса 1, в котором выполнен осевой канал 2, сообщающийся с каналом 3 буровой штанги 4, соединенной с корпусом 1 посредством конуса 5. На корпусе 1 выполнен ответный конус 6, обеспечивающий разъемное соеди- нение со штэнгой 4. На цилиндрической части 7 корпуса 1 соосно последовательно установлены с зазором и возможностью вращения связанные между собой кондуктор 8 и втулка 9, причем цилиндрическая часть корпуса 1 выполнена эксцентрично. Между осью вращения 10, штанги 4, кондуктора 8, втулки 9 и осью 11 корпуса 1 имеется эксцентриситет, величина которого зависит от физико-механических свойств пород. На втулке 9 выполнены две полости, в которых закреплены ступенчатые рабочие элементы 12 с трехгранной формой поперечного сечения. Корпус заканчивается конусом 13, на котором установлена буровая коронка 14.

Нарезка профильных углублений предлагаемым инструментом осуществляется следующим образом.

После заглубления коронки 14 в породу и входа в шпур кондуктора 8 бурение пре- кращается и втулка 9 ориентируется в нужном направлении руками бурильщика или с помощью специального устройства. Втулка 9 удерживается в нужном направлении до тех пор, пока под действием работающего перфоратора не заглубятся в шпур меньшие ступени рабочих элементов 12. После чего производят бурение обычным путем. Удары и вращение от перфоратора через штангу 4 и корпус 1 передаются коронке 14. которая

осуществляет- разрушение породы в забое шпура. Удаление продуктов разрушения из шпура осуществляется водой, подаваемой от перфоратора по каналу 3 в штанге 4 и каналу 2 в корпусе 1. Удары от перфоратора штангой 4 через утолщенную часть корпуса 1 передаются втулке 9 с рабочими элементами 12 трехгранной формы поперечного сечения. Втулка 9 с рабочими элементами 12, перемещаясь под действием ударов вдоль оси шпура, формирует профильные углубления на стенках. Глубина внедрения каждой ступени рабочих элементов 12 в стенки шпура небольшая и измельченная порода, в основном, удаляется из области разрушения между рабочими элементами и массивом породы. Причем наиболее эффективно удаление продуктов разрушения происходит в момент, когда втулка 9 при колебательном движении займет одно из крайних положений и между поверхностями вновь образованного профильного углубления и рабочим элементом 12 втулки 19 образуется зазор. Например, как это видно из фиг.1 и фиг.2. Втулка 9 заняла крайнее верхнее положение, где ее рабочий элемент 12 формирует профильное углубление под действием ударов от перфоратора, передаваемых втулке 9 через утолщенный конец корпуса 1 инструмента. Нижний рабочий элемент 12 втулки 9 в это время приподнят над поверхностью формируемого им профильного углубления, обеспечивая зазор для пропуска продуктов разрушения. Высота образовавшегося зазора соответствует значению принятого эксцентриситета. При повороте штанги 4 и соответственно корпуса 1 на 180° нижний зазор исчезает и появится такого же размера верхний зазор. Периодичность появления зазоров в профильных углублениях определяется частотой вращения штанги 4 и для современных бурильных машин составляет от 1,25 до 4.0 раз в секунДУПри движении втулки 9 в верхнее крайнее положение верхний рабочий элемент 12 входит в породу на всю глубину режущей части и одновременно перемещается вперед к забою шпура. В это время вершина нижнего рабочего элемента 12 приподнимается на величину эксцентриситета, за счет чего площадь, которую он разрушает, снижается. При этом разрушение пород в контурах профильного углубления происходит при меньших усилиях, а в результате на забое рабочего элемента полностью погруженного в породу возникают большие напряжения. Наличие эксцентриситета позволяет попеременно перераспределять усилия на кромках рабочих элементов 12

снижая энергоемкость процесса разрушения и повышая скорость изготовления профильных углублений. После окончания бурения шпура или скважины на заданную глубину перфоратор выключается и осуществляется промывка водой, поступающей по каналам 2 и 3. Время промывки определяется требованиями регламента в каждом конкретном случае. Промывка может осуществляться с вращением штанги А или без вращения. Затем приступают к извлечению инструмента из шпура. Включается вращение штанги 4 и инструмент извлекается из забоя шпура. При этом колебательные движения втулки 9 с рабочими элементами 12 позволяют пропускать при подъеме или сжимать при опускании остатки переизмельченных продуктов разрушения, оставшиеся в профильных углублениях после промывки. Это позволяет извлекать инструмент без затруднений, сокращая время на данную операцию, что в целом повышает эффективность создания профильных углублений.

5

0

Работоспособность предложенного инструмента проверена и подтверждена на макетном образце. Планируется изготовление экспериментальных образцов инструмента и его испытания на стенде.

Формула изобретения, Инструмент для нанесения профильных углублений на стенки шпуров и скважин, включающий корпус с каналом и установленные на нем последовательно соосно друг с другом кондуктор и втулку с размещенными на ее боковой поверхности диаметрально ступенчатыми рабочими элементами трехгранной формы в поперечном сечении, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности бурения за счет интенсификации процесса образования боковых углублений и улучшения извлечения инструмента из выработки, кондуктор и втулка установлены на корпусе эксцентрично его продольной оси с возможностью ограниченного поворота относительно оси втулки.

Изобретение относится к буровой технике и может быть использовано для бурения шпуров и скважин и выполнения на их стенках профильных углублений. Цель изобретения - повышение эффективности бурения за счет интенсификации процесса 10 11 У У , 12 I3 5 . А Уч утУ л:: : /лXх - -У V.м. -.. --. :образования боковых углублений на стенках скважины и улучшение извлечения инструмента из выработки. Инструмент состоит из корпуса 1, в котором выполнен осевой канал 2, сообщающийся с каналом 3 буровой штанги 4. соединенной с корпусом посредством конуса 5. На цилиндрической части 7 корпуса соосно последовательно установлены с зазором и возможностью вращения связанные между собой кондуктор 3 и втулка 9, причем цилиндрическая часть корпуса выполнена эксцентрично. На втулке 9 закреплены ступенчатые рабочие элементы 12. При работе инструмента втулка 9 с рабочими элементами, перемещаясь под действием ударов вдоль оси шпура, формирует профильные углубления на стенках. 2 ил. Ј, 3 5 сг Ј V| VI О ел fc

А-А

ю

Б-Б