Способ вращательного бурения шпуров и скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B3/00 E21B7/00 

I

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам вращательного бурения шпуров и скважин в горных породах и грунтах.

Известен ударно-вращательный способ бурения l.

Недостатком данного способа является ограниченная область его применения, так можно использовать при бурении пород крепостью не бо- . лее 16.

Вибрационное бурение основано на использовании собственного веса бурового станка, который внедряется в грунт при непрерывном вращении и знакопеременной импульсной нагрузке, прикладываемой к оси бурового инструмента. Применяется способ при бурении скважин на поверхности.

Колебательное бурение, включающее постоянную осевую нагрузку и поборот бури в двух направлениях - по часовой и против часовой стрелки, предназначено для бурения скважин круглого и некруглого сечения в условиях пород малой крепости.

Способ бурения с прерывистым вращением инструмента состоит из постоянной осевой нагрузки и пульсирующего вращения режущего инструмента,при котором инструмент делает кратковременную остановку вращения после каждого оборота, в результате чего снимаются силы трения пород по передней

10 грани резца и обеспечивается лучшая подача. В процессе бурения здесь резец находится в постоянном контакте с породой и рассчитан для применения в условиях пород крепостью 10IS12 и более.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ вра20щательного бурения шпуров и скважин,, при котором осуществляют усилие пода-чи на режущий инструмент и одновременно сообщают ему вращение С 2}. Недостатком этого способа является низкая скорость бурения пород кре постью более 8 из-за интенсивного нагрева и износа режущих кромок резца. Установлено, что стойкость резцов зависит от температуры его нагрева. До тех пор, пока резец еще острый и режущие кромки его не достигли кри тической температуры (700-80l C) он обеспечивает высокую скорость бурения. Но как только температура лезвий резца в приконтактной зоне дости гает критических значений, резец садится и бурение становится неэффективным. Так, при бурении пород с коэффициентом крепости 10-12 полно затупление резца наблюдается на 5-6 минуте работы, Основной причиной снижения стойкости резца при наличии высоких температур режущих кромок является выго рание кобальта и выкрашивание вольфрама из основы. Применение водяной промывки шпуров частично способствует сохранению стойкости буровых резцов, но полностью водяная промывка не решает этой проблемы. Вода не в состоянии проникнуть в приконтактную зону резания, где возникает трение и тепло. Между контактной зоной (где формируется тепло) и охлаждающей f струей жидкости находится прослоек водяного пара, который под большим давлением отбрасывает воду и затрудняет теплообмен. А поскольку отвод тепла происходит менее интенсивно, чем его поступление, то лезвия резца перегреваются. Для того, чтобы вода могла служить источником охлаждения, необходи мо в процессе бурения периодически разрывать контакт резца с породой и обеспечить непосредственный контакт резца с водой. Цель изобретения - повышение эффективности бурения. Указанная цель достигается тем, что подачу инструмента на забой осуществляют импульсно. Подачу инструмента на забой осуществляют с частотой 5 раз в мин. с паузой 2 с. Таким образом, цель достигается периодическим снятием осевой нагрузки при непрерывном вращении инструмента в процессе бурения. В момент снятия осевой нагрузки подача инстру мента прекращается, режущие кромки резца выходят из своего заглубления на поверхность забоя шпура и подвергаются охлаждению промывочной жидкостью. Своевременное и полное охлаждение режущих кромок способствует повышению стойкости резцов при бурении крепких пород, а, следовательно, и повышению производительности бурения шпуров. Таким образом, сущность способа бурения заключается в том, что резцу придают непрерывное вращение, а подачу инструмента периодически прекращают . На фиг. 1 - показано положение резца в момент снятия стружки породы (осевая нагрузка Р О и число оборотов вращения резца п 0); на фиг.2 резец в момент прекращения подами инструмента (Р ji О, п i 0). В процессе снятия стружки породы 1 лезвие 2 резца 3 находится в окружении объемно сжатых пород.Передняя грань резца прижата к срезаемому слою, а задняя под действием осевой нагрузки ( Р/ оперта на упруго деформированную, плоскость среза k. Возникающие в процессе бурения силы трения пород по передней и задней граням резца вызывают нагрев режущих кромок (на чертеже этот участок режущих кромок затемнен). И если подачу инструмента в процессе бурения не прекращать, т.е. осуществлять бурение обычным вращательным способом, то резец на своих режущих кромках будет накапливать тепловую энергию, которая через 20-30 с от начала бурения достигнет критического значения и вызовет ослабление победита 5 на данном участке. Струя промывочной жидкости 6, направленная под давлением в тупик шпура, не охлаждает режущих кромок, поскольку режущие кромки, находятся в заглублении в плотном контакте с породой 7,куда вода практически не может проникнуть. Другим препятствием в подаче воды к режущим кромкам резца является водяной пар, образующийся тут же в зоне формирования тепла. В данном способе бурения .подача инструмента прерывистая. В момент прекращения подачи резец делает холостой пробег по открытой поверхности забоя шпура подвергаясь интенсивному охлаждению водой.