Аппарат для бурения скважин в угольных пластах Советский патент 1951 года по МПК E21C37/26 

Известны аппараты для бурения скважин в угольных пластах, имеющие две направляющие опоры, через которые проходит жесткий вал, несущий щарнирно соединенное с ним долото с шаровой режущей головкой. Недостатком таких аппаратов является то, что они не обеспечивают автоматическое отклонение оси пробуриваемой скважины в сторону угольного слоя при встрече долота с отличной от этого слоя по крепости почвой или кровлей.

В ojnncbiBaeMOM аппарате этот недостаток устранен тем. что долото его снабжено второй ступепью резания, выполненной в виде расположенной в задней части долота, за точкой его шарнирного крепления к валу, конусообразной коронки, имеющей больший диаметр, чем его передняя шаровая режущая головка.

При встрече этого долота с почвой или кровлей, имеющей отличную от угольного слоя крепость, он отклоняется и, образуя рычажную режущую систему, автоматически отклоняет ось пробуриваемой скважиньГв сторону угольного слоя.

С целью предупреждения боковых отклонений долота и обеспечения возможности его отклонений только в вертикальной плоскости, в передней опорке аппарата установлен свободно подвешенный груз, связанный через зубчатую передачу с установочной направляющей рамкой.

На чертеже изображен описываемый аппарат в продольном разрезе.

Самонаправляемый буровой апиарат состоит из следующих основных узлов: передней направляющей опоры, задней направляющей опоры и соединяющего обе опоры жесткого вала.

Передняя опора 1 представляет собой цилиндрический корпус 4, несущий закрепленные по его концам пластинчатые пружины 5. Внутри цилиндрического корпуса 4 помещен отвес-груз 6, служащий для установки в ориентированном положении установочной рамки 7. Установочная рамка 7 вставлена в корпус 8, соединенный на резьбе с втулкой 9, проходящей через отверстие цилиндрического корпуса 4 и

№ 91921 2 -

своей канавкой на торйе соединяющейся с зубчатой муфтой 10 отвесагруза 6. В корпусе 4 закреплено кольцо 11, входящее в зацепление с зубчатой муфтой 10 и, так|1м образом, обеспечивающее возможность устанавливать переднюю онору 1, а вместе с ней и установочную рамку 7 в ориентированном положении- Для предотвращения возможного проворота передней опоры по отнощению к скважине на пластинчатых пружинах 5 имеются продольные лезвия высотой 1,5-2,0 мм, внедряющиеся в Стенки скважины. Задняя опора (фонарь) 2 состоит из ряда пластинчатых пластин 12, приваренных к двум втулкам 13. Передняя н задняя опоры надеваются на жесткий вал 5, снабженный на своем заднем конце муфтой 14 для соединения аппарата с инструментом- На муфту 14 может надеваться диск с резцами для выбуривания во время прихвато.с аппарата на забое. Передний конец жесткого вала 3 оканчивается шаровой головкой У5, на которой крепится долото. Жесткий вал 3 состоит из двух частей - передней и задней, соединенных между собой муфтой 16, на которой прн необходимости крепится расщирительный диск 17.

Долото имеет переднюю шаровую режущую головку 18, соединенную на резьбе с корпусом 19 долота, снабженным второй ступенью резания, выполненной в виде конусообразной режущей коронки 20. Режущая коронка 20 имеет больший диаметр, чем щаровая режущая головка 18. Хвостовик 21 корпуса 19 долота входит в установочную рамку 7. Для работы по угольному пласту, более крепкому, чем почва или кровля должно быть применено долото с удлиненной передней частью (долото типа А). В случае, если почва и кровля крепче угольного пласта, используется долото с укороченной передней частью (долото типа Б).

Принцип работы описываемого самонаправляемого бурового аппарата состоит в том, что аппарат при бурении скважины в угольном пласте может отклоняться от почвы или кровли пласта при его подходе к контакту, благодаря применению описанного выше шарнирно закрепленного на конце жесткого вала долота, образующего рычаг и стремящегося отклониться в сторону наименьшего сопротивления.

При бурении скважины по угольному пласту малой мощности (в пределах 30-60 см), более крепкому, чем почва и кровля, применяется, как указывалось выше, долото типа А с удлиненной передней частью, у которого точка закрепления на валу находится от переднего конца долота на расстоянии примерно около 2/3 всей его длины. При бурении совпадает разность моментов, под действием которой передний конец долота, являющийся в данном а-чучае ведущим, поворачивается в сторону более слабых слоев угля. При этом задняя короночная часть долота, следуя за его передней частью, отклоняется в противоположную сторону, т. е. в сторону более крепких слоев угля, и расширяет скважину, искривляя при этом ее основной ствол- Подходя к этому месту, передняя направляющая опора / аппарата уходит но кривой вслед за режущей коронкой 20 долота, вследствие чего продольная ось аппарата отклоняется от ее первоначального напряжения.

Располол енный в передней опоре / отвес-груз 6, связанный через зубчатую муфту 10 и втулку 5 с установочной рамкой 7, ограничивающей перемещения долота в стороны, дает ему возможность отклоняться только вверх и вниз, благодаря чему направление долота по азимуту остается постоянным.

При такой конструкции долота аппарат может бурить скважину, не выходя из пласта, так как стоит передней режущей головке 18 долота несколько отклониться в сторону мягкого угла, как задняя его коронка 20 автоматически начинает врезаться в противоположную сторону, т- е. в сторону твердого слоя угля.

Дойдя до противоположной твердой стороны, передняя головка долота вновь отклонится в сторону мягкого угля, а задняя корончатая сторона долота - в противоположную ей сторону более твердых ааоев угля. Таким образом, аппарат в худшем случае будет двигаться с незначительным отклонением от почвы к кровле, делая скважину слегка извилистой на значительных интервалах переходов от почвы к кровле и обратно. В лучшем же случае, в угольном пласте, не имеющем включений твердых пород, он будет бурить прямолинейную скважину. В случае наличия в угольном пласте включений пород более твердых, чем уголь, необходимо на вал аппарата за передней опорой 1 установить расширительный диск 17 для выравнивания стенок скважины, так как последние могут быть неровными, вследствие разнопеременных направлений передней головки долота, вызываемых частыми встречами долота с включениями кусков твердых пород в угольном пласте (например колчедан).

При бурении скважины по угольному пласту с более крепкой почвой и кровлей, чем угольный пласт, используется долото типа Б, у которого передняя режуш,ая шаровая головка 18 укорочена и больший момент по отношению к точке его крепления находится на стороне задней режушей коронки 20 долота. Вследствие этого управляюп1,ей частью долота типа Б является задняя его коронка 20, которая, встретив на своем пути более твердый слой угля или породы, сразу же от него отклоняется в сторону более мягкого слоя. Противоположная сторона коронки 20 начинает резать в сторону более мягкого угля, одновременно отводя весь аппарат в эту сторону.

Предмет изобретения

1.Аппарат для бурения скважип в угольных пластах, имеюш,ий две направляюшие опоры, через которые проходит жесткий вал, несуший шарнирно соединенное с ним долото с шаровой режушей головкой, отлич аюги,ийся тем, что, с целью автоматического отклонения оси пробуриваемой скважины в сторону угольного слоя при встрече долота с отличной от этого слоя по крепости почвой или кровлей, указанное долото снабжено второй ступенью резания, выполненной в виде расположенной в задней части долота за точкой его шарнирного крепления к валу конусообразной коронки, имеюш,ей больший диаметр, чем его передняя шаровая режун ая головка.

2.Аппарат по п. 1, о т л и ч а ю ш,и и с я тем, что в его передней опоре установлен свободно подвешенный груз, связанный через зубчатую муфту и втулку с установочной рамкой, ограничиваюш,ей боковые отклонения долота и обеспечиваюш.ей возможность его отклонений лишь в вертикальной плоскости

ri

tNj

i