Устройство для расширения скважин в крепких породах

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ .СКВАЖИН В КРЕПКИХ ПОРОДАХ, содержащее корпус с установленными на валах роторами, оси которых лежат в плоскости , перпендикулярной оси корпуса. и породоразрушающие инструменты в виде шарошек, установленных по окружности роторов, плоскость вращения йоторых расположена под острым углом к осям вращения роторов, отличающееся тем, что, с целью повьшения его эффективности путем обеспечения сплошности обработки забоя , оно снабжено механизмами ориентации роторов один относительно другого , вьтолненными в виде двух дисков с одинаковым количеством отверстий по окружности одинакового диаметра и установленными с возможностью соединения между собой, а роторы соеg динены посредством карданных валов, при этом породоразрушающие инструмен (Л ты каждого ротора сдвинуты на шаг разрушения относительно установленного рядом ротора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН аа (11) 31 @ E 21 В 7/28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИЙ И 0ТНРЫТИЙ

ВЧту .":„,Фуад- ; а

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц д

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ .СКВАЖИН В КРЕПКИХ ПОРОДАХ, содержащее корпус с установленными на валах роторами, оси которь|х лежат в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, (21) 3568992/22-03 (22) 12.01.83 (46) 23.06.84. Бюл. Р 23 (72) Н.Я.Трохимец, А.Г.Халецкий и С.О.Титов (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Института геотехнической механики АН Украинской CCP (53) 622.233.6.05t 77.622.26(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

182643, кл. Е 21 В t3/04, 1963. ,2. Авторское свидетельство СССР ф 9604 15, кл. Е 21 В 7/28,- 1980 (прототип). и породоразрушающие инструменты в виде шарошек, установленных по окружности роторов, плоскость вращения которых расположена под острым углом к осям вращения роторов, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения его эффективности путем обеспечения сплошности обработки забоя, оно снабжено механизмами ориен" тации роторов один относительно другого, выполненными в виде двух дисков с одинаковым количеством отверстий по окружности одинакового диаметра и установленными с возможностью соединения между собой, а роторы соединены посредством карданных валов, о при этом породоразрушающие инструменты каждого ротора сдвинуты на шаг разрушения относительно установленного рядом ротора.

1099039

Изобретение относится к горному делу, а именно к машинам для расширения ранее пробуренных скважин в крепких породах, и может быть использовано также в строительстве при проходке тоннелей.

Известно устройство для расширения скважин в горных породах, содержащее корпус, на котором установлены роторы, оси вращения которых пересекают10 ся в плоскости, перпендикулярной оси устройства, и кинематически соединенные между собой, породораэрушающие инструменты„ установленные ка перифе-. риях роторов, и механизм вращения роторов вокруг своих осей в виде опорного фонаря и соединенного с ним червячного редуктора j1) .

Недостатком такой конструкции является то, что роторы связаны меж- О ду собой без учета расположения породоразрушающих инструментов на их периферйи, а также несоответствие числа породоразрушающих инструментов на одном роторе и числа последних °

Это приводит к тому„ что для обеспечения сплошности обработки забоя нсобходимо дополнительно несколько раз вращать корпус с роторами вокруг оси выработки, что снижает скорость ЗО расширения.

Кроме того, опорный фонарь в процессе расширения скважины вследствие вибраций рабочего органа проскальзывает по стенке расширенной скважины и проворачивается в сторону вращения рабочего органа, что уменьшает шаг разрушения породоразрушающих инструментов и снижает скорость расширения.

Наиболее близким к изобретению,д по технической сущности является устройство для расширения скважин в крепких породах, содержащее корпус с установленными на валах роторами, оси которых лежат в плоскости перпен- ( дикулярндй оси корпуса, и породоразрушающие инструменты в виде шарошек, установленных по окружности роторов, плоскость вращения которых расположена под острым углом к осям вращения роторов )2) .

Недостатком известного устройства является то, что роторы с породоразрушающими инструментами на их периферии в процессе расширения -скважины

55 не могут быть сориентированы таким образом, что породораэрушающие инструменты каждого ротора сдвинуты на шаг разрушения относительно рядом установленного ротора, так как для вращения последнего вокруг своей оси используется индивидуальный механизм. Сам же механизм приводится во вращение в результате обкатки конической шарошки по забою и скорость вращения последней зависит от ее коэффициента сцепления с горной породой и величины преодолеваемого крутящего момента.

Так как преодолеваемый крутящий момент, зависящий от свойств горных пород и состояния породоразрушающих инструментов, и коэффициент сцепления, зависящий от состояния ьооружения конической шарошки, изменяются в процессе расширения скважины, то скорость вращения роторов. вокруг своих осей не может быть одинаковой.

Даже в случае одинаковой скорости вращения роторов последние ориентируются один относительно другого стихийно. Нри этом может иметь место случай, когда одна или несколько шарошек сзади расположенных роторов будут перемещаться вслед шарошке впереди расположенного ротора и не смо" гут производить воздействия на горную породу.

Целью изобретения является повышение его эффективности путем обеспечения сплошности обработки забоя.

Указанная цель достигается тем, что устройство для расширения скважин в крепких породах„ содержащее корпус с установленными на валах роторами, оси которы, лежат в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, и породоразрушаюшие инструменты в виде шарошек, установленных по окружности, роторов, плоскость вращения которых расположена под острым углом к осям вращения роторов, снабжено механизмами ориентации роторов один относительно другого, выполненными в виде двух дисков с одинаковым количество отверстий по окружности одинаковым количеством отверстий по окружности одинакового диаметра и установленных с воэможностью соединения между собой, а роторы соединень; между собой посредством карданных валов, при этом породораэрушающие инструменты каждого ротора сдвинуты на шаг разрушения относительно установленного рядом ротора.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для расширения скважин в

1099039 4 шающими инструментами 5 на одном ро. торе.

Разъединив диски 6 и 7 всех механизмов ориентации роторов один относительно другого путем удаления болтов из отверстий 8, вращают ротор 2, над которым неподвижно установлен шаблон, вокруг своей оси до тех пор, пока один из породоразрушающих инструментов 5 этого ротора не разместится под первой меткой на шаблоне (условно первый ротор). Затем этот ротор жестко закрепляют к корпусу 1.

После этого поворачивают корпус 1 вокруг оси устройства до тех пор, пока следующий ротор (второй) не размещает один из его породоразрушающих инструментов под второй меткой на шаблоне. Затем диски 6 и 7 механизма ориентации, размещенного на карданном валу 3 между первым и вторым ротором, жестко соединяют между собой путем установки болтов в отверстия 8.

Выполнив операцию закрепления дисков 6 и 7 механизма ориентации роторов, снова поворачивают корпус вокруг оси устройства до тех пор,пока третий ротор не станет под шаблоном и, вращая последний вокруг его оси, ориентируют один из его. породоразрушающих инструментов под третьей меткой на шаблоне. Сориентировав, жестко соединяют диски 6 и 7 механизма ориентации роторов на карданном валу между вторым и третьим ротором и т.д. После ориентации последнего ротора и соединения дисков на карданном валу между ним и первым ротором снимают жесткое крепление первого ротора с корпусом 1.

Таким образом, породоразрушающие инструменты S каждого ротора 2 сдвигаются на шаг разрушения относительно рядом установленного ротора.

Устройство работает следующим образом. крепких горных породах, вид спереди; на фиг. 2 — положение устройства в забое, разрез в осевой плоскости, где показана схема обработки забоя (1-1 — первый породораэрушающий инструмент первого ротора; 1-2 — то же, второго ротора и т.д.; 2-1 — второй породоразрушающий инструмент первого ротора; tp шаг разрушения); на фиг. 3 — механизм ориентации роторов 10

У вид сбоку.

Устройство состоит из корпуса 1, роторов 2, установленных в корпусе 1, карданных валов 3, соединяющих валы 4 роторов 2, породоразрушающих инструментов 5 в виде шарошек, установленных на периферии роторов 2 под острым углом к их плоскостям, и механизмов ориентации роторов 2 один относительно другого в виде двух дисков 6 и 7 2р с отверстиями 8 по окружности, жестко и соосно установленных на карданных валах 3 и соединенных между собой, например, болтами, установленными в отверстия 8. 25

Сориентировать роторы 2 между собой так, чтобы породоразрушающие инструменты 5 каждого ротора были сдвинуты на шаг разрушения относительно рядом установленного ротора 3О с помощью механизма ориентации 6 и 7 можно следующим образом.

Над одним из роторов 2 в его плоскости неподвижно устанавливается 35 шаблон в виде кольцевого сектора, внутренний диаметр которого равен диаметру ротора 2 по вершинам породо.— разрушающих инструментов 5, а длина дуги — расстоянию по дуге между со- 4О седними породоразрушающими инструментами 5 на роторе 2 по тому же самому диаметру. На шаблоне по дуге нанесены метки, расстояние между которыми равно шагу разрушения, завися-45 щего от крепости горных пород и конструктивных особенностей породоразрушающих инструментов 5. Под особенностью породоразрушающих инструментов 5 понимается количество венцов породораэрушающих элементов в нем.

Каждый ротор 2 имеет одинаковое количество породоразрушающих инструментов 5, разделяющих его диаметр на равные части. Количество роторов 2 55 в устройстве должно быть столько, сколько раз шаг разрушения вмещается по дуге между соседними породоразруВ ранее пробуренной скважине помещают став буровых штанг, один конец которого прикрепляют к корпусу 1, а другой — к механизму вращения и перемещения става штанг, установленных на буровом станке. Включением механизмов вращения и перемещения става штанг устройство за корпус 1 вращая перемещают вперед по направлению к горным породам. Породоразрущающие инструменты 5, вструпив в кон1099039 такт с горной породой, с усилием перемещаются по вогнутой спирали

Архимеда с заданным шагом, чем дости-, гается непрерывное разрушение породы с формированием забоя тороидальной 5 формы. Вращение роторов 2 вокруг своих осей происходит путем установки породораэрушающих инструментов 5 под углом к плоскостям роторов 2.

Угол установки породоразрушающих инструментов 5 подобран таким обра- .

soM, что sa один оборот ротора вокруг оси выработки он проворачивается вокруг своей оси на угол, дуга по вершинам породоразрушающих инструментов 5 которого равна шагу разрушения.

Породоразрушающие инструменты на периферии роторов, перемещаясь один за другим по вогнутой спирали Архи-. меда со смещением на шаг разрушения за один оборот устройства, обрабатывают всю площадь забоя расширенной скважины, за счет чего повышается скорость ее расширения.

1099039 . 30ИИПИ Заказ 4334/26 Тирак 564 Подаислое фнлаад ШШ "Иатааи ", ю . Узжрод, ул.Проектная,4