Буровая коронка

 

Изобретение относится к горной промышленности и строительству и предназначено для породоразрушающих инструментов. Цель - повышение эффективности бурения за счет улучшения очистки забоя и предотвращения вторичного дробления крупных частиц шлама, а также улучшения смачивания мелкодисперсной буровой пыли. Коронка содержит корпус 1 с центральным твердосплавным лезвием 5, основным промывочным каналом 2 в виде конусной полости с донной частью и боковыми промывочными каналами 3. Последние симметрично расположены относительно лезвия 5 и сообщаются с каналом 2. В корпусе 1 выполнены дополнительные наклонные промывочные каналы 4 в плоскости, параллельной лезвию и проходящей через боковые каналы 3. Последние выполнены наклонными к вертикальной плоскости, проходящей через лезвие 5, под углом 10°≤ β ≤ 20°. Диаметр каналов 4 меньше диаметра боковых каналов. Угол между боковыми каналами 3 и каналом 4 выбирается так, чтобы встреча выходящих из них струй происходила на некотором расстоянии от забоя шпура. Благодаря этому достигается наибольшая аэрация промывочного агента, сохраняется гидромониторное воздействие на породу. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

Р1=СПУБЛИН

„„SU„„ l 472620 А1 (-1) 4 E 21 В 10/16

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТИРЬП ИЯМ

r1PH ГННТ СССР (21) 4175017/23-03 (22) 02.12.86 (46) 15.04.89,Бюл. й- 14 (7 1) московский геолого-разведочный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.Г.Каналии, А.Ю.Тремба, Е.С.Замковский и И.В.Лебедева (53) 622.24.051.4(088.8) (56) Авторское. свидетельство СССР

Р 324384, кл. Е 21 В 10/60, 1972. (54) БУРОВАЯ КОРОНКА (57) Изобретение относится к горной пром-сти и строительству и предназначено для породоразрушающих инструментов. Цель — повышение эффективности бурения за счет улучшения очистки забоя и предотвращения вторичного дробления крупных частиц шлама, а также улучшения смачивания мелкодисперсной буровой пыли. Коронка содержит корпус 1 с центральным твердосплавным лезвием 5, основным промывочным каналом 2 в виде конусной полости с донной частью и боковыми промывочными каналами 3. Последние симметрично расположены относительно лезвия 5 и сообщаются с каналом 2. В корпусе 1 выполнены дополнительные наклонные промывочные каналы 4 в плоскости, параллельной лезвию и проходящей через боковые каналы 3. Последние выполнены наклонными к вертикальной плоскости, проходящей через лезвие 5, под углом 10 « P 20 . Диаметр каналов 4 меньше диаметра боковых каналов 3.

Угол между боковыми каналами 3 и каналом 4 выбирается так, чтобы встреча выходящих из них струй происходила на некотором расстоянии от забоя шпура. Благодаря этому достигается наибольшая аэрация промывочного агента, сохраняется гидромониторное воздействие на породу. 4 ил.

1472620

В, (are tg

2 (L-21) где  — диаметр основного канала в донной его части; — расстояние от донной части основного канала до кромки лезвия; — величина внедрения лезвия в породу.

Нр>. этом биссектриса угла в каждой из плоскостей наклонена к проекции оси вращения коронки »а эту о плоскость под углом 5 10, а диаметр дополнительного промывочного канала меньше диаметра бокового канала .

Коронка работает следующим образом.

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, а именно к породоразрушающим инструмен там для бурения шпуров при проходке горных выработок.

Целью изобретения является повышение эффективности бурения за счет улучшения очистки забоя и предотвращения вторичного дробления крупных частиц шлама, а также улучшения смачивания мелкодисперсной буровой пы ли.

На фиг. 1 изображена буровая корон,ка, общий вид; на фиг.2 †.то же, поперечный разрез, на фиг.3 — то же, продольный разрез, на фиг.4 — схема, поясняющая фиг,3.

Коронка (фиг.1) состоит из корпу- а аа 1 с выполненным в нем основ .1ым 20 промывочным каналом 2, двумя боковыми тангенциальными каналами 3 и двуMR дополнительными каналами 4, наклоненными к боковым каналам под углом

ы., армированного твердосплавным лез. 25 вием 5.

Основной промывочный канал выполнен в виде конусной полости, а выходящие из него боковые промывочные каналы расположены в плоскостях,сим- 30 метрично наклоненных к плоскости,проходящей через ось вращения коронки и лезвия, и пересекающихся в ней в противоположном от лезвия направлении под углом 10 и P (20, а в каждой из этих плоскостей выполнено по одному дополнительному промывочному каналу, наклоненному к имеющемуся в этой плоскости промывочному каналу под углом

Пром1)вочпая жидкость поступает по буровой штанге в основной промывочный канал 2, выполненный в виде конусной полости, из него — в боковые тангенциальные промывочные каналы 3 и дополнительные каналы 4, наклоненные к боковым тангенциальным каналам под углом oL . При соударении струй, выходящих из бокового 3 и дополнительного 4 каналов, образуется поток воздушно-водяной смеси 6 (фиг.4). В результате того что биссектриса угла 0 (Фиг.3) наклонена в противоположную вращению коронки сторону, поток приобретает вращательное движение, а так как сами каналы лежат в плоскостях, наклоненных к оси вращения коронки, то поток приобретает восходящее движение по спирали. Сечение дополнительного канала выбирается меньше сечения бокового канала d< 0,756,, в результате чего скоростной напор и давление выходящей из дополнительного канала жидкости напора и скорости жидкости, выходящей из бокового канала, что в свою очередь усиливает движение по спирали.

Наклон плоскостей, в которых расположены боковой и дополнительный промывочные каналы, выбран таким, что потоки Р и Р перекрещиваются в центре лунки выкола 7 (фиг.4), способствуя дополнительному раскрытию образовавшихся в этой зоне трещин.

При повороте лезвия коронки 5 (фиг.1) происходит удаление разрушен— ной породы из лунки выкола.

Промывочный агент сильно аэрирован, т.е. содержит большое количество мелких пузырьков воздуха, поэтому все частицы, выходящие из лунки выкола, удаляюся полностью. Кроме того, аэрация промывочного агента способствует улавливанию тонкодисперсной буровой пыли. Наличие дополнительных каналов позволяет увеличить количество подаваемого промывочного агента, а следовательно, лучше очистить поверхность забоя. Кроме того, .в результате соударения струй из бокового и дополнительного каналов происходит дополнительное аэрирование промывочного агента, т.е. образование большого количества мелких пузырьков воздуха (фиг.4), которые улучшают процесс смачивания тонкодисперсной пыли.

1472б20

Увеличение объема промывочного агента за счет его аэрированпя уменьшает его удельный вес, что улучшает процесс выноса крупных частиц, подвергавшихся ранее переизмельчению й, следовательно, снижает энергоемкость бурения.

Наклон плоскости, в которой лежат оси бокового и дополнительного кана- 10 лов, и наклонное расположение самих каналов в этой плоскости в сторону, противоположную вращению коронки, придают буровому инструменту дополнительный момент движения за счет реак- 15 тивного эффекта, что также способствует снижению затрат энергии на вращение. Кроме того, такое расположение каналов способствует движению промывочного агента по спирали, что увели- 20 чивает путь прохождения пыли, а следовательно, и время контакта пылевых частиц с промывочным агентом, к тому же сильно аэрированным, улучшая таким образом его пылеулавливающую 25 способность.

Наличие явления соударений струй, выходящих из каналов, позволяет получать воздушно-механическую пену ВМП при введении в качестве промывочно- З0

ro агента поверхностно-активного вещества. Здесь осуществляется принцип действия эвольвентного пеногенератора. Бурение с ВМП позволяет улавливать частицы пыли с размерами до

5 мкм и увеличить скорость бурения на 5-107 за счет снижения прочности разрушаемой горной породы от действия расклинивающего эффекта промывочного агента.

Выбор наклона плоскости, в которой расположены промывочные каналы под углом P = 10-20, определяется обеспечением более эффективного процесса разрушения (фиг.2). В момент 45 удара лезвия о ггороду образуется лунка выкола, за которой располагается в результате деформаций сжатия сеть взаимно пересекающихся трещин, приводящих к мелкому дроблению,породы, после чего происходит отделение объемов скалывания под действием распирающих сил ядра разрушения.Размер трещин зависит от угла приострения лезвия, энергии удара и физикомеханических свойств пород.

Следовательно наиболее рационально направить выходящие из каналов струи промывочного агента. именно в эту зону для дополггптельного раскрытия образовавшихся трещцн и для своевременного выноса от:<оловшпхся частиц, чтобы исключить пх вторичное о дробление. Угол наклона в 10-20 обеспечивает охват всей этой эоны.

Угол < между боковым и дополнительным каналами (фиг.3) выбирается таким, что встреча выходяшпх пзоних струй происходила на некотором расстоянии от забоя шпура. В этом случае сохраняются все положгггельные стороны их действпя: достигается наибольшая аэрацпя промывочного агента, сохраняется гпдромонпторное воздействием на породу, а прп применении

ПАВ возможно получение воздушно †механической пены. Велпчпна угпа »<, зависит от геометрических параметров коронки, диаметра ее внутренней полости в донной частп, расстоянием от нее до кромки лезвия и от величины внедрения лезвия в породу, зависящее в свою очередь От физико-механических свойств породы. Если первые две величины определяются конструкцией выбранной коронки, то величина h определяется экспериментально.

Наклон биссектрисы угла cC,, образованного осями бокового и дополнио тельногб каналов, в пределах 5-10 регламентируется следующим образом. о

Угол больше 10, исходя пз существующих конструкций корпуса коронок, трудно выполним, а при угле меньше

5 реактивный эффект подкручивания коронки проявляется незначительно, либо просто теряется.

Сечение дополнительного канала определяется из сотношения

dz(0 75d<. В результате разности сечений струя, выходящая из малого канала, движется с гораздо большей скоростью, а следовательно, имеет и большую кинематическую энергию.Поэтому, ударяясь о забой шпура, она оказывает дополнительное динамическое гидромониторпое воздействие, раскрывая микротрещины, образующиеся в результате ударов лезвия. В дополнение к этому она создает и дополнительный подкручпвающпй момент восходящему потоку промывочного агента.

Формула изобретения

Буровая коронка, включающая корпус с центральным твердосплавным лезви1472620

10 p «< 20, причем угол наклона с4 дополнительных каналов к боковым ка— налам определяется иэ соотношения

В

< < arctg — — — —, а биссектриса

2 (i-Ü) угла eL наклонена к проекции оси вращения коронки на плоскость расположе1 ния бокового и дополнительного канао о лов под углом 5 10, при этом диаметр дополнительных каналов мень- . ше диаметра боковых каналов, где  — диаметр основного канала в

I донной части;

1 — расстояние от донной части основного канала до кромки лезвия;

h — величина внедрения лезвия в породу.! 472620

Составитель А.Скалунов анич Корректор Л.Зайцева

Редактор A.Äîëèíè÷ Техред М.Ходан

Заказ 1684/34 Тираж 514 Подписное етениям и открытиям при ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретения

113035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5 т "Патент" г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Производственно-издательский комбинат а