Расширитель скважин

 

Использование: для проведения восстающих скважин большого диаметра в условиях неоднородного массива угля с породными включениями. Цель изобретения - повышение надежности работы расширителя . Сущность: расширитель скважин содержит вал со ступенчато установленными на нем крестовинами, скалыватели и размещенные в линии резания зубки. Крестовины снабжены кольцевыми коронками разного диаметра, а зубки закреплены на коронках и установлены в линиях резания асимметрично, при этом минимальное количество зубков коронки минимального диаметра определяют из выражения: т 7ГГ5- тег - гДе fe верхняя граница (и,О - U,3j Тмин резонансной частоты для расширителя; 1Рмин -наименьшая частота вынужденных колебаний расширителя при одиночном резце в линии резания. Причем количество резцов последующей коронки определяют относительно количества резцов предыдуп +1 гдепщей коронки из соотношения п число ступеней расширения в расширителе. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Е 21 В 7/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 4846416/03 (22) 11.04.90 (46) 23.01,93. Бюл. ¹ 3 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский угольный институт "КузНИУИ" (72) В,И.Медведь, А.Я,Устюжанин, А,Ф.Вичканов, И.А.Тухель, Г.А.Ситников и В.П.Звягин (56) Сафохин М.С. и др. Машины и инструмент для бурения скважин в угольных шахтах, M.: Недра, 1972, с.117 — 118, рис. 736; с.119 — 121, рис, 76.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1209819, кл, Е 21 В 7/28, 1984. (54) РАСШИРИТЕЛЬ СКВАЖИН (57) Использование: для проведения восстающих скважин большого диаметра в условиях неоднородного массива угля с породными включениями, Цель изобретения — повышение надежности работы расширителя. Сущность: расширитель скважин

Изобретение относится к буровому инструменту, а именно к расширителям для проведения восстающих скважин большого диаметра в условиях неоднородного массива угля с породными включениями.

Известен расширитель скважин включающий вал, связанный с приводной штангой, на котором закреплены крестовины с кольцами-гребенками, армированные пластинками твердого сплава (1), Недостатком этого расширителя является излишнее измельчение угля и образование большого количества (до 70 Д) мелких фракций, образуемых при бурении, что по„„. Ы„„1789642 А1 содержит вал со ступенчато установленными на нем крестовинами, скалыватели и размещенные в линии резания зубки.

Крестовины снабжены кольцевыми коронками разного диаметра, а зубки закреплены на коронках и установлены в линиях резания асимметрично, при этом минимальное количество зубков коронки минимального диаметра определяют из выражения: m=

fe, где f8 — верхняя граница

) мин резонансной частоты для расширителя;

fM> -наименьшая частота вынужденных колебаний расширителя при одиночном резце в линии резания, Причем количество резцов последующей коронки определяют относительно количества резцов предыдуn+1 щей коронки из соотношения, где п— и число ступеней расширения в расширителе.

1 з,п.ф-лы, 2 ил. вышает энергозатраты и увеличивает запыленность воздуха, Известен расширитель обратного хода, включающий литой корпус, в каждом луче которого имеется по два прямоугольных паза под резцы И-79, вал и зубки (1), Наличие одного зубка в линии резания вызывает повышенную динамичность работы расширителя, приводит к поломкам режущего инструмента и порывам бурового става.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является расширитель скважин, включающий вал с присоеди1789642

10

55 ненным хвостовиком, крестовину с зубками, ступенчато установленными в паре со скалывателями, которые выполнены в видетангенциальных резцов и установлены по отношению к зубку с радиальным смещением в направлении к оси вала 0,5 шага зубков (2).

При,работе этого расширителя по мере внедрения зубков в массив на определенную глубину в работу вступают скалыватели, установленные под острым углом к забою, что обеспечивает скол крупными фракциями и направление разрушенных частиц в сторону передовой скважины.

При расширении скважин в условиях неоднородного массива (присечка породы, наличие породных прослойков и включений железняка) возникают низкочастотные высокоамплитудные колебания инструмента, которые резонируют с собственными колебаниями инструмента, как правило, приводящим к порывам бурового става или поломкам расширителя, Целью изобретения является повышение надежности работы расширителя при бурении в массиве угля с породными вклю.— чениями путем перевода низкочастотных высокоамплитудных колебаний бурового инструмента в высокочастотные низкоамплитудные колебания, исключающие возникновение резонанса.

Указанная цель достигается тем, что крестовины снабжены кольцевыми коронками разного диаметра, а зубки закреплены на коронках.и установлены в линиях резания, асимметрично, при этом минимальное количество зубков коронки минимального диаметра определяют из выражения

fg

m— где f — верхняя граница резонансной частоты для расширителя;

fM

Причем количество последующей коронки определяют относительно количества п+1 резцов предыдущей из соотношения и где n — число ступеней расширения в расширителе.

На фиг,1 изображен расширитель скважин, общий вид; на фиг.2 — схема расположения зубков, развернутая в линию, поясняющая, что расстояния между зубками различны, Расширитель скважин содержит коронки 1, закрепленные на шлицевом валу 2 с хвостовиками 3 для присоединения к буровому ставу, и центрирующего фонаря 4. На коронах 1 установлен породоразрушающий инструмент, включающий зубки 5 и не менее двух скалывателей 6.

Расширитель работает следующим образом, Коронки 1 расширителя приводят во вращение буровым станком (не показан) через шлицевой вал 2 с хвостовиком 3. Центрирующий фонарь 4 при работе расширителя уменьшает его смещения в плоскости перпендикулярной оси скважины, Зубки 5 прорезают в плоскости забоя канавки и образуют кольцевой керн, который по мере осевого перемещения расширителя разрушается скалывающими зубками 6 на крупные фрагменты, В момент контакта резца 5 с породным включением происходит ударное нагружение резца, вызывающее уменьшение скорости его движения или кратковременную остановку в пределах упругой деформации бурового става, затем происходит повышение крутящего момента за счет запасенной вращающими массами кинетической энергии. После разрушения элемента породного включения резец за счет упругого раскручивания бурового става приобретает окружную скорость, большую средней скорости вращения, Таким образом, при разрушении породного включения происходят знакопеременные крутильные деформации бурового става, Частота упругих деформаций пропорциональна числу резцов и частоте вращения бурового инструмента, Поэтому для исключения вероятности появления резонансных частот необходимо увеличить частоту вынужденных колебаний бурового инструмента до значений, превышающих максимальную величину свободных колебаний. Это достаточно просто достигается увеличением числа резцов 5 в линии резания. Кроме того, при увеличении числа резцов уменьшается величина снимаемой стружки, что соответствует снижению амплитуды упругих колебаний и, следовательно, снижению амплитуды вынужденных колебаний при случайном нахождении упругой системы в резонансной зоне, Так как возникновение резонанса возможно и при малых деформациях, то для полного его исключения применено асимметричное расположение резцов в коронке, причем большее расстояние между соседними резцами чередуется с меньшим и в пределах одной коронки не повторяется, Это дает возможность исключения синфазности вынужденных колебаний и обеспечивает их взаимоуничтожение, 1789642

25

Минимальйое количество резцов в коронке, исходя из условия безреэонансного режима работы расширителя и обеспечения усталостной прочности элементов упругой системы, определяется по формуле: в

m— где f> — верхняя -граница резонансной частоты для расширителя;

fMw — наименьшая частота вынужденныхх колебаний расширителя при одиночном резце в линии резания; (0,8 — 0,9) — коэффициент, учитывающий запас усталостной прочности при сложном напряженном состоянии упругой системы (при наличии продольных и крутильных колебаний).

Формула изобретения

1. Расширитель скважин, включающий вал со ступенчато установленными на нем крестовинами, скалыватели и расположенные в линии резания зубки, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения надежности в работе расширителя при бурении в массиве угля с породными включениями, крестовины снабжены кольцевыми коронками разного диаметра, а зубки закреплены на коронках и установлены в линиях резания асимметрично, при этом минимальное количество зубков коронки

4ля обеспечения равнонагруженности их число в линии резания должно быть вполне определенным. Количество резцов последующей коронки определяют относи5 тельно количества резцов предыдущей коn+1 ронки из соотношения q= —, где и — число и ступеней расширения в расширителе, В частности для четырехступенчатого

10 расширителя q=5:4.

Использование в горной промышленности расширителя предлагаемой конструкции обеспечит надежное проведение восстающих скважин большого диаметра в

15 условиях неоднородного массива угля с породными включениями, при этом динамическое воздействие на буровой став снижается в 1,2 — 1,4 раза. минимального диаметра определяют из выражения

m= fg/(0,8 - 0,9) мин, где f> — верхняя граница резонансной часто30 ты для расширителя;

fMuH — наименьшая частота вынужденных колебаний расширителя при одиночном резце в линии резания.

2. Расширитель по п,1, о т л и ч а ю35 шийся тем, что количество резцов последующей коронки определяют относительно количества резцов предыдущей коронки из соотношения n+1/n, где n — число ступеней расширения в расширителе, 1789642

Составитель Л. Абрамова

Техред М.Моргентал Корректор С. Пекарь

Редактор

Заказ 333 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул,Гагарина, 101