Устройство для вращательного бурения

 

Использование: горная промышленность, в частности инструмент для вращательного бурения шпуров. Сущность изобретения: устройство для вращательного бурения включает трубчатую буровую штангу и установленное на ней вильчатое долото, содержащее полый хвостовик, рабочую головку с перьями, армированными твердосплавными пластинами, имеющими главную и вспомогательную режущие кромки, образованную внутренними гранями перьев, выполненный в рабочей головке центральный канал, соединяющий полость хвостовика с рассечкой, и наклонные радиальные каналы, ориентированные от торца рабочей головки. Между торцом буровой штанги и основанием полости хвостовика образована камера. Наклонные радиальные каналы выполнены в виде сверлений в стенке хвостовика, соединяющих камеру, образованную торцом буровой штанги и основанием полости хвостовика, с затрубным пространством шпура. По наружной поверхности расположенного в хвостовике долота конца буровой штанги выполнены сегментные выточки, длина которых превышает длину расположенного в хвостовике участка буровой штанги. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к породоразрушающему инструменту для бурения шпуров машинами вращательного действия.

Известен породоразрушающий инструмент [1] для бурения шпуров, который состоит из долота с пустотелым корпусом и технологическими выемками, вильчатой части с твердосплавными пластинками, внутренние поверхности которых образуют U-образную рассечку. Последняя имеет в основании центральный промывочный канал, сообщающийся с внутренней камерой, образованной полой буровой штангой в посадочном гнезде корпуса долота. Процесс бурения таким инструментом энергоемок, а удаление бурового шлама из кольцевого пространства между корпусом долота и стенками шпура затруднено, что снижает производительность бурения.

Известно также вильчатое долото для вращательного бурения [2] устанавливаемое на трубчатой буровой штанге и содержащее полый хвостовик и рабочую головку с двумя перьями, армированными твердосплавными пластинками, имеющими главную и вспомогательную режущие кромки. Внутренние грани перьев образуют рассечку, а в рабочей головке выполнен соединяющий полость хвостовика с рассечкой центральный канал, от которого отходят радиальные наклонные каналы, ориентированные от торца рабочей головки. Между торцом буровой штанги и основание полости хвостовика образована камера.

Долото разрушает породу твердосплавными пластинками. Образующаяся в шпуре буровая мелочь удаляется от каждого пера промывочной жидкостью, поступающей по центральному каналу и по радиальным каналам, образованным выносным соплом и скосами рабочей головки.

При бурении таким долотом мягких и слабых пород (когда преимущественно используют машины вращательного действия) недостаточно эффективно происходит удаление буровой мелочи, которая не успевает транспортироваться в сторону устья шпура и поэтому зашламовывает долото и буровую штангу в призабойной части шпура, что ведет к снижению производительности и увеличению стоимости бурения. Кроме того, наличие выносного сопла усложняет конструкцию долота и технологию его изготовления.

Цель изобретения повышение эффективности процесса бурения за счет улучшения удаления бурового шлама из призабойной части шпура промывочной жидкостью.

Другая цель изобретения заключается в упрощении конструкции инструмента.

Цели изобретения достигаются тем, что в устройстве для вращательного бурения, включающем трубчатую буровую штангу и установленное на ней вильчатое долото, содержащее полый хвостовик, рабочую головку с перьями, армированными твердосплавными пластинками, имеющими главную и вспомогательную режущие кромки, рассечку, образованную внутренними гранями перьев, выполненный в рабочей головке центральный канал, соединяющий полость хвостовика с рассечкой, и наклонные радиальные каналы, ориентированные от торца рабочей головки, причем меду торцом буровой штанги и основанием полости хвостовика образована камера, наклонные радиальные каналы выполнены в виде сверлений в стенке хвостовика, соединяющих камеру между торцом штанги и основанием полости хвостовика с затрубным пространством шпура, а по наружной поверхности расположенного в хвостовике конца буровой штанги выполнены сегментные выточки, длина которых превышает длину расположенного в хвостовике участка штанги.

Твердосплавные пластинки могут быть развернуты в сторону, обратную направлению вращения долота, и образуют с его диаметральной плоскостью острый угол, вершина которого направлена к стенкам шпура. Оптимальная величина этого угла составляет 8 10^o.

На фиг. 1 и 2 изображено предлагаемое устройство, вид сбоку (частично в разрезе); на фиг.3 то же, вид сверху.

Устройство для вращательного бурения включает вильчатое долото, содержащее полый хвостовик 1 с технологической выемкой 2, рабочую головку из двух перьев 3, твердосплавные пластинки 4 с главными 5 и вспомогательными 6 режущими кромками. Внутренние грани перьев образуют U-образную рассечку 7, которая центральным каналом 8 сообщается с внутренней камерой 9, образованной между торцом трубчатой буровой штанги 10 и основанием полости хвостовика 1. Твердосплавные пластинки 4 каждого пера развернуты в сторону, обратную направлению вращения, расположены α 8 10^o к диаметральной плоскости I-I долота, вершина которого направлена к стенкам шпура, и параллельны друг другу. Вспомогательные режущие кромки 6 параллельны продольной оси O-O долота и находятся от нее на расстоянии не более 10 12 мм. Водоподводящий канал 11 буровой штанги расположен соосно с центральным каналом 8. Внутренняя камера 9 сообщается с затрубным кольцевым пространством шпура через радиальные наклонные каналы 12, выполненные в виде сверлений в стенке хвостовика 1 и ориентированные от торца рабочей головки. Расположенный в хвостовике 1 конец буровой штанги 10 снабжен сегментными выточками 13, выполненными по наружной поверхности штанги 10. Длина выточек 13 превышает длину расположенного в хвостовике участка штанги 10. Выточки 13 образуют сегментные каналы, соединяющие камеру 9 с кольцевым зазором 14 между боковой поверхностью 15 буровой штанги и стенками 16 шпура 17.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При вращении буровой штанги 10 и соединенного с ней долота вокруг оси O-O твердосплавные пластинки режущими кромками 5 разрушают поверхность забоя шпура 17, а керн 18 скалывают вспомогательные режущие кромки 6. Поток 19 промывочной жидкости по каналу 11 в буровой штанге 10 поступает в камеру 9, которая в данном случае является распределительной. Поток А жидкости, выходящий через центральный канал 8, удаляет буровой шлам из зоны рассечки 7 вдоль передних граней 20 перьев. Две симметричные струи Б, выходящие через радиальные каналы 12, удаляют буровой шлам из технологической выемки 2 между корпусом долота и стенками шпура. При этом направление радиальных каналов совпадает с направлением отражающей поверхности распределительной камеры, что повышает интенсивность струй Б и эффективность удаления ими бурового шлама. Два симметричных потока В из каналов 13 удаляют буровой шлам из кольцевого зазора между буровой штангой и стенками шпура, что способствует ускоренному отводу бурового шлама из призабойного объема шпура. Это исключает зашламовывание и прихват не только корпуса долота, но и хвостовой части буровой штанги, а следовательно, и всего технологического инструмента.

Площадь сечения водоподводящего канала 11 в буровой штанге не превышает площади суммарного сечения выводных каналов 8, 12 и 13, что гарантирует дифференцированные вытекание объема жидкости и обеспечивает интенсивное удаление бурового шлама из призабойной части шпура.

Расположение главных режущих кромок 5 под углом 8 10^o к диаметральной плоскости долота позволяет использовать составляющую силы резания, направленную под таким же углом, для сдвига породы, сопротивление которой на порядок меньше сопротивления дробления, что имеет место при радиальном расположении кромок. Это обеспечивает меньшую энергоемкость процесса бурения и, следовательно, большую скорость проходки шпура. Кроме того, такое расположение пластинок улучшает разрушение центрального керна вспомогательными режущими кромками 6.

Таким образом, в предлагаемом устройстве вынос бурового шлама обеспечивается трехступенчатой системой промывочных каналов: центральный канал 8, наклонные радиальные каналы 12 и сегментные каналы 13. Благодаря этому наряжу с эффективным разрушением породы долотом происходит интенсивное удаление продуктов разрушения из шпура, что способствует повышению эффективности бурения и снижению его стоимости.

Отсутствие выносного сопла позволяет упростить конструкцию долота и, следовательно, технологию его изготовления.

Источники информации 1. Родионов Н. С. Ганзен Г. А. Кирсанов А. Н. Тесликов М. И. Горное и буровое оборудование. -М. Недра, 1983, с.63, рис. 1.32,к.

2. Авторское свидетельство СССР N 1668622, кл. E 21 B 10/60, опублик. 07.08.91, бюл. N 29.

Формула изобретения

1. Устройство для вращательного бурения, включающее трубчатую буровую штангу и установленное на ней вильчатое долото, содержащее полый хвостовик, рабочую головку с перьями, армированными твердосплавными пластинами, имеющими главную и вспомогательную режущие кромки, рассечку, образованную внутренними гранями перьев, выполненный в рабочей головке центральный канал, соединяющий полость хвостовика с рассечкой, и наклонные радиальные каналы, ориентированные от торца рабочей головки, причем между торцом буровой штанги и основанием полости хвостовика образована камера, отличающееся тем, что наклонные радиальные каналы выполнены в виде сверлений в стенке хвостовика, соединяющих камеру, образованную торцом буровой штанги и основанием полости хвостовика, с затрубным пространством шпура, а по наружной поверхности расположенного в хвостовике долота конца буровой штанги выполнены сегментные выточки, длина которых превышает длину расположенного в хвостовике участка буровой штанги.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что твердосплавные пластинки развернуты в сторону, обратную направлению вращения долота, и образуют с его диаметральной плоскостью острый угол, вершина которого направлена к стенкам шпура.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что угол между твердосплавными пластинками и диаметральной плоскостью долота составляет 8 10^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3