Коронка для вращательного способа бурения взрывных шпуров малого диаметра
Владельцы патента RU 2552278:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный минерально-сырьевой университет "Горный" (RU)
Изобретение относится к коронкам, предназначенным для бурения взрывных шпуров при щадящих буровзрывных работах по отбойке горной массы в крепких горных породах. Технический результат заключается в повышении эффективности и ресурса коронки, увеличении скорости бурения шпуров малого диаметра, обеспечении получения мелкого шлама и эффективного выноса его из шпуров с меньшими энергетическими затратами. Коронка для вращательного способа бурения взрывных шпуров малого диаметра включает корпус с присоединительной резьбой, разделена радиальными промывочными каналами на секторы, которые с торцевой поверхности снабжены твердосплавными пластинами. Элементы разрушающих породу инденторов выполнены в виде алмазно-твердосплавных пластин с расширенной крутопадающей набегающей поверхностью острия и более суженной тыльной его поверхностью, которые расположены на торцевой поверхности коронки, образуя три одинаковые группы по три параллельные друг другу твердосплавные пластины, и установленные под углами, равными 20° к радиальным осям групп пластин с полным перекрытием забоя в радиальном направлении и параллельно плоскости забоя. В плане оси групп пластин расположены относительно друг друга под углом, равным 120°, между группами пластин выполнены углубления для удаления штыба, расширяющиеся от центра к периферии корпуса коронки с канавками на боковой поверхности корпуса для выхода штыба и каналами для подвода промывочной жидкости. Каждый промывочный сектор по внешнему цилиндрическому периметру корпуса коронки составляет угол, равный 60°, а центральный канал для подачи промывочной жидкости выполнен под углом, равным 20° к вертикальной продольной оси коронки, и соединен на торцевой поверхности с тремя промывочными секторами. 4 ил.
Изобретение относится к коронкам, предназначенным для бурения взрывных шпуров при щадящих буровзрывных работах по отбойке горной массы в крепких горных породах, например при разработке месторождений алмазов.
Известна алмазная буровая коронка, содержащая корпус с матрицей, разделенной промывочными каналами на секторы, у которых концентрические разрушающие породу элементы с торцевой поверхности снабжены резцами из сверхтвердого композиционного материала, установленными по дуге секторов и дискретно с шагом, уменьшающимся от периферии к центру коронки (Патент РФ №2257458, опубл. 27.07.2005, МПК Е21В 10/48).
Недостатком этой коронки является малая скорость бурения вследствие режуще-истирающего способа разрушения породы, осуществляемого коронкой. Поверхность выбуриваемого забоя получается в виде тора и неудобной для заряжания патронов взрывчатого вещества, особенно при малых диаметрах шпура.
Известна буровая коронка для ударно-вращательного бурения, включающая корпус с центральным твердосплавным лезвием, основным каналом в виде конусной полости с донной частью и боковыми промывочными каналами, симметрично расположенными относительно лезвия и сообщающимися с основным каналом, при этом в корпусе выполнены дополнительные наклонные промывочные каналы в плоскости, параллельной лезвию и проходящей через боковые каналы, выполненные наклонными к вертикальной плоскости, проходящей через лезвие под углом β=10-20°; а диаметры дополнительных каналов меньше диаметров боковых каналов (Авторское свидетельство СССР №1472620, кл. Е21В 10/16, опубл. 15.04.1989).
Недостатком буровой коронки является скалывающее воздействие лезвия на породу и за счет этого образование крупных частиц, требующих применение поверхностно активных веществ, для аэрации промывочного агента.
Известна буровая коронка для операций глубокого, разведочного, поискового и пробного бурения, включающая в себя кольцевой обод, с расположенными на нем нечетным числом режущих элементов, которые приварены к стальному корпусу, и имеющие промывочные каналы между ними, где предусмотрены промывочные отверстия для промывки каналов на внутреннем диаметре буровой коронки; при этом отверстия строятся таким образом, чтобы ограничить поток промывочной жидкости и тем самым создаются завихрения (турбулентность) (GB 1210012 А, 28.10.1970).
Недостатки у буровой коронки (1210012) такие же как у алмазной буровой коронки, так как она предназначена для бурения с отбором керна (и поискового и пробного бурения).
Наиболее близкой к предложенной по технической сущности и достигаемому результату является кольцевая буровая коронка скалывающее - режущего типа по патенту РФ №2435927, опубл. 10.12.2011, которая содержит корпус с присоединительной резьбой, разделенный промывочными каналами на секторы, на торцевой поверхности, снабженной твердосплавными пластинками, имеющими отрицательные передние углы, в плане к боковым внутренней и внешней поверхностям резания и отрицательные углы к торцевой поверхности забоя скважины, а промывочные каналы выполнены, встречно, под углом.
Указанная коронка выбрана в качестве прототипа.
Недостатком этой коронки является то, что она предназначена для бурения с отбором керна, где торцевая поверхность забоя после бурения получается ступенчатой и для взрывных шпуров малого диаметра малопригодной, кроме того, при ее работе образуется крупный буровой шлам (частицы разрушенной породы).
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности и ресурса коронки, а также уменьшение сейсмического воздействия на забой
Технический результат достигается тем, что элементы разрушающих породу инденторов выполнены в виде алмазно-твердосплавных пластин с расширенной крутопадающей набегающей поверхностью острия и более суженной тыльной его поверхностью, которые расположены на торцевой поверхности коронки, образуя три одинаковые группы по три, параллельные друг другу твердосплавные пластины, и установленные под углами, равными 20° к радиальным осям групп пластин с полным перекрытием забоя в радиальном направлении и параллельно плоскости забоя, при этом в плане оси групп пластин расположены относительно друг друга под углом, равным 120°, между группами пластин выполнены углубления для удаления штыба, расширяющиеся от центра к периферии корпуса коронки с канавками на боковой поверхности корпуса для выхода штыба и каналами для подвода промывочной жидкости, при этом каждый промывочный сектор по внешнему цилиндрическому периметру корпуса коронки составляет угол, равный 60°, а центральный канал для подачи промывочной жидкости выполнен под углом, равным 20° к вертикальной продольной оси коронки, и соединен на торцевой поверхности с тремя промывочными секторами.
На фиг. 1 приведен вид коронки для вращательного способа бурения взрывных шпуров малого диаметра в плане, на фиг. 2 (разрез по А-А) - вид крепления инденторов в виде призматических алмазно-твердосплавных пластин к корпусу коронки, на фиг. 3 - разрез по В-В, по промывочному секторальному каналу, на фиг. 4 - разрез по Б-Б.
Коронка для вращательного способа бурения взрывных шпуров малого диаметра скалывающего типа (см. фиг. 1) содержит: 1 - корпус с присоединительной резьбой, 2 - промывочный сектор, 3 - инденторы в виде призматических алмазно-твердосплавных пластин, 4 - секторные каналы для подвода промывочной жидкости, 5 - ось групп
инденторов, 6 - центральный канал подвода промывочной жидкости, 7 - канавки для удаления штыба.
На фиг.2 показано крепление инденторов в виде призматических алмазно-твердосплавных пластин 3 к корпусу 1 коронки и конструктивные особенности расположения расширенной крутопадающей набегающей поверхности 8 острия и более суженной тыльной поверхности 9 относительно корпуса. Фиксация инденторов осуществляется с помощью пайки 10 латунью.
На фиг. 3 показан наклонный канал 4 для промывочной жидкости в корпусе 1.
На фиг. 4 (разрез по Б-Б) схематично изображены инденторы 3 контуры шпура 11 и каналы секторный 4 и центральный 6 для промывочной жидкости, а также углубление в корпусе 1 для удаления штыба.
Коронка для вращательного способа бурения взрывных шпуров малого диаметра работает следующим образом.
Коронка, соприкасаясь с забоем одновременно девятью инденторами, при вращении разрушает его, отделяя мелкие частички от массива одновременно на большей, сравнительно с прототипом, поверхности забоя шпура малого диаметра.
Промывочная жидкость в коронке, пройдя по центральному наклонному каналу 6 в корпусе 1 и секторным каналам, смешиваясь, создает поток, позволяющий транспортировать образовавшийся буровой штыб на поверхность.
В результате стенка шпура малого диаметра будет более ровной, цилиндрической, а поверхность забоя шпура станет плоской и более удобной и безопасной для заряжания патронами взрывчатого вещества.
Выбор призматических алмазно-твердосплавных пластин как разрушающих породу инденторов обусловлен необходимостью придания им повышенной прочности (алмазная составляющая) и высокой ударной вязкости (твердосплавные составляющие из вольфрамо-кобальтовых композиций типа ВК 10-ВК 15).
При этом придание углам острия разрушающих породу инденторов некоторой несимметричности (расширенная крутопадающая набегающая поверхность и более пологая суженная тыльная поверхность, опирающаяся на материал корпуса, фиг. 2) способствует их устойчивой работе в перемежающихся по твердости горных породах.
Трехсекторное разделение торца коронки создает условия для равномерного распределения осевых нагрузок как на элементы разрушающих породу инденторов, так и на сами сектора, что обеспечивает устойчивую работу коронки в шпуре малого диаметра.
Расширяющиеся промывочные секторы обеспечивают снижение гидравлических сопротивлений при движении потока промывочной жидкости, обогащенного буровым штыбом, транспортируют штыб по секторным наклонным углублениям (фиг. 4) до канавок 7 на наружной боковой поверхности корпуса 1 и далее на дневную поверхность.
Параллельное с наклоном к осям групп инденторов коронки около 20° расположение разрушающих породу инденторов в секторах (фиг. 1) обеспечивает полное перекрытие забоя шпура, равномерное отделение от забоя измельчаемых частичек породы (штыба). При этом взаимное частичное перекрытие друг другом самих инденторов гарантирует их повышенную сопротивляемость износу и механическому разрушению в процессе бурения.
Наклонное положение центрального промывочного канала 6 способствует лучшей омываемости забоя шпура и интенсификации очистки последнего от выбуриваемого штыба без турбулизации потока жидкости. В прототипе этот канал сделан вертикальным для отбора керновой пробы и относительно большего сечения.
Преимущество по сравнению с прототипом можно оценить, сравнивая данные примеров 1 и 2.
Пример 1. Коронкой прототипа выбуривается ударно-вращательным способом шпур диаметром 46 мм на стенде перфоратором в глыбе гранита (рапакиви) глубиной 0,1 м.
Пример 2. Предлагаемой коронкой выбуривается вращательным способом со скоростью 50 об/мин шпур диаметром 46 мм на стенде в глыбе гранита (рапакиви) глубиной около 0,1 м.
Время бурения шпура в примере 2 займет около 1,4 мин, что значительно меньше времени бурения примера 2, равным 3,2 мин. Размер частиц штыба в примере 1 0,8-3,2 мм, что существенно больше этого показателя в примере 2 0,4-1,2 мм. Пример 2 дает гладкие стенки шпура.
Эффект от внедрения вращательного способа бурения коронками, с торцевой поверхностью снабженной призматическими алмазно-твердосплавными пластинками, следующий: увеличивается скорость бурения шпуров малого диаметра, обеспечивается получение мелкого штыба и эффективный вынос его из шпуров с меньшими энергетическими затратами, стенки шпура малого диаметра лучше приспособлены для помещения в шпур цилиндрического патрона взрывчатого вещества.
Коронка для вращательного способа бурения взрывных шпуров малого диаметра, включающая корпус с присоединительной резьбой, разделенная радиальными промывочными каналами на секторы, которые с торцевой поверхности снабжены твердосплавными пластинами, отличающаяся тем, что элементы разрушающих породу инденторов выполнены в виде алмазно-твердосплавных пластин с расширенной крутопадающей набегающей поверхностью острия и более суженной тыльной его поверхностью, которые расположены на торцевой поверхности коронки, образуя три одинаковые группы по три параллельные друг другу твердосплавные пластины, и установленные под углами, равными 20° к радиальным осям групп пластин с полным перекрытием забоя в радиальном направлении и параллельно плоскости забоя, при этом в плане оси групп пластин расположены относительно друг друга под углом, равным 120°, между группами пластин выполнены углубления для удаления штыба, расширяющиеся от центра к периферии корпуса коронки с канавками на боковой поверхности корпуса для выхода штыба и каналами для подвода промывочной жидкости, при этом каждый промывочный сектор по внешнему цилиндрическому периметру корпуса коронки составляет угол, равный 60°, а центральный канал для подачи промывочной жидкости выполнен под углом, равным 20° к вертикальной продольной оси коронки, и соединен на торцевой поверхности с тремя промывочными секторами.
