Патент ссср 419050

 

419050

О П И СА Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Соаетских

Социалистичеаоа

Республик

М, Кл. Е 21с 1/00

Заявлено 30.XI I.1970 (№ 1604853/22-3) Приоритет ЗО.XI1.1969 63238/69, Великобритания

Государственный иомитет

Совета Министров СССР оо делам изооретений н открытий

УДК 622.243(088.8) Опубликовано 05.03.74. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 16.08.74

Автор изобретения

Иностранец

Аллан Ричард Хилтон (Великобритания) Иностранная фирма

«Мининг Девелопментс А.Г.» (Великобритания) Заявитель

СПОСОБ БУРЕНИЯ

Зависимый от патента—

Изобретение относится к бурению, главным образом при добыче полезных ископаемых.

Известны способы бурения, в соответствии с которыми режущему инструменту сообщают осевое давление и вращательно-ударное или только вращательное движение.

Предлагаемый способ бурения отличается от известных тем, что режущему инструменту (буровой колонке) сообщают колебательное движение вокруг его продольной оси.

На режущий инструмент можно одновременно воздействовать ударной или вибрационной нагрузкой. Целесообразно, чтобы амплитуда колебаний, сообщаемых режущему инструменту, не превышала 22 /2 . Для подрубки пробуренного отверстия целесообразно прекратить осевое давление на режущий инструмент и увеличить амплитуду его колебаний свыше 22 1/2 .

Предлагаемый способ обладает всеми преимуществами известного вращательного или вращательно-ударного бурения и имеетдополнительное преимущество: куски породы, отбитые при предыдущем ударе, отводятся в сторону, так что режущий инструмент всегда воздействует на новую поверхность породы, что сокращает износ режущего инструмента.

На фиг. 1 изображено бурильное устройство, применяемое в предлагаемом способе; на фиг. 2 — 4 — три вида режущего инструмента или буровой коронки; на фиг. 5 — отверстие, образованное бурильным устройством с режущим инструментом, изображенным на фиг. 2; на фиг. 6 — подрубка пробуренного отверстия; па фиг. 7 — конец бурильного устройства с ударным узлом, вид сбоку; на фиг. 8— то же, вид сверху; па фиг. 9 — конец бурильного устройства с колебательным узлом, вид сбоку; на фиг. 10 — то же, вид сверху; на фиг. 11 — схема гидравлической системы бурильного устройства.

Бурильное устройство, применяемое в предлагаемом способе, предназначено для бурения или вырубки породы, например, при разра1д ботке месторождения полезных ископаемых.

Устройство состоит из основания 1, которое может приводиться в движение собственным или посторонним двигателем, источника энергии 2, стрелы 3, смонтированной над основа20 нием 1 и источником энергии 2, колебательного узла 4 на одном конце стрелы 3, ударного узла 5 на другом конце стрелы 3, буровой штанги 6 и режущего инструмента (коронки)

7, прикрепленного к буровой штанге 6.

25 Колебательный узел 4 установлен неподвижно на стреле 3, по ударный узел 5 может передвигаться вдоль стрелы по направлению к колебательному узлу 4 и от него — при по мощи канатов и шкивов с гидравлическим

30 ynpaa÷åèèåм

419050 дву.. кана5 то

Колебательный узел 4 (фиг. 9 и 10) представляет собой обычный гидравлический привод неполноповоротного типа, ротор которого вызывает круговое движение буровой штанги

6. Привод колебательного узла 4 установлен на платформе 8, прикрепленной «3 с помощью болтов или методом сварки, причем стрела 3 имеет решетчатую конструкцию.

С каждой стороны колебательного узла 4 имеется подшипник 9, укрепленный па платформе 8 и служащий для снятия нагрузки с ротора привода. Буровая штанга 6 проходит через подшипники 9, а также через трубу 10, прикрепленную к ротору привода сваркой или как-либо иначе. Труба 10 имеет внутреннее отверстие некруглого сечения, например шестиугольного, и буровая штанга II»IceI соответствующую форму, так что движение колебательного узла 4 передается буровой штанге 6. Труба 10 имеет деталь 11, связанную с упором 12 на прилегающем подшипнике 9 так, что можно прекратить колебательное движение ротора привода и штанги 6.

С другого конца буровая штанга 6 входит в муфту 13 (фиг. 7) ударного узл"5так,,что она подвергается воздействию поршневого:.Ioлотка 14, который приводится в действие от гидравлического двигателя 15. Поршневой молоток может приводиться в действие кулачком с пружиной, при этом последний работает от гидравлического двигателя 15.

Ударный узел 5 смонтирован на платформе

16, скользящей вдоль стрелы 3, для чего платформа 16 имеет кромки 17, захватывающие по бокам стрелу 3.

Платформа 16 или стрела 3 могут иметь ролики или подобное устройство для обеспечения их взаимного перемещения.

Платформа 16 имеет прикрепленный к одному ее концу канат 18, проходящий вокруг вращающегося шкива 19, укрепленного на скобе 20 в конце стрелы 3. Канат 18 огибает шкив 21, укрепленный на скобе 22, установленной на поршне гидравлического цилиндра

23 двойного действия. Затем канат идет вдоль стрелы 3, где оп прикрепляется к платформе

16 через натяжное устройство 24. С другой стороны платформы 16 прикреплены два конца каната 25, которые проходят вдоль стрелы

3 в направлении к колебательному узлу 4.

Далее канат 25 идет вокруг двух шкивов 26 (фиг. 9), укрепленных на скобах 27 стрелы 3, и затем — обратно вдоль стрелы 3 и вокруг двух других шкивов 28 (по одному с каждой стороны шкива 21), укрепленных на скобах

22 цилиндра 23. Затем канат 25 направляется вдоль стрелы 3 снова в направлении к колебательному узлу 4, а петля каната 25 надевается на шкив 29, установленный на натяжном устройстве 30, прикрепленном к стреле 3.

Таким образом, цилиндр 23 с одной стороны вызывает перемещение платформы 16 в направлении от колебательного узла 4 с помощью одного каната, а с другой стороны перемещает платформу 16 по направлению к ко20

4 лебательному узлу 4 с помощью ов.

Стрела укреплена шарнирно в I o Iêñ 31 так, что она может перемецаться в вертикальное положение или В положение между ГоpèçÎíта II IIbIi I и вертикальным под дейсIвием гидравлического цилиндра 32.

На фиг. 4 изображена круговая коронка 33 со вставками 34 из твердого сплава (карбида вольфрама). Зта коронка может сниматься и прочно закрепляться на буровой штанге 6, а при колебании вырубает или бурит круглые отверстия.

На фиг. 2 изображена удлиненной формы главная коронка 35, смонтированная на буровой штанге 6. Коронка снабжена вставками

36 из твердого сплава и имеет впереди направляющий конус 37. Коронка может использоваться в таком виде, или же па направляющем конусе 37 может быть плотно насажена круглая направляющая головка 38 со вставками 39 из твердого сплава.

Направля)ощая головка 38 находится в центре главной коронки 35, которая может иметь форму эллипса, трапеции, прямоугольника, продолговатую или овальную форму.

Главная коронка 38 вырубает или бурит прямоугольные отверстия, если колебания це превышают 22 1/2 .

У коронки, изображенной па фиг. 3, направляющая головка 40 находится не в центре главной коронки 41, а смещена относительно ее центральной оси. Зта коронка работает, в основном, так же, как коронка, изображенная па фиг. 2.

Вставки из твердого сплава выступают над поверхностью головок.

11аправля ощая головка служит при бурении для создания «второго лезвия» перед коронкой и облегчения работы всего инструмента в целом. Направля ощие головки, кроме того, обеспечивают то шость бурения.

Форма и расположение вставок зависят от твердости породы, которую предстоит бурить.

Вставки, расположенные по окружности, лучше работают благодаря колебательному круговому движению режущего инструмента или коронки. Они обеспечивают постоянное выравнивание отверстия.

Вставки из карбида вольфрама или твердого сплава располагают таким образом, чтобы они обрабатывали боковые поверхности отверстия, а не часть, предварительно обработанную направляющей головкой. Это обеспечивает полную обработку отверстия и предотвращает повреждение коронки.

Вставки из карбида вольфрама или другого твердого материала в главной коронке имеют скругленные или копуспые боковые стороны.

Зто делается для предотвращения возможности зас опорива ия из-за противоположно направленных ударов.

На фиг. 5 и 6 изображены отверстия, пробуренные коронкой, изображенной на фиг. 2.

Если коронка совершает колебания под углом

419050

22 1/2, направляющая головка 38 пробуривает круглое отверстие 42, а коронка 35— отверстие 43 прямоугольного сечения. При этом буровая :птянга 6 подвергается вибрапионному, ударному действию или осевому дав.чепию.

Если величина амплитуды качения !инструмента превьщтает 22 1 2, тогда главная коронка 35 вырубает отверстие «бабочтсу» или, если ко,чебания достаточные, — круглое отверстие 44.

Если колебания производятся с уве.чиченной амплитудой в течение максимального поворота FIB 90, то вырубается отверстие бо Ibщего диа тетра, эквивалентного onëbøå I остт главной коронки 35. При работе с более твердьтми порочахти, где ппиметт-.етс удар!!ос действие, осевос движение инструмента пли коронки впере,т, и назад обеспечивается без давления вперед при подрубке. Это делается для того, чтобы боковые лезвия располагались правильно для облегчения вырубки.

Колебаттие инструмента или коронки при бурении означает. что вставки из твегдого металла непрерывно воздействуют на свежую поверхность породы. благо",àðÿ че ту удается избежать затупляющего действия поводы и, следовательно, увеличить срок служоы инструмента или коронки.

Направляющая головка может вратцаться независимо от качающегося движения глаг,ной коронки. В этом случае направляющая головка будет смонтирована па внутренней буровой штанге, имеющей свой вращаюптий, ударный или вибрационный пппвод.

Направляющая головка всегда работает впереди главной.

Главная головка приводится в колебятелтное движение, по может также подвергаться ударному воздействито и осевому давленито, которые хтогут при желании причагяться к направ,чяющей rn,÷oçêå.

Направлятотт!ая головка может б ..ть выдвинута тта любое рясстояцие впсреч по отношенито и r÷àâ«oé головке.

Вышеописанное бурттльттое устгойство может примен ThcB также при разработке жилиных или пластовых месторождений, как н прн обычном бурении с подруокой и вырав!тиванием отверстия.

Гидравлическая система управления (ст>иг.

11) содержит оак 45 с жидкостью. которая под действием насоса 46 подается по труоам или шлангам к первой части системы: предохранителт.ному клапану 47, клапану 48, регулирующехту поток жидкости, контро чьно ту клапану 49 и двигателю 15 >To":oòêà. С этой частью системы соединен манометр 50, а клапан 48, регулируютттитт поток жидкости, опре5

40 деляет скорость двигателя 15 и, следовательно, ударную силу, воздействующую на бурогую штангу 6. Вторая часть системы содержит предо.:ряцительный клапан 51, клапан 52, регулирующий поток жидкости Е, контрольный клапан 53 колебательного узла 4, клапан

54, определяющий направление движения двигателя 55 пт !!водя, ппечохпантттелт.ш,тй клапатт

56. располо>кепчый между попводом и клапаном 57, и маттохтетр 58, соединенный с этой часть!о системы.

Регултттту!Ощтт!т поток жидкости клапан 52

СООбтттастест С т<ОтттрОЛЬттЫМ КЛацаНОМ 59, СВязя Тым через клапан 60 с цилиндром 32, упрВВ.òH1o!1IH>! по ожепиехт стрелы 3, и через ре,чi т<циоттт!т.ттт кл".òòHH 61 и обратный к IAIIAH

62 — с >тянохтетпс т 63 и цтт,чтт!Тдром 23, управ,ч" Топ!им двтт>!се!1!тяхттт карет!сит 16.

Насос 46 приво;тптся в действие. и цилиндр

23, колебятельньтй узел 4 и двигатель 15 молотка прттводятся в,чействие гидравлически под управленце т клапанов 48 тт 52, регу.чиру:с.тттп. . пото! так. Тто буровая штанга 6 движется TIO япраглсттпто к поверхности породы, Одноврехтеппо подвергаясь колебате b!Ioi!y и с;севому ударному действиям.

Буровая штанга и вт,тпубцой штструмепт или гочовкя легко Отводятся назад по окончании опет>япитт.

Буровая штанга полая, как это обычно делается qëH пропускяттия пото!Та воздуха, уда:тяющего бурогую мелочь, прп этом буровые го.човки их етот соответствуютцие отверстия д,чя воздуха.

Го,човка может состоять To;IbI(o из главной головки без някoHPHHH!чы без направляюптей головки и !Тякснечнтттса для нее.

Ппедмст изобретения

1. Способ бх пец тя. в соответствии с котспьтми на ре.-с тт1пй !1 .Тструметтт созттяют Осевое давлеттис, о т л и ч а то шийся Тс>Т, что режуптсму !!!!сто.>тенту сс с бщятот ко,тебатсльнос

ТRHæÐTIHP вок!. г его ппочо.тьIтой Оси.

?. CHncc n Ho и. 1. о т л и ч H òî ò!т и и с я тем что пя режутттий тт!тстр мент одновреметшо воздействуто-. удяоттой нли вибрационной нагрузкой.

3. Способ по пп. 1 и 2, отлич я ющпй с я чем, что амплптхда колебаний, сообщаемых режущему инструменту, HP превышает 22 1!2 .

4. Способ по пп. 1 и 2, отлич а ютций с я тем. что гчя подрубки пробугтеттттого отвестстцч

ПРЕКТТЯТЦЯIOT ОСЕаОР ДЯВЛЕттпе На ПЕжУПЦтй ИттструмеHT и увелпчиватот амплитуду его колебаний свыше 22 1/2 .