Устройство для разрушения пород бурением

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (F11645610

Сотни Семтикик

Социалистических

Республик (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 14.02.75 (21) 2111365/22-03 (23) Приоритет — (32) (51) М, Кл.2

Е 21С 11/02

E 21С 27/24

Государственный KCMHT8J (33) (31) (43) Опубликовано 30.01.79. Бюллетень № 4 (45) Дата опубликования описания 28.02.79 (53) УДК 622.233.4 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор и зобретения

Иностранец

Генри Бингхэм (Великсбр итания) Иностранная фи рма

«Борт Хардметалз (Пропрайтари) Лимитед» (ЮАР) (71) За явитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ПОРОД БУРЕНИЕМ

Изобретение относится к области добычи полезных ископаемых.

Известно устройство для разрушения пород бурением, включающее бурильную машину, стрелу манипулятора, автоподатчик и механизм поворота автоподатчика вокруг продольной оси (1).

Наиболее близким из известных технических решений является устройство для разрушения пород бурением, включающее механизм передвижения, несущую раму, бурильную машину со средством установки на несущей раме и механизм перемещения установочного средства бурильной машины, (2).

Однако такие устройства имеют низкую эффективность бурения, и они не приспособлены для образования щслевого канала в массиве пород.

Цель изобретения — повышение эффективности образования щелевого канала в массиве пород.

Это достигается тем, что установочное средство бурильной машины выполнено в виде рычага, шарнирно закрепленного на несущей раме с возможностью ограниченного возвратно-поступательного движения по дуге в горизонтальной плоскости, при этом бурильная машина смонтирована на установочном средстве таким образом., что ось ее бурильного инструмента составляет тупой угол с касательной к прорезаемому

5 каналу в точке резания на всем .протяжении канала.

На фиг. 1 изображена бурильная машина, вид сверху; на фиг. 2 — схема обработки; на фиг. 3 — часть предлагаемой маши1о ны, вид сбоку; на фиг. 4 — ряд схем, иллюстрирующих силы, действующие на режущую головку бура бурильной машины; на фиг. 5 — схематический вид режущей головки бура, находящейся в исходном поло15,жении перед началом бурения; на фиг. 6— то же, бур продвинулся на некоторое расстояние.

Устройство состоит из несущей рамы. 1, которая устанавливается на башмаках 2 с

2р возможностью перемещения (скольжения) ,по направляющим рельсам 3 вблизи поверхности грунта 4, который должен подвергнуться бурению. На несущей раме устанавливается рычаг 5 с возможностью поворота вокруг оси. 6 в пределах угла 30— (45 . При своем перемещении рычаг упирается в направляющее приспособление 7, укрепленное на несущей раме. Башмаки

645610

3 снабжены средством для фиксации машины в выбранном положении на рельсах, которое может приводиться в действие лневматическими толкателями 8.

Рычат совершает возвратно-поступательное движение взад и вперед посредством пневматического или гидравлического плунжера двойного действия 9 .

Рычаг несет бурильную машину 10, бурильный инструмент 11 которой поддерживается манжетой 12, установленной на раме. Манжета и рычаг имеют размер в направлении, перпендикулярном плоскости опорной рамы, меньше внешнего диаметра головки бура, так что манжета и рычаг могут входить в канал, образуемый при бурении. Поэтому в процессе бурения бурильный инструмент всегда. поддерживается манжетой.

Устройство снабжено средством для регулировки высоты рычага 5 относительно рельса с целью обеспечения возможности бурения, в любом желаемом месте поверхности грунта и изменения угла наклона бурильной машины, относительно гори.зонтали. В качестве этого средства, может быть распорная консоль 13, размещаемая между рамой и рельсом. Размеры этой консоли зависят от желаемо|го места бурения канала. в поверхности грунта.

Для определенных условий разработки полезных ископаемых может оказаться желательным бурение в противоположном от нормального направлении, т. е. против часовой стрелки. В случае возникновения такой необходимости рычаг 5 заменяется другим рычагом, приспособленным для буренйя в противоположйом направлении.

Способ поворота на определенный угол, зажим и регулировка утла атакИ и угла бура осуществляются так же эффективно для этого направления, как и для нормальногоо.

Бур устанавливается таким образом, что угол атаки головки бура 14 относительно .поверхности грунта является тупым в на"правлении продвижения головки вдоль поверхности грунта.

Рассмотрим фиг. 4а, тде показано, что головка 14 бура используется обычным образом, т. е. продвигается в аксиальномнаправлении в грунт 4. Давление А, оказываемое на головку бура, действует вдоль оси головки, а сила Б реакции, действующая со стороны грунта на головку, также

ЙаправЛена в осевом направлении, так что система находится в равновесии п ри бурении по прямой линии. На фиг. 46 ось головки также перпендикулярна поверхности груйта 4, но сама головка 1тродвигается вдоль поверхности, образуя канал. Как видно на фиг. 4в, только половина, перифе,рии находится в контакте с трунто м в направлении ее продвижения. Сила В реакции, действующая со стороны грунта на

65 головку перпендикулярно оси à — Г, является неуравновешенной, так как давление

А, оказываемое на головку, действует вдоль оси à — Г. Таким образом, сила В стремится изогнуть бурильный инструмент, и, так как инструмент вращается, металл, из которого он сделан, непрерывно пере1ходит из состояния сжатия в состояние растяжения, что вызывает его усталость и разрушение. На фиг. 4г показано, что инструмент наклонен к поверхности грунта

,под таким углом, что ось à — Г составляет тупой угол с плоскостью поверхностигрунта в направлении продвижения головки вдоль этой поверхности. Так как давление, оказываемое на головку бура, действует вдоль оси à — Г, сил е реакции, действую-! щей со стороны грунта на головку, противодействует сила, Д, являющаяся состав,ляющей силы: давления А, и,при соответствующем выборе угла атаки Е в зависимости от различных параметров: диаметра головки, величины силы давления А (кото,рая будет иметь составляющую в направлении оси бурового инструмента, когда этот инструмент перемещается вдоль заданной прямолинейной нли криволинейной траектории вследствие силы, прикладываеMoiA к инструменту для его перемещения вдоль этой траектории), скорости продвижения головки бура и природы подвергаемого бурению грунта, можно добиться то;го, чтобы силы, Б и 5К практически уравно)вешивали друг друга и не было бы изгибания бурового инструмента, В выборе угла атаки Е первостепенное значение имеет природа подвергаемого бурению грунта и скорость бурения или индексное расстояние (интервал), т, е. расстояние, на которое продвигается бурильная машина после окончания одного цикла бурения. Если индексное расстояние слишком мало, грунт перед головкой бура раздробляется и сила

5 временно исчезает, вызывая выход го,ловки из отверстия, как показано на фиг. 4д. В этом случае трудно или практи чески невозможно вставить головку обрат но в отверстие. Если, с другой стороны, индексное расстояние слишком велико, головка мажет заедать в отверстии,,при этом сила реакции Б исчезает и сила И вызывает изгибание инструмента, как показано на фиг. 4е. На фиг. 4яс иллюстрируется промежуточный случай, когда выбран пра вильный индексный интервал для данных условий бурения. В этом случае сила Б реакции от силы да вления А и полная результирующая сила, К совпадают и действуют вдоль оси à — Г головки бура. При это м головка бура работает с оптимальной

)эффективностью и скоростью бурения.

В случае использования машины, в которой траектория движения головки бура является прямолинейной, угол атаки Е должен отсчитываться между осью à — Г

645610 головки и плоским дном образуемого при бурении канала и плоскостью поверхности ,грунта. В случае же настоящего воплощения бурильной машины, в котором траектория движения головки криволинейная, угол атаки Е отсчитывается между осью

à — Г и касательной к криволинейной траектории (фиг. 4 и 5). Как объяснялось выше, оптимальный угол атаки зависит от множества факторов, среди которых немаловажным является природа подвер гаемо,го бурению грунта, поэтому он выбирается эмпирически. С этой целью бур уста; навливается на, рычаге таким обравом, что у гол атаки составляет 125 †1 для большинства условий бурения. Однако в других условиях бурения угол атаки может не лежать в указанных пределах. Для обеспечения возможности регулировки этого угла может использоваться любое из известных различных средств крепления бура, Может быть также предусмотрен ряд креплений для обеспечения возможности изменения угла наклона бурильного инструмента относительно горизонтали.

В процессе использования сначала кладутся рельсы, на которых устанавливается машина в исходном положении и зажимается. Затем при необходимости устанавли,вают рабочую высоту рычага 5 и наклон бурильного инструмента путем использования соответствующей распорки и крепления бура, и в том случае, когда известна природа грунта, осуществляют экспериментальные бурения, Бурение канала происходит в результате вращения бура, .и в то же самое время колебания рычага. 5 вокруг оси 6 вызывают первый срез 15 головкой 14 грунта. Затем опорная рама отводится в исходное положение, несущая рама освобождается от крепления к рельсу, устанавливается требуемый индексный интервал, и она, сно5 ва закрепляется на рельсах, после чего делается второй срез 16 для углубления канала. Последовательность вышеуказанных операций продолжается до тех пор, пока не получается нагнал требуемой глу10,бины К.

Ф о р м у.л а и.з о б:р е т. е н и я

Устройство для разрушения пород бу15 рением, включающее механизм передвижения, несущую раму, бурильную машину со средством установки на несущей раме и механизм перемещения установочного средства бурильной машины, о т л и ч а ю20 щееся тем, что, с целью повышения эффективности образования щелевого канала в массиве пород, установочное средство бурильной машины выполненно в виде рычага, шарнирно закрепленного на несущей

25 раме с возможностью ограниченного возвратно-поступательного движения по дуге в горизонтальной плоскости, при этом бурильная машина смонтирована на установочном средстве таким образом, что ось ее

30 бурильного инструмента составляет тупой угол с касательной к прорезаемому каналу в точке резания на всем протяжении канала.

Источники информации, З5 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 337501, кл. E 21С 11/02, 1970.

2. Патент СССР № 206430, кл. Е 21С

11/02; Е 21С 5/14, Е 21С 3/04, 1961.

645610 . ь.

g y ф I?;q+. ;.ь:

Дог. г г иг.б

Составитель М. Рогач

Редактор 3. Ходакова Техред Н, Строганова Корректоры: Т. Добровольская и 3. Тарасова

Заказ 97/1 Изд. № 197 Тираж 657 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2