Способ вращательного бурения шпуров и скважин

 

Союз Совет скин

Социалистические

Республик

<и1 91

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 170779 (21) 28000ч7/22 03 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Е 21 С 1/02 (Ьеударстеенньй кемнтет.СССР ее делам нзебретеннй н открытей (53) УДК622. 233.626(088.8) Опубликовано 150382. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 150382

/ (72) Автор изобретения

\ ° ф у/

И.Ф. Якунин (7l ) Заявитель

Кузбасский политехнический институт (5Й) СПОСОБ ВРАЩАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ ШПУРОВ

И СКВАЖИН

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам вращательного бурения шпуров и скважин в горных породах и грунтах.

Известен ударно-вращательный способ бурения (1 j.

Недостатком данного способа является ограниченная область его приме" нения, так как его можно испольХовать при бурении пород крепостью не более 16.

Вибрационное бурение основано на использовании собственного веса бурового станка, который внедряется в грунт при непрерывном вращении

13 и энакопеременной импульсной нагрузке, прикладываемой к оси бурового инструмента. Применяется способ при бурении скважин на поверхности.

Колебательное бурение, включающее постоянную осевую нагрузку и поворот бурй в двух направлениях - по часовой и против часовой стрелки, предназначено для бурения скважин кругло"

ro и некруглого сечения в условиях пород малой крепости.

Способ бурения с прерывистым вращением инструмента состоит из постоянной осевой нагрузки и пульсирующего вращения режущего инструмента,при котором инструмент делает кратковременную остановку вращения после каждого оборота, в результате чего снимаются силы трения пород по передней грани резца и обеспечивается лучшая подача. В процессе бурения здесь резец находится в постоянном контакте с породой и рассчитан для применения в условиях пород крепостью 1012 и более.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ вра" щательного бурения шпуров и скважин, при котором осуществляют усилие подачи на режущий инструмент и одновременно сообщают ему вращение j 2).

3 91292

Недостатком этого способа является низкая скорость бурения пород крепостью более 8 из-за интенсивного нагрева и износа режущих кромок резца. 5

Установлено, что стойкость резцов зависит от температуры его нагрева.

До тех пор, пока резец еще острый и режущие кромки его не достигли критической температуры (700-800 С) îí î обеспечивает высокую скорость бурения. Но как только температура лезвий резца в приконтактной зоне достигает критических значений, резец

"садится" и бурение становится неэф- 15 фективным. Так, при бурении пород с коэффициентом крепости 10-1 2 полное затупление резца наблюдается на -б минуте работы, Основной причиной снижения стой- щ кости резца при наличии высоких температур режущих кромок является выгорание кобальта и выкрашивание вольфрама из основы. Применение водяной промывки шпуров частично способству- 25 ет сохранению стойкости буровых резцов, но полностью водяная промывка не решает этой проблемы. Вода не в состоянии проникнуть в приконтактную зону резания, где возникает трение и ЗО тепло. Между контактной зоной (где формируется тепло) и охлаждающей струей жидкости находится прослоек водяного пара, который под большим давлением отбрасывает воду и затруд няет теплообмен. А поскольку отвод тепла происходит менее интенсивно, чем его поступление, то лезвия резца перегреваются.

Для того, чтобы вода могла служить источником охлаждения, необходимо в процессе бурения периодически разрывать контакт резца с породой и обеспечить непосредственный контакт резца с водой.

Цель изобретения - повышение эффективности бурения.

Указанная цель достигается тем, что подачу инструмента на забой осуществляют импульсно. 50

Подачу инструмента на забой осуществляют с частотой 5 раз в мин. с паузой 2 с.

Таким образом, цель достигается периодическим снятием осевой нагруз- 55 ки при непрерывном вращении инструмента в процессе бурения. В момент снятия осевой нагрузки подача инструмента прекращается, режущие кромки резца выходят иэ своего эаглубления на поверхность забоя шпура и подвергаются охлаждению промывочной жидкостью. Своевременное и полное охлаждение режущих кромок способствует повышению стойкости резцов при бурении крепких пород, а, следовательно, и повышению производительности бурения шпуров.

Таким образом, сущность способа бурения заключается в том, что резцу придают непрерывное вращение, а подачу инструмента периодически прекращают.

На фиг. 1 — показано положение резца в момент снятия стружки породы (осевая нагрузка P P 0 и число оборотов вращения резца и ф О); на фиг.2

l резец в момент прекращения подачи инструмента (Р Р О, п $ О) .

В процессе снятия стружки породы

1 лезвие 2 резца находится в окружении объемно сжатых пород. Передняя грань резца прижата к срезаемому слою, а задняя под действием осевой нагрузки (P ) оперта на упруго деформированную плоскость среза 4. Возникающие в процессе бурения силы трения пород по передней и задней граням резца вызывают нагрев режущих кромок (на чертеже этот участок режущих кромок затемнен), И если подачу инструмента в процессе бурения не прекращать, т.е. осуществлять бурение обычным вращательным способом, то резец на своих режущих кромках будет накапливать тепловую энергию, которая через 20-30 с от начала бурения достигнет критического значения и вызовет ослабление победита на данном участке. Струя промывочной жидкости 6, направленная под давлением в тупик шпура, не охлаждает режущих кромок, поскольку режущие кромки, находятся в эаглублении в плотном контакте с породой 7,куда вода практически не может проникнуть, Другим препятствием в подаче воды к режущим кромкам резца является водяной пар, образующийся тут же в зоне формирования тепла.

В данном способе бурения подача инструмента прерывистая. В момент прекращения подачи резец делает холостой пробег по открытой поверхности забоя шпура подвергаясь интенсивному охлаждению водой.

5 912922 6

На фиг. 2 показан именно такой операции (замену затупившихся рез" момент, когда при снятии осевой наг" цов). руэки лезвия резца свободно опирают" Формула изобретения ся на поверхность забоя шпура, ох- 1. Способ вращательного бурения лаждаясь водой. шпуров и скважин, при котором осуПроведенные эксперименты в шахтных ществляют усилие подачи д чи на режущии, условиях показывают что . .стойкость инструмент и одновременно сообщают и, отличающийся резца зависит от соотношения времени ему вращен е бурения (1 ) и времени охлаждения тем, что, с целью повышения я р ц (y ) в холостом пробеге. Для 1В ности бурения, подачу инструмента ения ффективобеспечения более высокой стойкости на забой осуществляют импульсно. резцов необходимо время бурения че- 2. Способ и . 1, осо по п., о т л и ч а юредовать с временем прекращения пода- . шийся тем, что подачу инструмен1:5 ° чи инструмента в соотношении 1 : = та на забой осуществляю

Х ь

RIoT с частотои

:5. 1S 5 раэ в мин. с паузой 2 с.

Применение способа вращательного Источ сточники информации, бурения с прерывистой подачей инстру- принятые в о внимание при экспертизе мента позволит повысить производи- 1. Авторское свидетельство СССР тельность бурения и снизить стоимость и 186926, кл. Е 21 С 1/12 1965. б уровых работ за счет повышения стой-щ 2. Медведев И.Ф. Режим» бурения кости резцов и сокращения затрат вре- и выбор буровых машин. М., 1975, мени на выполнение вспомогательных с. 15Q-189 {прототип) .

Составитель О. Серегина

Редактор Н,Киштулинец Техред M. Рейвес Корректор Л.Бокшан

Заказ 1354/"3 Тираж 624 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4