Универсальная породоразрушающая коронка бурового инструмента

Полезная модель относится к области бурения, а именно к штыревым коронкам для термомеханического (ударно-поворотного) бурения, которое используется для проведения буровзрывных работ, коронка обеспечивает повышение эффективности термомеханического воздействия и как следствие, увеличение скорости бурения термомеханическим буровым инструментом. Технический результат обеспечивается рациональным количеством, размерами и размещением элементов коронки для эффективного термического и механического воздействия на породу и продувки забоя шпура от шлама. Буровая коронка для термомеханического бурения содержи корпус, выполненный в виде хвостовика и головки с центральным забурником, верхняя часть которого имеет форму усеченного конуса. На периферии головки размещены твердые термостойкие вставки цилиндроконического вида, а в центральной части головки, вокруг забурника цилиндросферического вида. Термическое воздействие на рабочую среду и продувка забоя шпура от шлама осуществляется через отверстия, верхняя часть которых имеет форму усеченного конуса с основанием 4 мм и направленных под углом 60° к оси коронки, расположенных как на периферии головки коронки, так и в центральной ее части.

Полезная модель относится к буровому инструменту, а именно к штыревым коронкам для термомеханического (ударно-поворотного) бурения, которые используют при проведении буровзрывных работ.

Известны породоразрушающие коронки, применяемые в термомеханическом буровом инструменте, принятом на снабжение войск. Данные коронки применяются только в термобуровом инструменте с высокотемпературным режимом бурения. Для низкотемпературного режима бурения использование таких коронок не представляется возможным по следующим причинам:

- неспособность разработки центральной части забоя ввиду расположения в центральной части коронки сопла для истечения высокотемпературной струи газа;

- нерациональные для низкотемпературного режима бурения диметр коронки, количество и расположение сопел для истечения газов.

Известны буровые коронки, содержащие корпус, выполненный в виде хвостовика и головки со сквозным центральным отверстием и отверстиями выходящими на периферию коронки, а также закрепленные на периферии вставки из твердого сплава (см. В.М.Васильев, Перфораторы. 1989 г, с.78).

Для осуществления низкотемпературного режима бурения предлагается использовать коронки, аналогичные применяемым при механическом способе бурения.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является буровая коронка для ударно-поворотного бурения, содержащая корпус, выполненный в виде хвостовика и головки со сквозным центральным и выходящими на периферию коронки отверстиями, а также закрепленных 12 вставок из твердого сплава, из которых 9 расположены на периферии головки, а 3 ближе к центру (см. В.М.Васильев, Перфораторы. 1989 г, с.80, рис.1.34 в).

Отверстия в таких буровых коронках предназначены только для подачи сжатого воздуха с целью продувки забоя шпура от шлама. Количество и характеристики отверстий не обеспечивают эффективного термического воздействия термобурового инструмента на породу.

Задачей на решение которой направлена полезная модель является разработка конструкции буровой коронки, в которой за счет научного обоснованного выбора соотношения размеров, входящих в конструкцию элементов и их расположения повышается эффективность комбинированного термомеханического воздействия, и, как следствие, увеличение глубины внедрения зубьев, а соответственно зоны разрушения и повышение скорости бурения в целом.

Техническим результатом, ожидаемым от использования полезной модели, является увеличение скорости бурения термомеханического бурового инструмента.

Конструктивное исполнение предлагаемой универсальной породоразрушающей коронки термомеханического бурового инструмента приводит к достижению приведенного выше технического результата вследствие оптимизации термического и механического воздействия на породу.

Поставленная задача решается тем, что в буровой коронке для термомеханического (ударно-поворотного) бурения, содержащей корпус, выполненный в виде хвостовика цилиндрической формы и головки с центральным забурником, на периферии головки размещены твердые термостойкие вставки цилиндроконического вида, а вокруг забурника в центральной части головки - цилиндросферического вида. Термическое воздействие на рабочую среду и продувка забоя шпура от шлама осуществляется через отверстия, верхняя часть которых имеет форму усеченного конуса с основанием в 4 мм и направленных под углом 60° к оси коронки, расположенных как на периферии головки коронки, так и в центральной ее части.

Таким образом, в процессе разрушения породы осуществляется не только механическое воздействие твердыми термостойкими вставками коронки, но и термическое воздействие, которое увеличивает глубину внедрения зубьев в разрабатываемую породу, а соответственно зону разрушения и скорость бурения в целом.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показана заявляемая универсальная породоразрушающая коронка для термомеханического бурового инструмента, расположенная в шпуре вид сверху. На фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1. На фиг.3 - вид сверху на известную (взятую за прототип) коронку, расположенную в шпуре. На фиг.4 - сечение по А-А на фиг 3.

Универсальная породоразрушающая коронка термомеханического бурового инструмента (фиг.1, 2) для ударно-поворотного бурения содержит корпус 1, состоящий из хвостовика 2 и головки коронки 3. Головка состоит из забурника 4, твердых термостойких вставок цилиндроконического вида 5 и цилиндросферического вида 6, имеет шесть отверстий 7, направленных под углом 60° к оси коронки для обеспечения термического воздействия и продувки забоя шпура, верхняя часть которых имеет форму усеченного конуса с основанием 4 мм, расположенных как на периферии головки коронки, так и в центральной ее части.

Диаметр заявляемой головки универсальной породоразрушающей коронки термомеханического бурового инструмента уменьшен по сравнению с прототипом до 76 мм.

Предлагаемые соотношения размеров и количество зубьев обоснованы теоретическими исследованиями и подтвердили свою эффективность в ходе экспериментальных исследований при испытании породоразрушающих коронок для термомеханического инструмента в процессе бурения шпуров в различных породах с коэффициентом крепости от 3 до 16 по шкале профессора Протодьяконова с использованием нового образца породоразрушающей коронки термомеханического бурового инструмента.

Заявляемая универсальная породоразрушающая коронка термомеханического бурового инструмента работает следующим образом. При бурении шпура (фиг.1, 2), первым начинает внедряться в породу центральный забурник 4, при этом, не давая коронке смещаться от намеченного забоя. При дальнейшем внедрении в породу происходит ее разрушение вставками из твердого термостойкого сплава 5, которые размещены на торце по периферии породоразрушающей коронки и образующие опережающую кольцевую канавку. Параллельно механическому воздействию на породу осуществляется термическое воздействие, через отверстия 7, которые также предназначены для продувки забоя шпура от шлама.

Схема разрушения торца шпура коронкой, принятой за прототип, показана на фиг.3, 4. Коронка состоит из корпуса 1, включающего хвостовик 2 и головку коронки 3. Головка коронки имеет вставки из твердого термостойкого сплава цилиндроконического вида 4 и цилиндросферического вида 5, отверстия для продувки забоя шпура 6 верхняя часть которых имеет форму усеченного конуса с основанием в 3 мм и направленных под углом 45° к оси коронки, расположенных как на периферии головки коронки так и в центральной ее части.

Таким образом, предложенное техническое решение коронки позволяет достичь более высокой скорости бурения горных пород различной крепости термомеханическим (ударно-поворотным) способом бурения.

Представленные обоснования показывают возможность решения поставленной задачи и промышленную применяемость заявляемой универсальной породоразрушающей коронки термомеханического бурового инструмента.

Универсальная породоразрушающая коронка, содержащая корпус, состоящий из головки и хвостовика с резьбой для крепления к штанге ручного термомеханического инструмента, центрального забурника, тугоплавких вставок из твердого термостойкого сплава цилиндроконического вида и вокруг забурника в центральной части головки цилиндросферического вида, имеющая шесть отверстий для термического воздействия на рабочую среду и продувки забоя шпура от шлама, верхняя часть которых имеет форму усеченного конуса с основанием 4 мм и направленных под углом 60° к оси коронки, расположенных как на периферии головки коронки, так и в центральной ее части.