ЛОПАСТНОЙ БУР

Полезная модель относится к области горной промышленности в частности к конструкциям лопастных буров со сменным вооружением, и может быть использована при сооружении шнековыми буровыми ставами буронабивных свай и других скважин больших диаметров в перемежающихся по крепости грунтах.
Известен лопастной бур, содержащий корпус с двумя лопастями на которых, в посадочных втулках, закреплены поворотные сменные унифицированные резцы с круглыми головками, армированными твердосплавными штырями, и хвостовиками, зафиксированными в посадочных втулках, и сменный забурник с хвостовиком и соединительным пальцем, оснащенный резцами с круглыми головками армированными твердосплавными штырями и закрепленный на торце корпуса лопастного бура (GeoDrilling international // January-November, 2007, pg.37).
Недостаток данного технического решения заключается в низкой скорости бурения мягких грунтов(не резание, а выдавливание грунта по всей площади забоя скважины) вследствие отсутствия практически на всех головках его сменных унифицированных резцов именно режущих твердосплавных пластин, обеспечивающих снятие больших стружек грунта в данных условиях. При бурении же крепких скальных, и особенно абразивных, грунтов данный лопастной бур будет иметь низкую долговечность во-первых, из-за значительного износа посадочных втулок размещенных в зонах интенсивного движения буровой мелочи, а именно на передней торцевой поверхности лопастей с выходом части втулок на их рабочую (верхнюю) поверхность, а во-вторых, из-за изгиба и поломки круглых резцов забурника, имеющих большой вылет относительно корпуса бура при встрече с трещиноватыми скальными грунтами.
Наиболее близким является лопастной бур, содержащий корпус с двумя лопастями на которых, в посадочных втулках, закреплены сменные унифицированные резцы, с головками армированными твердосплавными пластинами и хвостовиками зафиксированными в посадочных втулках, и сменный забурник режущего типа с хвостовиком и соединительным пальцем, армированный твердосплавными элементами и закрепленный на торце корпуса лопастного бура (Лопастной бур БЛ, www.zavod-sdm.ru).
Данное техническое решение позволяет существенно повысить эффективность бурения мягких грунтов и пород вследствие наличия сменных унифицированных резцов с головками, армированными твердосплавными пластинами, обеспечивающими снятие больших стружек грунта в данных условиях.
Недостаток данного технического решения при бурении перемежающихся по крепости грунтов заключается в том, что его забурник выполнен двухперовым и оснащен твердосплавными элементами в виде твердосплавных пластин, армирующих перья забурника по открытому пазу, что приводит к поломкам как самих перьев, так и к отрыву твердосплавных пластин при проходке крепких, и особенно трещиноватых, пропластков скальных грунтов, поскольку во-первых, двухперовый забурник склонен к закливанию в трещиноватых скальных грунтах, а во-вторых, плоские режущие лезвия сменных унифицированных резцов двухперового сменного забурника, находящиеся на небольшом расстоянии от оси лопастного бура, будут иметь относительно малые угловые скорости резания и воспринимать при этом значительные рабочие нагрузки, приводящие к их поломкам. При этом сменные унифицированные резцы и посадочные втулки лопастного бура размещены на рабочих (верхних) поверхностях лопастей, т.е в зонах интенсивного движения буровой мелочи, что будет приводить к их повышенному износу, снижать выдачную способность бура и сменную производительность буровых работ. Причем отсутствие шплинтов для фиксации сменных унифицированных резцов в посадочных втулках может приводить к потере резцов вследствие разупрочнения их посадки во втулках при бурении сильно трещиноватых скальных грунтов.
Полезная модель направлена на повышение эффективности использования лопастных буров в шнековых буровых ставах при сооружении буронабивных свай в перемежающихся по крепости грунтах.
Указанная цель достигается тем, что в лопастном буре, содержащем корпус с двумя лопастями на которых, в посадочных втулках закреплены сменные унифицированные резцы, с головками армированными твердосплавными пластинами и хвостовиками зафиксированными в посадочных втулках, и сменный забурник режущего типа с хвостовиком и соединительным пальцем, армированный твердосплавными элементами и закрепленный на торце корпуса лопастного бура, сменный забурник выполнен трехперовым, армирован твердосплавными элементами в виде зубков с конической рабочей головкой и закреплен посредством размещения трех перьев сменного забурника в трех конгруэнтных перьям пазах, выполненных на торце корпуса лопастного бура, при этом на хвостовике сменного забурника выполнена кольцевая проточка для взаимодействия с соединительным пальцем, а сменные унифицированные резцы и посадочные втулки размещены на нерабочих поверхностях лопастей. При этом, сменные унифицированные резцы закреплены на посадочных втулках лопастей бура посредством выступов, выполненных в основании головок сменных унифицированных резцов и входящих в конгруэнтные им пазы выполненные на посадочных втулках лопастей бура, причем хвостовики сменных унифицированных резцов зафиксированы в посадочных втулках при помощи шплинтов и установлены заподлицо с торцами посадочных втулок, на которых выполнены сквозные прорези для размещения в них шплинтов. Кроме того, плоские твердосплавные пластины головок сменных унифицированных резцов армированы в закрытый паз, а торцевая поверхность лопастей бура покрыта износостойким материалом.
На фиг.1 показан общий вид лопастного бура; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1; на фиг.4 - разрсз по В-В на фиг.1; на фиг.5 - разрез по Г-Г на фиг.2.
Предлагаемый лопастной бур, содержит корпус 1 с двумя лопастями 2 на которых, в посадочных втулках 3, закреплены сменные унифицированные резцы 4, с головками 5 армированными твердосплавными пластинами 6 и хвостовиками 7, зафиксированными в посадочных втулках 3 при помощи шплинтов 8, и сменный трехперовый забурник 9 режущего типа с хвостовиком 10 и соединительным пальцем 11, армированный твердосплавными элементами 12, в виде зубков с конической рабочей головкой, и закрепленный на торце 13 корпуса 1 лопастного бура посредством размещения трех перьев 14 сменного забурника 9 в трех конгруэнтных перьям 14 пазах 15, выполненных на торце 13 корпуса 1 лопастного бура, при этом сменные унифицированные резцы 4 и посадочные втулки 3 размещены на нерабочих поверхностях 16 лопастей 2, а на хвостовике 10 сменного забурника 9 выполнена кольцевая проточка 17, для взаимодействия с соединительным пальцем 11. При этом, сменные унифицированные резцы 4 закреплены на посадочных втулках 3 лопастей 2 лопастного бура посредством выступов 18, выполненных в основании головок 5 сменных унифицированных резцов 4 лопастей 2 и входящих в конгруэнтные им пазы 19, выполненные на посадочных втулках 3 лопастей 2 бура. Причем хвостовики 7 со шплинтами 8 сменных унифицированных резцов 4 установлены заподлицо с торцами 20 посадочных втулок 3, на которых выполнены сквозные прорези 21 для размещения в них шплинтов 8. Кроме того, твердосплавные пластины 6 головок 5 сменных унифицированных резцов 4 армированы в закрытый паз 22, а торцевая поверхность 23 лопастей 2 бура покрыта износостойким материалом 24.
Работает данное техническое решение следующим образом. При бурении скважин лопастной бур соединяют со шнековым буровым ставом (не показан) и придают ему рабочие нагрузки - осевое усилие подачи и крутящий момент, которые передаются на забой буримой скважины вначале через его сменный забурник 9,а именно через его три пера 14, надежно контактирующих с конгруэнтными им тремя пазами 15 на торце 13 корпуса 1 лопастного бура. От выпадения из корпуса 1 при спуско-подъемных операциях сменный забурник 9 лопастного бура удерживается при помощи соединительного пальца 11, взаимодействующего с кольцевой проточкой 17 его хвостовика 10. Наличие именно кольцевой проточки 17 на хвостовике 10 сменного забурника 9 предопределяет его безориентированную установку на корпусе 1 лопастного бура, что позволяет переустанавливать перья 14 в другие пазы 15, в процессе эксплуатации и ремонта. При бурении мягких грунтов происходит интенсивное вытеснение грунта главным образом из небольшой центральной части лопастного бура, а именно из-под забурника 9, после чего образовавшаяся буровая мелочь поступает на рабочие (верхние) поверхности лопастей 2 и далее транспортируется вверх по шнековому буровому ставу (не показан) беспрепятственно, т.к. посадочные втулки 3 со сменными унифицированными резцами 4 закреплены на нерабочих (нижних) поверхностях 16 лопастного бура. Поскольку сменные унифицированные резцы 4 содержат головки, армированные именно твердосплавными пластинами 6, то на большей части забоя скважины грунт успешно срезается большими стружками и транспортируется шнековым буровым ставом к устью скважины. От выпадения из посадочных втулок 3 при подъеме бурового става сменные унифицированные резцы 4 лопастей 2 лопастного бура удерживаются при помощи шплинтов 8, которые выполнены на хвостовиках 7 и установлены в сквозных прорезях 21 посадочных втулок 3 заподлицо с их торцами 20, что предохраняет их от повреждения буровой мелочью. При встрече с более крепкими прослоями скального грунта большая часть рабочей нагрузки формируется на конических рабочих головках зубков 12 трехперового сменного забурника 9, обеспечивающих высокие контактные давления на скальный грунт при относительно небольшом их заглублении (до поверхности перьев 14), приводящие к его скалыванию и истиранию т.е. к созданию опережающей скважины. При этом наличие трех перьев 14 на сменном забурнике 9 обеспечивает прочность его вооружения и устойчивую работу на забое. Созданная в процессе бурения сменным забурником 9 в крепком прослое скального грунта опережающая скважина затем начинает легко расширяться («резание грунта с поверхностью обнажения») сменными унифицированными резцами 4 лопастей 2 лопастного бура, которые также обладают достаточной прочностью при проходке крепких скальных грунтов т.к. твердосплавные пластины 6 их головок 5 армированы в закрытый паз 22, предохраняющий твердосплавные пластины 6 от сдвига и отрыва. При этом обе лопасти 2 лопастного бура имеют достаточную износостойкость вследствие того, что их торцевая поверхность 23 покрыта износостойким материалом 24, например сормайтом.
Предложенное техническое решение, выполненное вышеуказанным образом, позволяет существенно повысить эффективность использования лопастных буров в шнековых буровых ставах при сооружении буронабивных свай в перемежающихся по крепости грунтах.