БУРОВОЙ СНАРЯД
DRILLING ASSEMBLY

Изобретение относится к горному делу, а именно к пневмоударным буровым снарядам, используемым при бурении скважин различного назначения в твердых и крепких породах.
Известен погружной пневмоударник, предназначенный для бурения скважин различного направления диаметром 110-152 мм на открытых горных породах средней и высокой крепости, в том числе абразивных. Пневмоударник в комплекте с буровой коронкой является рабочим органом буровой машины, который представляет собой пневматический ударный механизм, имеющий беззолотниковую систему воздухораспределения с центральным подводом сжатого воздуха в рабочие камеры цилиндра и центральным выхлопом отработанного воздуха на забой скважины через канал бурового инструмента для выброса разрушенной породы.
Недостаток указанной конструкции в том, что наряду с достаточно высокой производительностью не решен вопрос кратного увеличения уровня мощности, затрачиваемой на разрушение породы, приводящее к неравномерному нагружению элементов вооружения, вызывающее их перегрузку, преждевременный износ и разрушение.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению по технической сущности можно считать буровой снаряд, включающий корпус с камерой высокого давления и каналами, в которых размещены пневмоударники, каждый из которых содержит цилиндр, в центральное отверстие которого помещен клапан со сквозными продольными отверстиями и штоком, установленные с возможностью осевого перемещения в цилиндре боек и буровую коронку, выполненные в форме поршня со штоком и имеющие центральные глухие отверстия (а.с. №714002, Е21С 17/00).
Интенсивность процесса разрушения твердых пород с применением указанного выше бурового снаряда недостаточна, что объясняется тем, что:
- нет хорошего скола разрушаемой породы;
- нет достаточной продувки разрушаемой породы с целью удаления ее из скважины;
- во время холостого хода бойка нет сброса давления из-под полости поршня, что тормозит его ход вверх.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение,- повышение интенсивности процесса разрушения твердых пород путем уменьшения времени проходки на рейс за счет увеличения времени сработки коронки и улучшения продувки разрушенной породы на рабочем и холостом ходу бойков бурового снаряда.
Поставленная задача решается тем, что в буровом снаряде, включающем корпус с камерой высокого давления и каналами, в которых размещены пневмоударники, каждый из которых содержит цилиндр, в центральное отверстие которого помещен клапан со сквозными продольными отверстиями и штоком, установленные с возможностью осевого перемещения боек и буровую коронку, имеющие форму поршня со штоком и центральные глухие отверстия, каналы выполнены под углом (3-5)° к оси вращения бурового снаряда, корпус снабжен закрепленной на торце накладкой с проточками, помещенной в нижнюю часть каждого из каналов буксой с буртиком, расположенным между корпусом и накладкой с образованием полости, соединенной с проточками накладки, со стороны которой по оси корпуса выполнено глухое отверстие, центральное отверстие цилиндра по своей длине имеет разные диаметры, поршень бойка, контактирующий с большим диаметром центрального отверстия цилиндра, оснащен двумя наклонными отверстиями, оси которых пересекаются с осью его центрального глухого отверстия, и пальцем, закрепленным в нижней торцевой его части, диаметр поршня буровой коронки соответствует диаметру канала, а ее шток помещен в буксу и имеет вертикальные выполненные на половине его длины прорези, заканчивающиеся боковыми сверлениями, пересекающимися с центральным глухим отверстием буровой коронки.
Из патентной литературы известно выполнение каналов под углом к оси вращения бурового снаряда, например а.с. №1555457, Е21С 17/00, но именно в сочетании с такими существенными признаками, как снабжение корпуса закрепленной на его торце накладкой с проточками, помещенной в нижнюю часть каждого из каналов буксой с буртиком, расположенным между корпусом и накладкой с образованием полости, соединенной с проточками накладки, со стороны которой в корпусе параллельно каналам выполнено глухое отверстие, центральное отверстие цилиндра по своей длине имеет разные диаметры, поршень бойка, контактирующий с большим диаметром центрального отверстия цилиндра, оснащен двумя наклонными отверстиями, оси которых пересекаются с осью его центрального глухого отверстия, и пальцем, закрепленным в нижней торцевой его части, диаметр поршня буровой коронки соответствует диаметру канала, а ее шток помещен в буксу и имеет вертикальные выполненные на половине его длины проточки, заканчивающиеся боковыми пересекающимися с центральным глухим отверстием буровой коронки сверлениями, позволяет значительно повысить интенсивность процесса разрушения горных пород.
На фиг.1 представлен общий вид бурового снаряда, продольный разрез (в левой части от оси вращения - положение бойка в момент удара по коронке в конце рабочего хода, в правой - положение бойка в конце холостого хода), на фиг.2 - вид А фиг.1.
Буровой снаряд состоит из корпуса 1 с камерой 2 высокого давления, имеющей резьбу для присоединения к трубе вращения бурового снаряда (не показано).
В корпусе 1 под углом (3-5)° к оси вращения 3 бурового снаряда выполнены каналы 4, в которых размещены пневмоударники, каждый из которых содержит цилиндр 5 и установленные в нем с возможностью осевого перемещения боек 6 и буровую коронку 7.
Центральное отверстие цилиндра 5 имеет по своей длине разные диаметры. В верхнюю часть цилиндра 5, имеющую меньший диаметр, помещен клапан 8 со сквозными продольными отверстиями 9 и штырем 10, а также шток бойка 6. Поршень 11 бойка 6 помещен в больший диаметр цилиндра 5. Боек 6 имеет наклонные отверстия 12, оси которых пересекаются с осью его центрального глухого отверстия 13, и палец 14, закрепленный в нижней торцевой его части.
Корпус 1 снабжен накладкой 15, закрепленной на торце и имеющей проточки 16 и 17. Со стороны торца корпуса 1 по его оси выполнено глухое отверстие 18. Каналы 4 соединены между собой проточками 19 с выходом в канал 20, который соединен с выходом электропневмоклапана (не показан), на вход которого подается управляющее воздушное давление.
В нижней части каждого из каналов 4 установлена букса 21 с буртиком 22, расположенным между корпусом 1 и накладкой 15 с образованием полости 23, соединенной с проточками 16 и 17 накладки 15.
Диаметр поршня 24 буровой коронки 7 соответствует диаметру канала 4, а ее шток помещен в буксу 21 с образованием полости 25 (между стенкой канала 4 и штоком) и имеет вертикальные выполненные на половине его длины прорези 26, заканчивающиеся боковыми сверлениями 27, пересекающимися с центральным глухим отверстием 28 буровой коронки 7.
На внешней периферийной части корпуса 1 расположены твердосплавные породоразрушающие элементы 29.
Корпус 1 также имеет окна 30 для непрерывного вымывания сколотой породы.
Накладка 15 крепится на корпусе 1 винтами 31.
Буровой снаряд работает следующим образом.
При постановке бурового снаряда в забой буровые коронки 7 отжимают цилиндр 4 и боек 6 вверх.
При подаче воздуха в камеру высокого давления 2 цилиндр 4 прижимается к буровой коронке 7. Через продольные отверстия 9 в клапане 8 воздух под давлением попадает в центральное глухое отверстие 13 бойка 6, а оттуда по наклонным отверстиям 12 под поршень 11, который при этом начинает перемещаться вверх, выдавливая воздух из полости 24 бойка 6 в глухое отверстие 18 корпуса 1, в полость 23, в проточки 17, 16 накладки 15, в прорези 26 штока буровой коронки 7. В течение всего холостого хода идет продувка буровых коронок 7.
Шток 10 клапана 5 заходит в центральное глухое отверстие 13 бойка 6 и перекрывает его, что соответствует концу холостого хода.
Давление под поршнем 11 бойка 6 падает до «О», а на шток продолжает действовать повышенное давление, под действием которого боек устремляется вниз, ударяя с большой силой по буровой коронке 7. В процессе движения бойка вниз идет непрерывная продувка буровой коронки 7.
В связи с тем, что каналы 4 и расположенные в них буровые коронки находятся под углом (3-5)° к оси вращения 3 бурового снаряда, скол и разрушение породы, а также ее непрерывное вымывание через окна 30 происходит эффективнее.
По мере износа буровых коронок 7 они опускаются вниз под действием усилия от цилиндра 5 до тех пор, пока поршень 24 коронки 7 не упрется в верхний торец буксы 21.
В этом случае производится замена изношенной буровой коронки. Для этого буровой снаряд поднимают из скважины на поверхность, снимают накладку 15 вынимают буксу 21, устанавливают новую коронку и возвращают на место буксу 21 и накладку 15 и закрепляют ее на торце корпуса 1 винтами 31.
При выключенном электропневмоклапане полость 25 под поршнем 24 соединена проточкой 19 и каналом 20 с атмосферой. При подаче напряжения на электропневмоклапан проточка 19 соединяется с магистралью давления и буровая коронка 7 принудительно поднимается вверх.
Обеспечение непрерывности процесса продувки буровых коронок позволяет существенно повысить интенсивность процесса разрушения твердых пород путем уменьшения времени проходки на рейс за счет увеличения времени сработки коронки и улучшения продувки разрушенной породы на рабочем и холостом ходу бойков бурового снаряда.