БУР ДЛЯ СКАЛЬНЫХ ПОРОД
BIT FOR HARD ROCKS

Изобретение относится к буровой технике, а именно к конструкции бурового инструмента для вращательного бурения неглубоких скважин в грунтах IV-VII категорий буримости по нормам СНиП IV-2-82, а также асфальтобетонных дорог и придорожной насыпи.
Известны буры для скальных пород, которые выпускаются российскими компаниями, например компанией ОАО «Стройдормаш», г.Алапаевск Свердловской области. Информация о продукции компании приведена в каталоге компании и на интернет-сайте http://www.zavod-sdm.ru/rus/catalog/category/good.htm?good=101. Аналогом заявляемого технического решения являются буры БК-02801 и БК-02703, предназначенные для бурения грунтов IV-VII категорий и укомплектованные круглыми поворотными резцами.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является корпус бура по патенту RU 2391481 С1, состоящий из пилота-забурника, хвостовика, отличающийся тем, что включает сварные наборные диски и зубья, установленные в отверстия дисков. Корпус бура собирают посредством сварки наборных дисков, выполненных из листового материала, и располагают друг относительно друга таким образом, что две воображаемые линии, проходящие через вершины режущих элементов зубьев, являющиеся максимальными габаритными размерами дисков, образуют две одинаковые конические симметричные спирали с переменным шагом.
Недостаток известного технического решения в том, что ступенчатая поверхность такой конфигурации уменьшает скорость выноса грунта из зоны резания, что приводит к уменьшению скорости проходки и увеличению осевого усилия для бурения. Кроме того, сборка корпуса бура представляет трудоемкий, материалоемкий процесс за счет большого объема сварочных работ.
Технический результат заявляемого технического решения заключается в повышении скорости проходки скважины буром при бурении пород IV-VII категорий буримости за счет изготовления корпуса бура литой конструкции с шагом винтовых лопастей, равным диаметру бура, и расположения буровых резцов на опорной пластине.
Как известно, скорость бурения при шнековом способе очистки скважины зависит не только от осевого усилия (выдавливания разрушенной породы из зоны разрушения), но и от скорости выноса разрушенной породы из зоны резания на транспортирующий орган (шнек). Т.е. необходимо приблизить транспортирующий орган непосредственно к разрушаемой зоне. Для этого надо уменьшить высоту режущей головки, что и сделано в данном техническом решении - резцы расположены на опорной пластине, непосредственно примыкающей к транспортирующему органу.
Подъем грунта при шнековом способе очистки скважины производится за счет разницы сил трения грунта о стенку скважины и о лопасти транспортирующего органа. Поэтому ступенчатая форма транспортирующего органа не предпочтительна.
Кроме того, гладкая форма транспортирующих лопастей позволяет осуществить покрытие этих поверхностей материалами, обладающими меньшим коэффициентом трения по сравнению со стальным и увеличивающими абразивную стойкость инструмента.
Для работы на грунтах IV-VII категорий буримости большое значение имеет осевое усилие на резцах, позволяющее им осуществить внедрение в породу. Поэтому в данном техническом решении применена асимметричная установка резцов на опорной пластине, что позволило уменьшить количество резцов и увеличить осевое усилие на каждый резец.
Для получения ступенчатой формы забоя резцы располагаются на разных высотах относительно горизонтальной плоскости опорной пластины, причем разница высот между двумя соседними резцами не больше высоты твердосплавной вставки, которой оснащены резцы.
Для равномерного износа головки бурового резца он должен вращаться в своем гнезде при вращении бура. Это достигается установкой резца под углом α относительно вертикали и углом β относительно горизонтали. При этом α не более 20°, а β не менее 90°.
Заявляется бур шнековый скальный, состоящий из пилота-забурника, корпуса с винтовыми лопастями, буровых резцов, оснащенных твердосплавными вставками. Корпус с винтовыми лопастями изготовлен литым с шагом винтовых лопастей, равным диаметру бура, а буровые резцы установлены на опорной пластине асимметрично друг другу и под углом α к вертикали и углом β к горизонтали, превышение каждого последующего резца не более высоты твердосплавной вставки резца.
На Фиг.1 представлен общий вид бура, где:
1 - шнековый корпус;
2 - заслонки;
3, 6 - буровые резцы;
4 - опорная пластина;
5 - корпус пилота-забурника;
7, 8, 9 - резцы пилота-забурника.
На Фиг.2 представлена схема образования ступенчатого забоя при бурении скважины, где:
D - диаметр буровой скважины;
d - диаметр скважины пилота-забурника;
α - целик, оставляемый резцами пилота-забурника.
На Фиг.3 представлена схема расположения резцов на опорной пластине и на пилоте-забурнике, где:
1 - шнековый корпус;
3, 6 - буровые резцы;
4 - опорная пластина;
5 - пилот-забурник;
7 - резец пилота-забурника;
8, 9 - центральные резцы пилота-забурника.
Заявляемые технические результаты достигаются следующим образом.
Бур состоит из шнекового литого корпуса с винтовыми лопастями 1, в верхней части которого шарнирно закреплены заслонки 2, пилота-забурника 5 с резцами 7, 8, 9. Шнековый корпус установлен на опорную пластину 4, на которой в своих гнездах установлены буровые резцы 3 и 6, обеспечивающие при бурении образование ступенчатого забоя. Причем все резцы в своих гнездах могут вращаться и оснащены вставками из твердого сплава. Буровые резцы 3 формируют диаметр скважины и расположены симметрично относительно оси скважины, а резцы 6 установлены асимметрично друг другу по высоте относительно друг друга не более высоты вставки. Резцы 3 и 6 установлены на опорной пластине 4 под углом α к вертикали и углом β к горизонтали, что позволяет уменьшить осевое усилие на бур и получить вращение резцов в своих гнездах.
Заявляемый бур работает следующим образом.
После образования опережающей скважины пилотом-забурником 5 в работу включаются буровые резцы 6. Первым включается резец, расположенный ближе к пилоту-забурнику, и на него передается осевое усилие буровой машины, вдавливая его в породу. При повороте бура происходит разрушение породы и образуются канавки трением о боковые грани канавки, происходит поворот резца в своем гнезде. При дальнейшем повороте бура в работу вступают другие резцы. Так образуется ступенчатая форма забоя скважины. Чтобы продолжить бурение, необходимо очистить образовавшуюся скважину от разрушенной породы. Для этого она должна быть подана на шнековые лопасти корпуса 1 путем вдавливания бура в разрушенную породу. Так как разрушенная порода за счет разрыхления увеличивается в объеме, то та часть, которая будет выдавлена из разрушаемого пространства, должна быть подана на транспортирующие лопасти шнека. Поэтому для уменьшения осевого усилия уменьшено расстояние от первого разрушающего резца до шнековых лопастей транспортирующего органа. Резцы 3 и 6 расположены на опорной пластине 4, которая приварена к корпусу бура. Разрушенная порода, попадая на лопасти корпуса и поднимаясь вверх, очищает скважину, что позволяет успешно вести процесс бурения дальше.