BR112016005070B1

BR112016005070B1 - componente de broca alongado para perfuração percussiva

Info

Publication number: BR112016005070B1
Application number: BR112016005070-3A
Authority: BR
Inventors: Petri Ahola; Johan Lindén
Original assignee: Sandvik Intellectual Property Ab
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2021-02-17
Also published as: AU2014317336B2; PL2868860T3; EP2868860B1; AU2014317336A1; RU2655099C2; MX2016003023A; CL2016000521A1; RU2016113359A; US20160208561A1; US9593541B2; CN105593456A; CA2922457A1; KR20160053953A; EP2868860A1; CN105593456B; MX368871B; KR102276275B1; WO2015032657A1; CA2922457C; PE20160333A1

Abstract

COMPONENTE DE CORDA DE PERFURAÇÃO. A presente invenção se refere a um componente de broca alongado (20; 120) para perfuração percussiva compreendendo uma extremidade rosqueada fêmea (21) possuindo um diâmetro externo (Dot ), uma extremidade rosqueada macho (22), uma seção central (27) entre referidas extremidades possuindo um diâmetro externo (Doc), em que o diâmetro externo da extremidade rosqueada fêmea (21) é maior do que o diâmetro externo da seção central (27); e um canal de descarga de lado a lado compreendendo um canal de descarga central (28; 128) possuindo um diâmetro (Dic) e canais de descarga rosqueados (29; 129) possuindo um diâmetro (Dit). Em concordância com a presente invenção, a relação de um módulo de seção elástico de uma junção rosqueada (31) mensurado quando a extremidade rosqueada fêmea é conectada para a extremidade rosqueada macho de um idêntico componente para um módulo de seção elástico da seção central (27), (S t /S c ), é de mais do que 1,5 e de que uma relação do diâmetro do canal de descarga central para o diâmetro externo da seção central, (Dic /Doc), está entre 0,45 e 0,95.

Description

COMPONENTE DE BROCA ALONGADO PARA PERFURAÇÃO PERCUSSIVA

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção se refere a uma perfuração de extensão percussiva e, em particular, a um componente de broca de alongado para utilização em tal perfuração.

PANORAMA E ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Perfuração de extensão tipicamente envolve a utilização de uma broca montada na extremidade de uma coluna de perfuração que é tanto rotacionada e quanto sujeitada para impactos longitudinais. A extremidade superior da broca de perfuração é conectada para uma máquina de perfuração acima do solo que desempenha a rotação e transmite o impacto. Uma tal técnica de perfuração percussiva é comumente referenciada como perfuração de bancada. A presente invenção pode também ser utilizada, por exemplo, em perfuração de furo longo, de flutuação e de encapsulamento.

[0003] Uma descrição geral de brocas de perfuração percussivas compreendendo hastes é abordada, por exemplo, na patente norte americana número US 6.164.392 e na patente norte americana número US 6.681.875. Estes são exemplos do tipo o mais utilizado de broca de perfuração em perfuração percussiva. Entretanto, estas hastes tendem a reduzir a velocidade de perfuração e precisão de perfuração, e bem como aumentam o risco de que a broca venha a ficar presa no solo. As hastes precedentes apresentam tendência a sofrer superaquecimento e subsequente falha das juntas rosqueada.

[0004] Uma broca de perfuração compreendendo tubos é abordada na patente européia número EP 126.740. Tubos em comparação com hastes são tubulares em configuração, isto é, a espessura de parede é pequena quando comparada com o diâmetro do tubo. Com a solução conhecida, as propriedades de descarga se aperfeiçoam e o módulo de seção elástico é aumentado, comparada/os com hastes de broca convencionais, conduzindo para precisão de perfuração aperfeiçoada. Entretanto, o módulo de seção elástico aumentado dos tubos conduz para estresses mais altos nas junções. Isto apresenta o efeito de que as junções são difíceis de quebrar. O diâmetro externo maior do tubo, comparado com hastes de broca convencionais, diminui a fenda entre a broca de perfuração e a parede do furo sendo perfurado, conduzindo para problemas com transportamento de cortes a partir do buraco.

[0005] A presente invenção combina as vantagens de hastes e de tubos em um novo componente.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0006] Um objetivo da presente invenção é o de proporcionar uma haste de broca rosqueada com rigidez aperfeiçoada.

[0007] Um outro objetivo da presente invenção é o de proporcionar uma haste de broca rosqueada com descarga aperfeiçoada.

[0008] Em concordância com um aspecto presente invenção, é proporcionado um componente de broca alongado para perfuração percussiva compreendendo uma extremidade rosqueada fêmea possuindo um diâmetro externo (Dot), uma extremidade rosqueada macho, uma seção central entre referidas extremidades possuindo um diâmetro externo (Doc), em que o diâmetro externo da extremidade rosqueada fêmea é maior do que o diâmetro externo da seção central; e um canal de descarga de lado a lado compreendendo um canal de descarga central possuindo um diâmetro (Dic) e canais de descarga rosqueados possuindo um diâmetro (Dit) , em que a relação de um módulo de seção elástico de uma junção rosqueada mensurado quando a extremidade rosqueada fêmea é conectada para a extremidade rosqueada macho de um idêntico componente para um módulo de seção elástico da seção central, (St/Sc), é de mais do que 1,5 e em que uma relação do diâmetro do canal de descarga central para o diâmetro externo da seção central, (Dic/Doc) , está entre 0,45 e 0,95.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA INVENÇÃO

[0009] As características e as vantagens da presente invenção irão ser mais bem compreendidas pela leitura da descrição em maiores detalhes a seguir em conjunto com os desenhos nos quais numerais indicam elementos similares, em que:
A Figura 1 esquematicamente mostra uma máquina de perfuração do estado da técnica para perfuração de martelo de topo percussivo, em uma vista lateral;
A Figura 2 esquematicamente mostra uma broca de perfuração convencional do estado da técnica, em uma vista lateral;
A Figura 3 esquematicamente mostra uma seção transversal longitudinal de uma concretização da presente invenção;
A Figura 4 esquematicamente mostra uma seção transversal longitudinal de uma concretização da presente invenção;
A Figura 5 esquematicamente mostra uma seção transversal longitudinal de uma concretização da presente invenção em um estado conectado; e
A Figura 6 mostra um gráfico ilustrando relações de módulos de seção elásticos e relações de diâmetro interno e diâmetro externo da presente invenção comparadas com o estado da técnica.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0010] A Figura 1 ilustra como um buraco é feito utilizando uma máquina de perfuração de bancada convencional (1). Uma broca de perfuração (2) conectada para uma broca, é rotacionada e impactada para a rocha (3), por consequência, perfurando um buraco (4).

[0011] A Figura 2 ilustra uma broca de perfuração convencional (2) utilizada para perfuração percussiva. A broca de perfuração (2) é conectada para um e se estende a partir de um adaptador (18) na máquina de perfuração (não mostrada), e pelo menos uma haste (10) (mas usualmente uma série de hastes) conectando o adaptador (18) para a broca. Em uma máquina de perfuração de haste, cada haste (10) possui uma rosca de parafuso macho (12) em uma extremidade e uma rosca de parafuso fêmea (14) na outra extremidade. A haste a mais alta (10') possui sua rosca fêmea (14) conectada para uma rosca de parafuso macho (16) do adaptador (18). As hastes remanescentes (10) são unidas juntamente em série. A haste a mais inferior (a mais baixa) (10'') possui sua rosca macho atada para a rosca de parafuso fêmea de uma broca (19) . O adaptador (18) e as hastes (10) possuem respectivas passagens centrais se estendendo através das mesmas e alinhadas umas com as outras para condução de fluido de descarga (usualmente água e/ou ar) que sai através das saídas formadas em uma face frontal da broca para resfriar as pastilhas e descarregar cortes para fora. Os cortes, paralelamente ao fluido de descarga, são descarregados ascendentemente através de uma fenda formada entre a broca de perfuração e a parede do buraco sendo perfurado.

[0012] A Figura 3 ilustra uma concretização da presente invenção. Um componente alongado (20) possui uma extremidade (21) e uma extremidade (22). A extremidade (21) possui uma rosca fêmea (23) e a extremidade (22) possui uma rosca macho (24). A rosca fêmea (23) e a rosca macho (24) são cilíndricas e compreendem arestas e ranhuras helicoidais e preferivelmente possuem geometrias trapezoidais ou geometrias de broca. O raio o menor da rosca fêmea (23) e da rosca macho (24), em uma seção transversal ao longo do eixo geométrico longitudinal do componente alongado (20), é preferivelmente maior do que 1,5mm.

[0013] Próximo para a extremidade (21), o componente alongado (20) possui uma seção fina (25) com pequeno diâmetro externo comparado com o restante do componente alongado (20). Próximo para a extremidade (22), o componente alongado (20) possui uma seção fina (26) com pequeno diâmetro externo comparado com o restante do componente alongado (20). Entre a seção fina (25) na extremidade (21) e a seção fina (26) na extremidade (22) existe uma seção central (27). O diâmetro externo da seção central (27) é maior do que o diâmetro externo da extremidade (22) e menor do que o diâmetro externo da extremidade (21). A seção central (27) do componente alongado (20) possui um diâmetro externo (Doc) . A extremidade (21) possui um diâmetro externo (Dot) .

[0014] Existe um canal de descarga de lado a lado no centro do componente alongado (20). Meio de descarga como água e/ou ar são descarregados neste canal de maneira tal a resfriar o componente alongado (20) e suas junções e de maneira tal a remover cortes a partir do buraco perfurado. O canal de descarga de lado a lado é dividido em diversas partes, um canal de descarga central (28) com um diâmetro (Dic) e canais de descarga rosqueados (29), em ambas a extremidade (21) e a extremidade (22), com um diâmetro (Dit) . Entre o canal de descarga central (28) e ambos os canais de descarga rosqueados (29) existem graduações (30), de maneira tal que (Dit) é menor do que (Dic) . De maneira tal a possuir um fluxo suave do meio de descarga, as graduações (30) são preferivelmente suaves sem nenhuma aresta (borda) afiada.

[0015] A extremidade (22), a rosca macho (24), a seção fina (26) e uma parte da seção central (27) são preferivelmente manufaturadas a partir de uma peça única de material em um componente macho (32). Uma relação do comprimento do componente macho (32) para o diâmetro externo, (Doc) , da seção central (27) está entre 3 e 5. A extremidade (21), a rosca fêmea (23), a seção fina (25) e uma parte da seção central (27) são preferivelmente manufaturadas a partir de uma peça única de material em um componente fêmea (33). Uma relação do comprimento do componente fêmea (33) para o diâmetro externo, (Doc) , da seção central (27) está entre 3 e 5. A parte mediana da seção central (27) é preferivelmente manufaturada a partir de uma peça única de material. O componente macho (32) e o componente fêmea (33) podem ser manufaturados a partir de um diferente tipo de material do que a parte mediana da seção central (27). A parte mediana da seção central (27) é preferivelmente soldada por fricção para o componente macho (32) e para o componente fêmea (33).

[0016] A Figura 4 ilustra uma concretização da presente invenção. O componente alongado (120) possui um canal de descarga de lado a lado com diâmetro substancialmente constante a partir da extremidade (22) para a rosca fêmea (23). Isto implica em que o canal de descarga de lado a lado seja contínuo e continuamente variável e em que o diâmetro, (Dic), do canal de descarga central (128) seja substancialmente igual para o diâmetro, (Dit), dos canais de descarga rosqueados (129).

[0017] O canal de descarga central (128), com diâmetro (Dic) possui uma área de seção transversal (Ac) . Uma área de saída (Ae) para os cortes a serem descarregados para fora a partir do buraco (4), é formada entre a seção central (27) e a parede (5) do buraco (4). Uma relação da área (Ac) do canal de descarga central (128) para a área de saída (Ae) está preferivelmente entre 0,04 e 0,26. Este relacionamento entre (Ac) e (Ae) assegura que existe suficiente espaço entre o componente alongado (120) e a parede (5) do buraco (4) para remoção de cortes a partir do buraco (4).

[0018] A Figura 5 ilustra uma concretização da presente invenção em um estado conectado. A rosca macho (24) de um componente alongado (20) é aparafusada para a rosca fêmea (23) de um outro componente alongado (20'), por conseqüência, conectando o componente alongado (20) com o componente alongado (20'). A área de interconexão entre o componente alongado (20) e o componente alongado (20') forma uma junção rosqueada (31). Em uma broca de perfuração, diversos componentes alongados são conectados desta maneira.

[0019] O que caracteriza a presente invenção é o módulo de seção elástico da junção rosqueada (31) em relação para o módulo de seção elástico da seção central (27) em combinação com a relação entre o diâmetro do canal de descarga central (28, 128) e o diâmetro externo da seção central (27). O módulo de seção elástico é uma propriedade que se correlaciona para a resistência ao encurvamento de uma seção transversal perpendicular para o eixo geométrico longitudinal do componente alongado (20).

[0020] O módulo de seção elástico, (St), da junção rosqueada (31) é calculado utilizando a seguinte fórmula:

[0021] O módulo de seção elástico, (Sc), da seção central (27) é calculado utilizando a seguinte fórmula:

[0022] A relação entre os módulos de seção elásticos, (St/Sc), é para o componente alongado de mais do que 1,5; preferivelmente entre 1,8 e 5,5; e mais preferivelmente entre 2,0 e 3,5. Esta relação é para hastes de brocas conhecidas entre 1,8 e 3,2 e para tubos de broca conhecidos entre 1,0 e 1,4.

[0023] A relação entre o diâmetro do canal de descarga central (28, 128) e o diâmetro externo da seção central (27), (Dic/Doc) , é para o componente alongado entre 0,45 e 0,95; preferivelmente entre 0,48 e 0,75; e mais preferivelmente entre 0,5 e 0,65. Esta relação é para hastes de broca conhecidas entre 0,25 e 0,42 e para tubos de broca conhecidos entre 0,55 e 0,75.

[0024] A Figura 6 ilustra um gráfico de (St/Sc) versus (Díc/Doc) . Hastes de broca conhecidas estão localizadas na área (A), tubos de broca conhecidos estão localizados na área (B) e componentes alongados, em concordância com a presente invenção, estão localizados na área (C) . Observe-se que a área (C) se estende para o infinito na direção (St/Sc) .

[0025] A utilização desta combinação específica de (St/Sc) e de (Díc/Doc) proporciona determinadas vantagens para a broca de perfuração. O maior diâmetro do canal de descarga central (28, 128), em relação para o diâmetro externo da seção central (27), proporciona boas propriedades de descarga, o que aperfeiçoa a remoção de cortes e resfria as roscas no componente alongado (20). O resfriamento das roscas aumenta o tempo de vida útil das roscas e a taxa de perfuração pode ser aumentada. O espaço entre a parede (5) do buraco (4) e o diâmetro externo da seção central (27) é grande o suficiente para possibilitar suficiente descarga dos cortes a partir do buraco perfurado (4). O alto módulo de seção elástico das junções rosqueadas, em relação para o módulo de seção elástico da seção central (27), implica em que a broca de perfuração pode se encurvar sem provocar estresses de encurvamento excessivamente altos nas junções rosqueadas. Isto aperfeiçoa o tempo de vida útil das junções rosqueadas e torna mais fácil frear as roscas entre os componentes alongados.

CONCRETIZAÇÕES EXEMPLIFICATIVAS E RESULTADOS DE TESTE DA INVENÇÃO

[0026] Um equipamento de perfuração de superfície foi utilizado para comparar convencionais hastes de broca assim chamadas T51 com a concretização da presente invenção. Tanto a haste convencional T51 e quanto a concretização da presente invenção foram manufaturadas a partir de caixa de aço endurecido. O mesmo tipo de roscas e o mesmo tipo de tratamento de calor foram utilizados para a haste T51 e para a concretização da presente invenção. A queda de pressão ao longo do comprimento da broca de perfuração foi mensurada como uma mensuração da eficiência de descarga. Os seguintes resultados foram obtidos:

[0027] É evidente que a queda de pressão é muito menor para a presente invenção comparada com a haste convencional.

[0028] O tempo de vida útil de brocas de perfuração foi comparado enquanto de perfuração em uma mina subterrânea. Hastes convencionais assim chamadas T45 foram comparadas com uma da concretização da presente invenção. Tanto as hastes convencionais T45 e quanto a da concretização da presente invenção foram manufaturadas a partir de caixa de aço endurecido. O mesmo tipo de roscas e o mesmo tipo de tratamento de calor foram utilizados para as hastes T45 e para a concretização da presente invenção. Os seguintes resultados foram obtidos:

[0029] É evidente que o tempo de vida útil é de pelo menos 100 % mais longo do que para a haste convencional.

[0030] A presente invenção não é limitada para as concretizações anteriormente descritas. Diferentes alternativas, modificações e equivalentes poderiam ser utilizados. As concretizações anteriormente mencionadas não deveriam, portanto, ser consideradas como limitantes para o escopo da invenção, que é definida pelas reivindicações de patente.

Claims

Componente de broca alongado (20; 120) para perfuração percussiva compreendendo:
- - uma extremidade rosqueada fêmea (21) possuindo um diâmetro externo (Dot), uma extremidade rosqueada macho (22), uma seção central (27) entre referidas extremidades possuindo um diâmetro externo (Doc), em que o diâmetro externo da extremidade rosqueada fêmea (21) é maior do que o diâmetro externo da seção central (27) ; e
- - um canal de descarga de lado a lado compreendendo um canal de descarga central (28; 128) possuindo um diâmetro (Dic) e canais de descarga rosqueados (29; 129) possuindo um diâmetro (Dit) ;
caracterizado pelo fato de que a relação de um módulo de seção elástico de uma junção rosqueada (31) mensurado quando a extremidade rosqueada fêmea é conectada a extremidade rosqueada macho de um idêntico componente a um módulo de seção elástico da seção central (27), (St/Sc), é maior do que 1,5 e de que uma relação do diâmetro do canal de descarga central para o diâmetro externo da seção central, (Dic/Doc) , está entre 0,45 e 0,95.
Componente de broca alongado, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a relação (St/Sc) está entre 1,8 e 5,5.
Componente de broca alongado, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a relação (Dic/Doc) está entre 0,48 e 0,75.
Componente de broca alongado, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a relação (St/Sc) está entre 2,0 e 3,5.
Componente de broca alongado, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a relação (Díc/Doc) está entre 0,5 e 0,65.
Componente de broca alongado, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que referida superfície de canal de descarga de lado a lado compreende etapas (30), em que (Dit) é menor do que (Dic) .
Componente de broca alongado, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que referida superfície de canal de descarga de lado a lado é contínua, em que (Dit) é igual a (Dic) .
Componente de broca alongado, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a relação de área de seção transversal (Ac) do canal de descarga central (28; 128) e uma área de saída de seção transversal (Ae) formada entre referido canal de descarga central (28; 128) e uma parede (5) de um furo (4) está entre 0,04 e 0,26.
Componente de broca alongado, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que uma rosca fêmea (23) e uma rosca macho (24) são roscas cilíndricas possuindo geometria trapezoidal ou geometria de corda.
Componente de broca alongado, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que um menor raio da rosca fêmea ou da rosca macho, em uma seção transversal ao longo do eixo geométrico longitudinal do componente alongado, é maior do que 1,5 mm.
Componente de broca alongado, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um componente macho (32) e um componente fêmea (33) são atados a uma parte mediana da seção central (27) por soldagem por fricção.