RU2081990C1

RU2081990C1 - Percussive drilling tool

Info

Publication number: RU2081990C1
Application number: RU94007012A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Петров; Н.С. Родионов; В.Я. Свороба; Б.С. Назимов
Original assignee: Институт горного дела им.А.А.Скочинского
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1997-06-20
Also published as: RU94007012A

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: tool is used for percussive drilling of blast-holes and bore-holes by means of percussion machines. Working part of tool is of asymmetric wedge configuration. To reduce power-intensity of drilling process and to increase drilling speed, front cutting angle of wedge (in direction of rotation) is larger than rear cutting angle by at least 7.5 times. EFFECT: high efficiency. 1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к бурению шпуров и скважин с помощью ударных механизмов. The invention relates to the mining industry, in particular for drilling holes and wells using impact mechanisms.

Известен инструмент с рабочей частью в виде симметричного клина для ударно-поворотного способа бурения [1] Схематически процесс разрушения породы в забое шпура или скважины протекает следующим образом: удар лунка выкола - передвижение (поворот) инструмента снова удар новая лунка выкола и т.д. A well-known tool with a working part in the form of a symmetrical wedge for shock-rotary drilling method [1] Schematically, the process of rock destruction in the bottom hole or hole proceeds as follows: hit hole punch - moving (turning) the tool again hit a new hole punch, etc.

Известен также инструмент с рабочей частью в виде асимметричного клина, у которого передний угол заточки (по ходу вращения) значительно меньше заднего угла заточки, для ударно-вращательного бурения, например коронка БУ 1100.01 [2 прототип] В этом случае процесс разрушения породы протекает несколько по-иному: удар лунка выкола поворот инструмента и съем стружки, благодаря малому переднему углу, снова удар и т.д. Однако практически, как показали исследования последних лет, процесс разрушения мало отличается от процесса при ударно-поворотном способе бурения. Дело в том, что инструмент после удара и внедрения отскакивает от забоя шпура под действием отражающего импульса и, возвращаясь назад под действием усилия подачи, не попадает в лунку выкола, так как за это время (отскока и возврата), вращаясь, продвинется на существенное расстояние. Таким образом, снятие стружки, как при вращательном бурении не происходит, так как применяемое осевое усилие для этого оказывается недостаточным снимаются лишь неровности забоя. Also known is a tool with a working part in the form of an asymmetric wedge, in which the front sharpening angle (in the direction of rotation) is significantly less than the rear sharpening angle, for impact-rotary drilling, for example, the crown BU 1100.01 [2 prototype] In this case, the rock destruction process proceeds somewhat along -in another way: hit a hole in the hole, turn the tool and pick up chips, thanks to the small front corner, hit again, etc. However, in practice, as recent studies have shown, the fracture process differs little from the process with the rotary shock method of drilling. The fact is that the tool, after impact and penetration, bounces from the bottom hole under the influence of a reflecting impulse and, returning back under the influence of the feed force, does not fall into the pit hole, since during this time (rebound and return), rotating, it will advance a significant distance . Thus, the removal of chips, as with rotary drilling does not occur, since the applied axial force for this is insufficient, only the roughness of the bottom is removed.

Недостатком упомянутых инструментов для соответствующих способов бурения является то, что разрушение породы в забое шпура происходит от сжимающих напряжений, возникающих при лобовом внедрении инструмента под действием силы удара. Поскольку горные породы обладают наибольшим сопротивлением при сжатии, процесс разрушения оказывается наиболее энергоемким и наименее производительным. The disadvantage of the mentioned tools for the corresponding drilling methods is that the destruction of the rock in the bottom of the hole comes from compressive stresses arising from the frontal introduction of the tool under the action of impact force. Since the rocks have the greatest resistance to compression, the destruction process is the most energy-intensive and least productive.

С помощью предлагаемого инструмента предполагается ударную нагрузку формировать таким образом, чтобы часть ее была направлена тангенциально в сторону свободной поверхности лунки выкола от предыдущего удара. В результате этого в целиках между соседними лунками создаются напряжения сдвига и скола. Разрушение части породы крупным сколом существенно снизит энергоемкость процесса и увеличит его производительность. Using the proposed tool, it is assumed that the shock load is formed in such a way that part of it is tangentially directed towards the free surface of the puncture hole from the previous impact. As a result of this, shear and cleavage stresses are created in the pillars between adjacent wells. The destruction of part of the rock by large chips will significantly reduce the energy intensity of the process and increase its productivity.

Формирование такой системы сил при ударе возможно с помощью инструмента с асимметричным клиновым лезвием, у которого передний угол должен быть существенно больше заданного. The formation of such a system of forces upon impact is possible using a tool with an asymmetric wedge blade, in which the rake angle should be significantly larger than the specified one.

На чертеже показана схема формирования сил при внедрении асимметричного клина 1 в породу 2 под действием силы улара P. Между ударами инструмент вращается с угловой скоростью ω в сторону, указанную стрелкой. The drawing shows a diagram of the formation of forces during the introduction of an asymmetric wedge 1 into rock 2 under the influence of the ular force P. Between impacts, the tool rotates with an angular velocity ω in the direction indicated by the arrow.

В соответствии с углами заточки передним a и задним g сила удара P разлагается на P_п переднюю и P_з заднюю составляющие, которые в свою очередь на P_п.в. и P_п.г. вертикальную и горизонтальную передние и P_з.в. и P_з.г. на вертикальную и горизонтальную часть задней составляющих. Горизонтальные составляющие силы удара, создающие напряжение скола имеют следующие выражения

Нужный нам эффект скол в сторону свободной поверхности 3 формирует соотношение между силами P_п.г./P_з.г., которое зависит только от величин углов асимметрии: чем меньше задний угол γ тем больше сила, направленная на преодоление сопротивления породы сколу по линии 4. При этом общий угол заточки клина 3 должен быть в определенных пределах, обеспечивающих прочность клина и долговечность инструмента. Как установлено ранее [2] рациональная величина его составляет 85^o.In accordance with the sharpening angles of the front a and rear g, the impact force P is decomposed into P _p front and P _z back components, which in turn are P _p.v. and P _pg vertical and horizontal front and P _z.v. and P _hg on the vertical and horizontal parts of the rear components. The horizontal components of the impact force, creating a cleavage stress, have the following expressions

The desired effect of cleavage towards the free surface 3 forms the relationship between the forces P _pg / P _hg , which depends only on the values of the asymmetry angles: the smaller the rake angle γ, the greater the force aimed at overcoming the rock resistance to cleavage along line 4. In this case, the overall sharpening angle of the wedge 3 should be within certain limits, ensuring the strength of the wedge and the tool life. As previously established [2], its rational value is 85 ^o .

Расчеты по приведенным выше формулам показывают, что при g 10^o и a 75^o горизонтальная составляющая силы удара в сторону свободной поверхности P_з.г. будет в 1,5 раза, а при g 5^o и a 80^o в 2 раза больше силы P_п.г., направленной в сторону массива, в данном случае в сторону поворота инструмента после удара. Дальнейшее уменьшение угла g чревато появлением растягивающих напряжений в пластине твердого сплава и, следовательно, уменьшению ее прочности и соответственно долговечности инструмента [2] Таким образом, соотношение g/α, равное 1 7,5 ^oC 1 16, появляется оптимальным, в наибольшей степени удовлетворяющим противоречивым требованиям эффективности (увеличения объема породы, разрушаемого сколом, т.е. снижения энергоемкости и увеличения скорости бурения) и прочности инструмента.Calculations according to the above formulas show that at g 10 ^o and a 75 ^{o the} horizontal component of the impact force in the direction of the free surface is P _h. will be 1.5 times, and at g 5 ^o and a 80 ^o 2 times the force P _pg directed towards the array, in this case, towards the rotation of the instrument after impact. A further decrease in the angle g is fraught with the appearance of tensile stresses in the hard alloy plate and, consequently, a decrease in its strength and, accordingly, tool life [2] Thus, the ratio g / α equal to 1 7.5 ^o C 1 16 appears optimal, to the greatest extent meeting conflicting performance requirements (increasing the amount of rock destroyed by cleavage, i.e. reducing energy intensity and increasing drilling speed) and tool strength.

Способ бурения с применением такого инструмента можно назвать ударно-скалывающим в отличие от известного ударно-вращательного. The method of drilling using such a tool can be called shock-shearing, in contrast to the known shock-rotary.

Claims

1. Tool for percussion drilling, including the holder and the working part in the form of asymmetric wedges, characterized in that the front angle of sharpening of the wedges in the direction of rotation is greater than the rear angle of sharpening.

2. The tool according to p. 1, characterized in that the ratio of the front and rear sharpening angles is at least 7.5 1.