RU2416708C2

RU2416708C2 - Drilling device for hard mine rocks

Info

Publication number: RU2416708C2
Application number: RU2009113383/03A
Authority: RU
Inventors: Владимир Стефанович Литвиненко (RU); Владимир Стефанович Литвиненко; Георгий Никифорович Соловьев (RU); Георгий Никифорович Соловьев; Николай Иванович Васильев (RU); Николай Иванович Васильев
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2011-04-20
Also published as: RU2009113383A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: device includes rock cutting tool - bore bit and heat-resistant cutters. Device is equipped with core barrel the upper part of which is connected to shaft of electric motor, on which the rotating part of current collector is fixed. The other part of current collector is rigidly attached to housing of electric motor, and electric motor is connected through manual control of axial load on bottom-hole to guide post. Laser device is fixed with shaft of electric motor through rotating part of current collector, the laser beam of which is focused on the bottom-hole through the cavity of tube the lower end of which is rigidly attached to cylindrical bore bit equipped with heat-resistant cutters.

EFFECT: improving drilling efficiency of wells of various purpose in hard mine rocks, eg in granite blocks.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к строительной промышленности, в частности к ручным сверлильным машинам, и может применяться для бурения скважин в твердых горных породах.The present invention relates to the construction industry, in particular to manual drilling machines, and can be used for drilling wells in solid rocks.

Известна установка электродугового плазмобура (RU №2100602, опубл. 27.12.1997), содержащая буровую колонку, соединенную с источником нагрева разрушаемой породы, причем источник нагрева выполнен в виде плазмотрона, соединенного с системой подачи плазмообразующего газа и системой охлаждения плазмотрона, содержащего корпус, не менее двух плоскообразных сопел, расположенных с пересекающимися межэлектродными промежутками и объединенных центральным каналом плазмотрона, не менее трех электродов, соединенных с одним или несколькими источниками электропитания, устройство вращения или колебания плазмотрона, устройство отсасывания разрушенной породы, сопла подачи охлаждающей породу среды, закрепленные у основания буровой колонки и имеющие систему каналов, устройство поступательной подачи плазмотрона, газоанализатор, датчик которого установлен у основания буровой коронки.A known installation of an electric arc plasma torch (RU No. 2100602, publ. 12/27/1997), containing a drill string connected to a heating source of destructible rock, and the heating source is made in the form of a plasma torch connected to a plasma forming gas supply system and a plasma torch cooling system containing a housing, not less than two flat-shaped nozzles located with intersecting interelectrode gaps and united by the central channel of the plasma torch, at least three electrodes connected to one or more electrical sources positioning devices, a device for rotating or oscillating a plasma torch, a suction device for destroyed rock, a nozzle for supplying a cooling rock medium, fixed at the base of the drill string and having a channel system, a translational plasma torch feeding device, a gas analyzer, the sensor of which is installed at the base of the drill bit.

Недостатком установки электродугового плазмобура является отсутсвие породоразрушающих элементов для механического разрушения горной породы и нагрев ее до температуры плавления. Бурение скважин плавлением скальных горных пород с удалением избытка расплава с забоя, с переводом его за счет охлаждения в твердый шлам, выносом последнего из устья скважины является достаточно сложным техническим решением, поскольку даже раздробленные части расплава имеют значительный вес и, кроме того, при плавлении горной породы будут оплавляться стенки скважины, при этом ствол скважины будет иметь каверны, образующиеся за счет плавления различных включений, температура плавления которых значительно отличается от других, составляющих горную породу. К вышеизложенным недостаткам можно отнести сложность конструкции и стоимость реализуемой энергии.The disadvantage of installing an electric arc plasma drill is the lack of rock-cutting elements for the mechanical destruction of the rock and its heating to the melting temperature. Drilling wells by melting rock with the removal of excess melt from the bottom, transferring it by cooling to a solid slurry, removing the latter from the wellhead is a rather complicated technical solution, since even fragmented parts of the melt have significant weight and, in addition, when melting rock rocks will melt the walls of the well, while the wellbore will have caverns formed by melting various inclusions, the melting temperature of which is significantly different from others, is boiling rock. The above disadvantages include the complexity of the design and the cost of energy sold.

Известен термомеханический породоразрушающий инструмент (RU №2247217, опубл. 27.02.2005), взятый нами за прототип. Термомеханический породоразрушающий инструмент, включающий корпус, фрикционные элементы трением нагревают и разупрочняют поверхностный слой пород забоя, а резцы внедряются в породу и отделяют от забоя разупрочненный слой, при этом фрикционные элементы и термостойкие резцы неподвижно закреплены на одном корпусе, при этом резцы установлены с опережением фрикционных элементов на величину, определяемую из соотношения

, где δ - величина опережения резцов фрикционных элементов мм; ν - проектная механическая скорость бурения; n - число оборотов инструмента за 1 сек, об/сек; k - число резцов на одной линии резания.Known thermomechanical rock cutting tool (RU No. 2247217, publ. 02.27.2005), taken by us as a prototype. A thermomechanical rock cutting tool, including a casing, frictional elements heat and soften the surface layer of the bottomhole rocks, and the cutters are introduced into the rock and separate the weakened layer from the bottom, while the friction elements and heat-resistant cutters are fixed on one body, while the cutters are installed ahead of the friction elements by an amount determined from the ratio

where δ is the amount of lead of the cutters of the friction elements mm; ν - design mechanical drilling speed; n is the number of revolutions of the tool for 1 second, rev / sec; k is the number of incisors on one cutting line.

Недостатком является то, что разупрочнение прослойки твердой горной породы осуществляется за счет больших скоростей вращения породоразрушающего инструмента, что влечет за собой преждевременный износ фрикционных элементов и резцов.The disadvantage is that the softening of the layer of solid rock is due to the high rotation speeds of the rock cutting tool, which entails premature wear of the friction elements and cutters.

Задачей изобретения является повышение производительности и снижение затрат при бурении скважин различного назначения в твердых горных породах - гранитных и других блоках.The objective of the invention is to increase productivity and reduce costs when drilling wells for various purposes in solid rocks - granite and other blocks.

Разушение горной породы осуществляют путем воздействия лазерным лучом, который фокусируют на забой скважины по периметру забоя, разупрочняя нагревом приповерхностный слой породы, после чего отделяют от забоя разупрочненный слой термостойкими резцами при вращении буровой коронки.Rock destruction is carried out by exposure to a laser beam, which is focused on the bottom of the well along the perimeter of the bottom, softening by heating the surface layer of the rock, after which the weakened layer is separated from the bottom by heat-resistant cutters during rotation of the drill bit.

Устройство для бурения твердых горных пород включает в себя: породоразрушающий инструмент - коронку и термостойкие резцы, согласно изобретению для бурения твердых горных пород - гранитных блоков, устройство снабжено колонковой трубой, верхняя часть которой соединена с валом электродвигателя, через вращающуюся часть токосъемника, при этом вторая часть токосъемника жестко соединена с корпусом электродвигателя, а электродвигатель через ручной регулятор осевой нагрузки на забой скважины соединен с направляющей стойкой, при этом лазерное устройство закреплено с валом электродвигателя через вращающуюся часть токосъемника, лазерный луч которого сфокусирован на забой скважины через трубку, нижний конец которой жестко соединен с цилиндрической коронкой, оснащенной термостойкими резцами.A device for drilling hard rocks includes: a rock cutting tool - a crown and heat-resistant cutters, according to the invention for drilling hard rocks - granite blocks, the device is equipped with a core pipe, the upper part of which is connected to the motor shaft through a rotating part of the current collector, while the second a part of the current collector is rigidly connected to the motor housing, and the electric motor is connected to the guide rack through a manual axial load regulator for the bottom hole, while the laser the device is fixed to the motor shaft through the rotating part of the current collector, the laser beam of which is focused on the bottom of the well through a tube, the lower end of which is rigidly connected to a cylindrical crown equipped with heat-resistant cutters.

Устройство для бурения твердых горных пород поясняется чертежом, где показана общая схема устройства.A device for drilling solid rocks is illustrated in the drawing, which shows a General diagram of the device.

Устройство для бурения твердых горных пород снабжено электродвигателем 9, колонковой трубой 3, верхняя часть которой соединена с валом электродвигателя 4, на котором закреплена вращающаяся часть токосъемника 7, при этом вторая часть токосъемника 8 жестко соединена с корпусом электродвигателя 9, а электродвигатель 9 через ручной регулятор осевой нагрузки на забой скважины 10 соединен с направляющей стойкой 11, при этом лазерное устройство 6 закреплено с валом электродвигателя 4 через вращающуюся часть токосъемника 7, лазерный луч которого сфокусирован на забой скважины через полость трубки 2, нижний конец которой жестко соединен с цилиндрической коронкой 1, оснащенной термостойкими резцами 12. Устройство для бурения твердых горных пород работает следующим образом.The device for drilling hard rocks is equipped with an electric motor 9, a core pipe 3, the upper part of which is connected to the shaft of the electric motor 4, on which the rotating part of the current collector 7 is fixed, while the second part of the current collector 8 is rigidly connected to the motor body 9, and the electric motor 9 through a manual regulator axial load on the bottom of the well 10 is connected to the guide rack 11, while the laser device 6 is fixed to the shaft of the electric motor 4 through the rotating part of the current collector 7, the laser beam of which usirovan to downhole tubing through the cavity 2, the lower end of which is rigidly connected to the cylindrical crown 1, equipped with a heat resistant cutters 12. Apparatus for drilling hard rock operates as follows.

После сборки устройства, в состав которого входят: электродвигатель 9, колонковая труба 3 с буровой цилиндрической коронкой 1, армированной термостойкими резцами 12, электродвигатель 4 с плавными оборотами вращения, оснащенный токосъемниками 7-8, ручной регулятор осевой нагрузки на забой скважины 10, направляющая стойка 11, лазерное устройство 6, закрепленное с валом электродвигателя 4 через вращающуюся часть токосъемника 7 и постановки лазерного бурового устройства на гранитный блок, к электродвигателю 4 подается электроэнергия по кабелю 13 и лазерному устройству 6 от лазера, не показанного на схеме, по стекловолоконному кабелю 14. При этом разупрочнение прослойки забоя скважины при вращении колонковой трубы 3, оснащенной цилиндрической коронкой 1, осуществляется лазерным лучом 5, направленным от лазерного устройства 6 на забой скважины. Разупрочнение твердых горных пород на забое скважин или гранитных блоках происходит за счет термических напряжений, возникающих при быстром нагреве поверхности забоя, при этом разупрочненная поверхностная прослойка свободно снимается термостойкими резцами и удаляется с забоя.After assembling the device, which includes: an electric motor 9, a core pipe 3 with a cylindrical drill bit 1 reinforced with heat-resistant cutters 12, an electric motor 4 with smooth rotation speeds equipped with current collectors 7-8, a manual axial load regulator for the bottom hole 10, a guide rack 11, a laser device 6, fixed to the shaft of the electric motor 4 through the rotating part of the current collector 7 and setting the laser drilling device on a granite block, electricity is supplied to the electric motor 4 via cable 13 and azernomu device 6 from the laser, not shown in the diagram, for fiber optic cable 14. This softening interlayer borehole bottom during rotation of the core barrel 3 fitted with a cylindrical crown 1 is carried out by a laser beam 5, directed from the laser device 6 downhole. The softening of hard rocks at the bottom of wells or granite blocks occurs due to thermal stresses that occur when the surface of the bottom is quickly heated, while the softened surface layer is freely removed by heat-resistant cutters and removed from the bottom.

Предложенное устройство для бурения твердых горных пород существенно снижает материальные затраты и затраты времени на сооружение скважин в твердых горных породах, в частности гранитных блоках и может найти экономически целесообразное практическое применение в строительной промышленности, исключает при этом использование дорогостоящих алмазных буровых коронок.The proposed device for drilling solid rocks significantly reduces material costs and time spent on well construction in solid rocks, in particular granite blocks and can find economically feasible practical application in the construction industry, eliminating the use of expensive diamond drill bits.

Claims

A device for drilling solid rocks, including a rock cutting tool - a crown and heat-resistant cutters, characterized in that the device is equipped with a core pipe, the upper part of which is connected to the motor shaft, on which the rotating part of the current collector is fixed, while the second part of the current collector is rigidly connected to the motor housing and the electric motor is connected to the guide rack through a manual axial load regulator for the bottom hole, while the laser device is fixed to the shaft of the electric motors the needle through the rotating part of the current collector, the laser beam of which is focused on the bottom of the well through the cavity of the tube, the lower end of which is rigidly connected to a cylindrical crown equipped with heat-resistant cutters.