PL208581B1 - Zespół koronki wiertniczej - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół koronki wiertniczej, przeznaczony głównie do żerdzi i sworzni wiertniczych do wiercenia skał .

Stropowe sworznie wiertnicze są powszechnie wykorzystywane w przemyśle górnictwa podziemnego do podtrzymywania ścian i/lub stropu sztolni wyrobiskowych i otwartych przestrzeni, zabezpieczając je przed odłamkami skalnymi i przed zapadnięciem. Sworznie stropowe zwykle są stosowane w taki sposób, że po wcześniejszym nawierceniu w skalnej ścianie otworu pilotującego są potem w ten otwór wkładane. Sworzeń jest mocowany wewnątrz otworu zwykle przy użyciu utwardzalnego kleju, takiego jak żywica lub cementowa zaprawa murarska.

Żerdzie wiertnicze mają zwykle oddzielny zespół koronki wiertniczej, składający się z koronki wiertniczej i ostrza z węglika spiekanego, który jest mocowany nieruchomo do żerdzi do jednego jej końca. Drugi koniec żerdzi zawiera układ przystosowany do współpracy z układem napędzającym, takim jak wiertarka hydrauliczna lub pneumatyczna. Koronka wiertnicza zwykle jest odlewana ze stali i, kiedy jest to wymagane, poddawana jest obróbce wiórowej, a ostrze wiertnicze z węglika spiekanego, które wystaje zwykle zarówno poza przedni koniec koronki wiertniczej jak i poza jej zewnętrzny obwód, mocowane jest do koronki, korzystnie współśrodkowo, by podczas operacji wiercenia wchodziło w skałę i spełniało rolę elementu skrawającego.

Zwykle ostrze wiertnicze jest wiązane z jednym końcem koronki wiertniczej przez spawanie, lutowanie, albo lutowanie twarde, przy czym lutowanie twarde jest najbardziej rozpowszechnione. Przy wytwarzaniu takiego zespołu koronki wiertniczej ostrze wiertnicze jest umieszczane na przeznaczonym dla niego miejscu w koronce wiertniczej i wtedy jest wykonywana operacja lutowania twardego, lub inna operacja, która jest wymagana do powiązania ze sobą ostrza wiertniczego z koronką wiertniczą. Niestety jednak, operacja wiązania często koliduje z prawidłowym umiejscowieniem ostrza względem koronki wiertniczej i w rezultacie zespół koronki wiertniczej jest ukształtowany z niewspółśrodkowym ostrzem wiertniczym w stosunku do koronki wiertniczej. Chociaż niewielki błąd współśrodkowości jest do przyjęcia, to jednak znaczniejszy błąd we współśrodkowości na ogół skutkuje wybrakowaniem ostrza wiertniczego.

Odrzucanie jako wadliwych nieprawidłowo uformowanych zespołów koronki wiertniczej skutkuje znacznym kosztem ponoszonym przez producentów koronek wiertniczych i dlatego pożądane jest obniżanie wskaźnika braków. Dodatkowo, pożądane jest także działanie w kierunku ułatwienia łączenia ostrzy wiertniczych z koronkami wiertniczymi.

Celem wynalazku jest przezwyciężenie, lub przynajmniej złagodzenie występowania jednej lub więcej z powyższych wad i opracowanie zespołu koronki wiertniczej, w którym jest obniżony wskaźnik braków koronek wiertniczych z łączonymi do nich ostrzami wiertniczymi.

Zespół koronki wiertniczej, zawierający przedni koniec koronki, do którego jest przymocowane poprzez spajanie ostrze wiertnicze, które ma górną krawędź tnącą, parę bocznych krawędzi tnących, spodni brzeg oraz parę równoległych ścianek bocznych rozciągających się pomiędzy bocznymi krawędziami tnącymi, przy czym przedni koniec koronki podtrzymuje ostrze wiertnicze wzdłuż spodniego brzegu i na równoległych ściankach bocznych, a ponadto przez przedni koniec koronki wiertniczej przechodzi osiowy otwór, otwierający się do przedniego końca koronki, zaś ostrze wiertnicze rozciąga się w poprzek tego osiowego otworu i zezwala na wypływ płynu płuczącego otworem z przedniego końca koronki, przy czym na przednim końcu koronki jest uformowana powierzchnia oporowa, współpracująca z równoległymi ściankami bocznymi ostrza wiertniczego dla osadzenia go we właściwym położeniu spajania względem przedniego końca koronki przed spajaniem ostrza wiertniczego z przednim końcem, przeciwstawiając się ruchowi przesuwającemu ostrze wiertnicze wzdłuż jego spodniego brzegu poza położenie spajania, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przynajmniej jedna czołowa powierzchnia koronki wiertniczej stanowi przedłużenie wewnętrznej powierzchni osiowego otworu koronki.

Z czołową powierzchnią koronki wiertniczej współpracuje występ ostrza wiertniczego.

Przedni koniec koronki wiertniczej zawiera parę rozciągających się w kierunku osiowym elementów oporowych, z których każdy zawiera powierzchnię oporową, podpierającą odpowiednią jedną z równoległych ścianek bocznych ostrza wiertniczego, oraz powierzchnię wsporczą, odchodząc ą bocznie od każdej czołowej powierzchni oporowej i podpierającą spodni brzeg ostrza wiertniczego, a ponadto każdy element oporowy ma skierowaną do wewnątrz czołową powierzchnię, która odchodzi osiowo od powierzchni wsporczej, przy czym te czołowe powierzchnie są rozstawione w odstępie, zaś

PL 208 581 B1 od spodniego brzegu ostrza wiertniczego odchodzi występ, współpracujący z czołowymi powierzchniami elementów oporowych.

Występ ma grubość taką samą jak grubość ostrza wiertniczego, mierzona pomiędzy równoległymi ściankami bocznymi ostrza, i ma długość nieznacznie mniejszą niż odstęp pomiędzy czołowymi powierzchniami koronki wiertniczej.

Ostrze wiertnicze zawiera parę rozstawionych występów odchodzących od spodniego brzegu ostrza, przy czym te występy kontaktują się z odpowiednimi czołowymi powierzchniami koronki wiertniczej.

Czołowe powierzchnie koronki wiertniczej są utworzone przez powierzchnię wewnętrzną osiowego otworu koronki.

Wewnętrzna powierzchnia osiowego otworu koronki kontaktuje się poprzez parę czołowych powierzchni koronki, usytuowanych wzajemnie przeciwlegle względem średnicy osiowego otworu, z występem, odchodzącym od spodniego brzegu ostrza wiertniczego.

Powierzchnia wewnętrzna osiowego otworu koronki kontaktuje się poprzez parę czołowych powierzchni koronki, usytuowanych wzajemnie przeciwlegle względem średnicy osiowego otworu, z parą rozstawionych występów, odchodzących od spodniego brzegu ostrza wiertniczego.

Grubość ostrza wiertniczego i każdego występu odchodzącego od spodniego brzegu ostrza jest mniejsza niż średnica osiowego otworu.

Zespół koronki wiertniczej według wynalazku korzystnie stabilizuje ostrze wiertnicze w pozycji współśrodkowej względem koronki wiertniczej przed operacją spajania. Współpraca pomiędzy ostrzem i koronką wiertniczą polega na utrzymywaniu pozycji koncentrycznej ostrza względem koronki wiertniczej, podczas gdy koronka wiertnicza jest umiejscowiona w stosownym wyposażeniu spajającym, i następnie podczas spajania. Dlatego ostrze zostaje prawidłowo umiejscowione współśrodkowo względem koronki wiertniczej, aż uzyskane zostanie spojenie i ostrze będzie w sposób trwały przymocowane do koronki wiertniczej. Stosownie do tego, ostrze wiertnicze jest wtedy w sposób pewny pozycjonowane względem koronki wiertniczej przy spajaniu gdy nie zawodzi mechaniczna współpraca pomiędzy ostrzem wiertniczym i koronką wiertniczą. Oznacza to, że wskaźnik braków koronek wiertniczych wynikający z błędu we współosiowości jest wyeliminowany albo obniżony.

Współpraca pomiędzy ostrzem wiertniczym i koronką wiertniczą nie musi zapobiegać ruchowi unoszącemu, wydobywającemu ostrze z koronki wiertniczej. Współpraca ta jest przewidziana do zapobiegania ruchowi przesuwającemu ostrze wiertnicze wzdłuż jego spodniego brzegu. Ten ruch jest ruchem powodującym rodzaj braków, w zespołach koronek wiertniczych, do którego odnosi się wynalazek. Jednakże, wynalazek może oferować układy które przeciwstawiają się ruchowi unoszącemu.

Zaletą wynalazku jest to, że współpraca pomiędzy ostrzem wiertniczym i koronką wiertniczą może powiększać wytrzymałość spojenia uformowanego pomiędzy tymi częściami, w porównaniu z wytrzymało ścią spojenia w układach według dotychczasowego stanu techniki. Polepszenie może jednak być tylko w pewnych kierunkach, w zależności od rodzaju wykorzystywanych układów współpracy.

Otwór, który ma otwarcie u przedniego końca koronki, jest głównie przewidziany dla wypływającego przezeń czynnika wypłukującego i jest ustawiony w jednej linii z podłużnie uformowanym otworem w żerdzi wiertniczej, do której jest mocowany zespół koronki wiertniczej. W tym zalecanym przykładzie, czołowa powierzchnia wsporcza każdego elementu oporowego jest oddzielona w kierunku osiowym odstępem od otwartego końca otworu w przednim końcu koronki wiertniczej w kierunku wypływu, tak aby spodni brzeg ostrza wiertniczego był oddalony od otwartego końca otworu i aby ostrze wiertnicze nie przeszkadzało wypływowi płynu przez otwarty koniec otworu. W tym przykładzie wykonania ostrze wiertnicze zawiera występy, współpracujące z każdą czołową powierzchnią elementów wsporczych, w celu prawidłowego umieszczenia ostrza wiertniczego we właściwym położeniu względem koronki podczas spajania. W zalecanym układzie, część wystająca ostrza wiertniczego wystaje ze spodniego brzegu ostrza.

W każdym z powyższych przykładów, w których jest przewidziana pojedyncza powierzchnia czołowa albo para powierzchni czołowych przeznaczonych do współpracy, każda z nich może być formowana jako przedłużenie wewnętrznej powierzchni otworu koronki wiertniczej. Alternatywnie, powierzchnia czołowa albo każda z powierzchni czołowych może być uformowana jako część wewnętrznej powierzchni otworu koronki wiertniczej, w ogólności przy końcu otworu, który otwiera się w przednim koń cu koronki wiertniczej. W takim ukł adzie, ż eby zapewnić moż liwość wypł ywu czynnika wypłukującego przez otwór w przednim końcu, zaleca się by grubość ostrza wiertniczego była mniej4

PL 208 581 B1 sza niż średnica otworu w przednim końcu, tak aby otwór w przednim końcu pozostawał otwarty pomimo obecności ostrza wiertniczego rozciągającego się w poprzek otworu i pomimo zachodzenia do otworu występu/ów, współpracujących z powierzchnią wewnętrzną tego otworu.

Wynalazek nadaje się do stosowania zarówno do jednoczęściowych lub „łopatkowych ostrzy wiertniczych jak i do dwuczęściowych ostrzy wiertniczych, znanych jako ostrza skrzydełkowe. Może być jednak tak, że rodzaj współpracującego układu pozycjonującego różni się w zależności od zastosowania ostrza łopatkowego lub skrzydełkowego. Na przykład, dla ostrza skrzydełkowego nieprawdopodobne jest by miało ono parę występów, które odchodzą od jego spodniego brzegu żeby współpracować z wewnętrzną powierzchnią otworu uformowaną w koronce wiertniczej, w przeciwległych miejscach rozstawionych względem średnicy otworu. Bardziej prawdopodobne jest, że ostrze skrzydełkowe będzie zawierało jeden występ ze spodniego brzegu, ale może ono także zawierać drugi lub więcej występów, które wystają w innym miejscu, takim jak powierzchnie, opierające się o czołowe powierzchnie oporowe koronki. Podobnie ostrze łopatkowe może zawierać pojedynczy występ albo dwa lub więcej występów, w zależności od potrzeb.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 do 3 przedstawiają widoki rozłożonego zespołu koronki wiertniczej według wynalazku, a fig. 4 do 6 widoki pokazanego na fig. 1 do 3 zespołu koronki wiertniczej po złożeniu.

Na fig. 1-3 przedstawiono zespół koronki wiertniczej według wynalazku, zawierający ostrze wiertnicze 10 i koronkę wiertniczą 11, z którą jest połączone ostrze wiertnicze 10, jak pokazano na fig. 4 do 6. Ostrze wiertnicze 10 zawiera parę krawędzi tnących 12, które są pochylone względem środkowego wierzchołka, i parę bocznych krawędzi tnących 13.

Koronka wiertnicza 11 jest wyposażona w cylindryczny tylny czop 14, przeznaczony do osadzania i mocowania w przednim końcu żerdzi wiertniczej. Czop 14 może zawierać zewnętrzny gwint, służący do mocowania w żerdzi wiertniczej przy pomocy złącza gwintowego, lub może być mocowany innym sposobem, takim jak przez spawanie.

Koronka wiertnicza 11 zawiera środkowy otwór 15, który przechodzi na wylot przez koronkę 11 i otwiera się u przedniego koń ca 16 koronki wiertniczej 11. Otwór 15 jest otworem do wypł ukiwania, ułatwiającym podczas operacji wiercenia transportowanie czynnika wypłukującego na wylot do wypływu przednim końcem, tak aby z przedniego końca wypłukiwać gruz.

Przedni koniec 16 zawiera parę wystających w kierunku osiowym elementów oporowych 17. Każdy element oporowy 17 zawiera czołową powierzchnię oporową 18. Czołowe powierzchnie oporowe 18 są zwrócone w przeciwnych kierunkach i są ustawione z przeznaczeniem do współpracy z przeciwległymi powierzchniami czoł owymi ostrza wiertniczego 10. To ustawienie jest najwyraź niej widoczne na fig. 5, gdzie jest pokazane ostrze wiertnicze 10, rozciągające się całkowicie w poprzek przedniego końca 16 koronki wiertniczej 11 i stykające się z każdą z czołowych powierzchni oporowych 18.

Czołowe powierzchnie wsporcze 19 rozciągają się poprzecznie przy podstawie każdej z czołowych powierzchni oporowych 18 i są przeznaczone do podpierania spodniego brzegu 20 ostrza wiertniczego 10. Na fig. 2 jest pokazana jedna z czołowych powierzchni wsporczych 19, podczas gdy równoważna jej czołowa powierzchnia wsporcza 19 odchodzi od drugiego z elementów wsporczych 17 w kierunku przeciwnym.

Para równoległych bocznych ścianek 26 jest rozpostarta pomiędzy odpowiednimi krawędziami 12, 13 i 20, na każdej stronie ostrza wiertniczego 10.

Ostrze wiertnicze 10 jest tak usytuowane w zespole koronki wiertniczej, żeby rozciągało się w poprzek koronki wiertniczej 11, jak to pokazano na fig. 5, czyli tak żeby każ da z krawędzi bocznych 13 wychodziła poza zewnętrzny obwód 21 koronki wiertniczej 11, a wierzchołek 22 pomiędzy krawędziami tnącymi 12 jest ustawiony w jednej linii z osią wzdłużną otworu 15. Ponadto, ostrze wiertnicze 10 jest tak usytuowane żeby jego spodni brzeg 20 miał podparcie w miejscu za wylotem otworu 15. Ten układ jest wyraźnie pokazany na fig. 6, gdzie spodni brzeg 20 ostrza wiertniczego 10 jest pokazany w oddaleniu od wylotu otworu 15.

Fig. 5 przedstawia prawidłowo zmontowaną koronkę wiertniczą 11, z ostrzem wiertniczym 10 umieszczonym w sposób opisany wyżej. Przy takim umieszczeniu, ostrze wiertnicze 10 jest usytuowane prawidłowo przy operacji łączenia go z koronką wiertniczą 11. Jednakże trwałe prawidłowe pozycjonowanie jest utrudnione, ponieważ w znanych rozwiązaniach ostrze wiertnicze 10 nie jest umiejscowione mechanicznie względem koronki wiertniczej 11 i z tego względu może się w stosunku do niej przesuwać podczas montażu i podczas spajania. W związku z tym, montowane koronki mają

PL 208 581 B1 często uformowany wierzchołek, który nie jest właściwie ustawiony w jednej linii z podłużną osią środkowego otworu 15. W takich przypadkach boczne krawędzie tnące nie wystają równomiernie poza obrzeże 21 koronki wiertniczej 11. W niektórych przypadkach tylko jedna z bocznych krawędzi tnących 13 wystaje poza obrzeże 21, i wówczas taka koronka wymaga odrzucenia jako wadliwa.

Według wynalazku, ostrze wiertnicze 10 zawiera parę występów 23 które wystają z dolnej krawędzi 20 ostrza 10 i które mają zwróconą promieniowo zewnętrzną krawędź 24, kontaktującą się z czoł owymi powierzchniami 25, wystają cymi z wewnę trznej powierzchni otworu i tworzącymi zwróconą do wewnątrz powierzchnię każdego elementu oporowego 17. Jedna powierzchnia czołowa 25 jest pokazana na fig. 2, zaś przeciwległa powierzchnia czołowa 25 jest pokazana na fig. 3. Zmontowana całość koronki jest najlepiej pokazana na fig. 6, gdzie pokazano lewy występ 23, kontaktujący się suwliwie z powierzchnią czołową 25. Gdy ostrze wiertnicze 10 jest osadzone w prawidłowym położeniu spajania pokazanym na fig. 5, to każda z promieniowo zwróconych zewnętrznych krawędzi 24 (fig. 3) występów 23 kontaktuje się z powierzchnią czołową 25 w położeniach przeciwległych po średnicy. Kontakt ten powstrzymuje przesuwanie ostrza 10 wzdłuż dolnej krawędzi ostrza 20, co spowodowałoby odsunięcie wierzchołka 22 od ustawienia w jednej linii z osią otworu 15. Z tego względu ostrze wiertnicze 10 jest dokładnie umieszczone i nieprawdopodobne jest, aby przesunęło się do niedokładnego położenia.

Głównym zadaniem dla ustalenia położenia ostrza wiertniczego 10 w stosunku do przedniego końca 16 jest wyeliminowanie ruchu ostrza podczas spajania. Rozwiązanie pokazane na rysunkach ułatwia to zadanie, aczkolwiek jest do przyjęcia luźny kontakt występów 23 z powierzchniami czołowymi 25, ponieważ są do przyjęcia bardzo nieznaczne ruchy ostrza wiertniczego 10.

Jednakże, nie do zaakceptowania jest przypadek pozycjonowania z większymi przemieszczeniami, powodującymi że ostrze wiertnicze 10 przyjmuje pozycję istotnie niewspółliniową względem koronki wiertniczej 11.

Dla osiągnięcia rezultatu przedstawionego na rysunku mogą być zastosowane rozmaite odmiany różnych układów. Przykładowo, zamiast pokazanych dwóch występów 23, mógłby być zastosowany pojedynczy występ, rozciągający się pomiędzy czołowymi powierzchniami prowadzącymi. Alternatywnie, może być zastosowany pojedynczy występ 23, który współpracuje z tylko jedną powierzchnią czołową. Zilustrowany przykład jest jednak szczególnie korzystny, ponieważ wymaga on wprowadzenia jedynie minimalnej zmiany do istniejących układów, która polega na wprowadzeniu do ostrza wiertniczego 10 dowolnego rodzaju części wystających 23.

Opisywany tutaj wynalazek może być praktykowany poprzez wiele odmian, modyfikacji i/lub uzupełnień, odmiennych niż podaje powyższy opis techniczny. Te odmiany, modyfikacje i/lub uzupełnienia nie wychodzą jednakże poza ideę wynalazku i wchodzą w zakres powyższego opisu.

Claims (9)

1. Zespół koronki wiertniczej, zawierający przedni koniec koronki, do którego jest przymocowane poprzez spajanie ostrze wiertnicze, które ma górną krawędź tnącą, parę bocznych krawędzi tnących, spodni brzeg oraz parę równoległych ścianek bocznych rozciągających się pomiędzy bocznymi krawędziami tnącymi, przy czym przedni koniec koronki podtrzymuje ostrze wiertnicze wzdłuż spodniego brzegu i na równoległych ściankach bocznych, a ponadto przez przedni koniec koronki wiertniczej przechodzi osiowy otwór, otwierający się do przedniego końca koronki, zaś ostrze wiertnicze rozciąga się w poprzek tego osiowego otworu i zezwala na wypływ płynu płuczącego otworem z przedniego końca koronki, przy czym na przednim koń cu koronki jest uformowana powierzchnia oporowa, współpracująca z równoległymi ściankami bocznymi ostrza wiertniczego dla osadzenia go we właściwym położeniu spajania względem przedniego końca koronki przed spajaniem ostrza wiertniczego z przednim końcem, przeciwstawiając się ruchowi przesuwającemu ostrze wiertnicze wzdłuż jego spodniego brzegu poza położenie spajania, znamienny tym, że przynajmniej jedna czołowa powierzchnia (25) koronki wiertniczej (11) stanowi przedłużenie wewnętrznej powierzchni osiowego otworu (15) koronki.

2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że z czołową powierzchnią (25) koronki wiertniczej (11) współpracuje występ (23) ostrza wiertniczego.

3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że przedni koniec (16) koronki wiertniczej (11) zawiera parę rozciągających się w kierunku osiowym elementów oporowych (17), z których każdy zawie6

PL 208 581 B1 ra powierzchnię oporową (18), podpierającą odpowiednią jedną z równoległych ścianek bocznych (26) ostrza wiertniczego (10), oraz powierzchnię wsporczą (19), odchodzącą bocznie od każdej czołowej powierzchni oporowej (18) i podpierającą spodni brzeg (20) ostrza wiertniczego (10), a ponadto każdy element oporowy (17) ma skierowaną do wewnątrz czołową powierzchnię (25), która odchodzi osiowo od powierzchni wsporczej (19), przy czym te czołowe powierzchnie (25) są rozstawione w odstępie, zaś od spodniego brzegu (20) ostrza wiertniczego (10) odchodzi występ (23), współpracujący z czołowymi powierzchniami (25) elementów oporowych (17).

4. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że występ (23) ma grubość taką samą jak grubość ostrza wiertniczego (10), mierzona pomiędzy równoległymi ściankami bocznymi (26) ostrza, i ma długość nieznacznie mniejszą niż odstęp pomię dzy czołowymi powierzchniami (25) koronki wiertniczej (11).

5. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że ostrze wiertnicze (10) zawiera parę rozstawionych występów (23) odchodzących od spodniego brzegu (20) ostrza, przy czym te występy (23) kontaktują się z odpowiednimi czołowymi powierzchniami (25) koronki wiertniczej (11).

6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że czołowe powierzchnie (25) koronki wiertniczej (11) są utworzone przez powierzchnię wewnętrzną osiowego otworu (15) koronki.

7. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia osiowego otworu (15) koronki kontaktuje się poprzez parę czołowych powierzchni (25) koronki, usytuowanych wzajemnie przeciwlegle względem średnicy osiowego otworu (15), z występem (23), odchodzącym od spodniego brzegu (20) ostrza wiertniczego (10).

8. Zespół według zastrz. 6, znamienny tym, że powierzchnia wewnętrzna osiowego otworu (15) koronki kontaktuje się poprzez parę czołowych powierzchni (25) koronki, usytuowanych wzajemnie przeciwlegle względem średnicy osiowego otworu (15), z parą rozstawionych występów (23), odchodzących od spodniego brzegu (20) ostrza wiertniczego (10).

9. Zespół według zastrz. 7 albo 8, znamienny tym, że grubość ostrza wiertniczego (10) i każdego występu (23) odchodzącego od spodniego brzegu (20) ostrza jest mniejsza niż średnica osiowego otworu (15).