Шарошечне долото

Изобретение относится к технике бурения горных пород, а именно к пород о разрушающему инструменту - к шарошечным долотам. Область назначения объекта изобретения бурение не глубоких взрывных скважин, но в особо крепких, абразивных и обводненных породах. В этих условиях буровой шлам, проникая в опоры вращения шарошек долота, вызывает интенсивный их износ, что является главной причиной низкой стойкости долот в целом. Обводненность пород агрессивными водами способствует, как проникновению шлама в опоры, так и их износу. Известно шарошечное долото [1] типа ОКП (очень крепкие породы) конструкции ВНИИБТ с опорами вращения шарошек, представленными подшипниками качения без обойм и сепараторов, защищаемых от шлама продувкой их сжатым воздухом. Для этого используется тот же сжатый воздух, который подается в долото по буровому ставу для очистки забоя и скважины от бурового шлама. Продувка опор качения поддерживает внутри опор избыточное, по сравнению с забойным, давление, не допуская тем самым проникновения шлама в полости опор из забоя во время бурения. Для этого в лапах долота содержатся три сверления, сообщающие кармам в ниппельной резьбовой части долота с полостями опор качения. Известны шарошечные долота [2] типа ОКП. содержащие, помимо описанного в [1], также и уплотнения опор качения, что улучшает и х защи ту. Как в первых долотах, так и во вторых, защита опор качения все же недостаточно надежна. В момент наращивания бурового става подача сжатого воздуха на долото прекращается в обводненный шлам может подниматься гидростатическим давлением столба жидкости в скважине через сопло долота в ниппельный карман и выше, потому что гидростатическое давление столба шлама в скважине может превышать высоту самого долота и более. После окончания операции наращивания бурового става, когда вновь включают подачу сжатого воздуха, поднявшийся ранее шлам, давлением сжатого воздуха загоняется в сверлении лап и забивает их своими крупными частицами. Недостаточно также надежна такая защита опор и по той причине, что уплотнения опор в шарошках такого долота развиты плохо из-за стесненных условий их монтажа и поэтому имеют низкий ресурс работы, После выхода из строя они просто выбрасываются сжатым воздухом на забой и дальнейшая защита осуществляется лишь продувкой опор качения по методу и конструкции [1], что также недостаточно из-за периодической остановки дутья во время наращивания става и также приводит к преждевременному вы ходу из строя долота по причине заклинивания опор вращения шламом. Опыт бурения долотами [1] и [2] показывает их низкую стойкость в условиях бурения, в особенности очень крепких, абразивных и обводненных пород, каковыми является на горнообогатительных комбинатах (ГОКи) железистые кварциты. Так на карьерах пяти ГОКов Криворожского горнорудного бассейна стойкость шарошечных долот, выпускаемых всеми долотными заводами бывшего СССР, принадлежавших Главнефтегазмашу, не заинтересованному в повышении стойкости долот для другого ведомства, составляет в среднем 50 80пм/дол. В настоящее время ничего в лучшую сторону не изменилось. Только значительно повысилась цена на эти низкого качества долота. Их приобретение ГОКами составляет 70 и более процентов стоимости всего комплекса буровзрывных работ - главного те хнологического процесса добычи. При этом установлено, что 76,9% всех потребляемых долот выходят из строя по причине заклинивания именно опор качения шламом и тем больший их процент там, где породы сильнее обводнены. При вскрытии заклиненных долот было установлено, что во многих из них опоры оказываются еще работоспособны, а причиной заклинивания оказывается главным образом забитые шламом продувочные сверления в лапах и полостей опор качения. Это было подтверждено также и повторным бурением ими после простой прочистки сверлений с промывкой и расшатыванием шарошек в керосиновой ванне. Известно шарошечное долото типа ОКП для бурения с продувкой опор качения и с защитой их уплотнения опор [3], Однако, как показала практика, уплотнения без защиты их самих и продувочных сверлений в лапах, также не достаточно эффективно. Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является шарошечное долото [4] - прототип, опоры качения которого защищены дополнительно клапаном, установленным в верхней части центрального продувочного сопла долота. Такая защита предполагает препятствие заходу шлама в ниппельный карман в периоды прекращения продувки, что должно по мнению авторов предотвращать его проникновение в сверления лан. Однако из-за жесткой металлической конструкции седла клапана и самого клапана, такая система не надежно выполняет свое назначение в условиях зашламления. Частицы шлама застревают на седле, лишая его герметичности. Это было также подтверждено в экспериментах НИ-ГРИ (Кривой Рог). Из-за этого конструкция на практике не получила распространения. Задачей настоящего изобретения является устранение конструкторских недостатков прототипа и аналогов, направленного на улучшение защиты качения в шарошках от проникновения в них абразивного бурового шлама, что обеспечивает повышение стойкости шарошечных долот типа ОКП, работающих в условиях очень крепких, абразивных и обводненных горных пород. Настоящая задача решается тем, что в заявляемом изобретении шарошное долото снабжено клапаном обратного действия, установленным не вверху сопла, а на его нижнем торце, а в ниппельном кармане установлен второй клапан обратного действия, перекрывающий сверления в лапах, и оба эти клапаны выполнены из эластичного материала, например из резины, которым клапаны примыкают к своим седлам, к тому же седло клапана, который установлен на нижнем торце сопла, содержит острые кромки, что исключает задержку на нем частиц шлама, а клапан, перекрывающий сверления в лапах, отделен от ниппельного кармана мелкосетчатой переборкой, что исключает проникновение к нему частиц шлама больших, чем 0,2 мм. Эти клапаны обратного действия в период прекращения продувки перекрывают доступ бурового шлама как через сопло, так и через неплотности между козырьком лапы и телом шарошки, если уплотнения опор качения отсутствуют или плохо уплотняют. Для пояснения технической сущности и работы долота с описанной системой защиты опор качения предлагается чертеж (фиг.), на котором показана ниппельная часть долота с его соплом 1 центральной продувки забоя, снабженного в его нижней части обратным клапаном 2, содержащим эластичную подушк у 3 и острые кромки 4 седла, Этот клапан поджимается к седлу пружиной 5. В ниппельном кармане 6 установлен второй обратный клапан 7, защищенный мелкосетчатой переборкой 8. При наличии давления воздуха в буровом ставе давление отжимает клапан 2 вниз и воздух для продувки забоя проходит на забой. При отсутствии давления воздуха клапан 2 пружиной 5 прижат к острым кромкам 4 его седла и тем самым перекрывает доступ шлама в сопло 1 и выше в ниппельный карман 6, Острые кромки 4 седла вминаются в эластичную подушку 3. Такое сопряжение исключает возможность застревания частиц шлама между клапаном и его седлом, но обеспечивает герметичность при отсутствии дутья. В случае отсутствия уплотнений в опорах качения или в случае их неисправности при прекращении продувки, обратный клапан 7 запирает воздух в полостях сверлений и опор, затрудняя гидростатическому давлению столба грунтовы х вод в скважине, загонять шлам в опоры качения через неплотности уплотнений. Чтобы клапан 7 не зашламлялся случайно прорвавшимся через сопло 1 шламом, клапан 7 защищен мелкосетчатой переборкой 8. Мелкая фракция (менее 0,2мм) не может ему повредить, так как он выполнен из эластичного материала, например из резины. Таким образом, обеспечивается изоляция опор качения от шлама, как со стороны его захода через сопло, так и со стороны уплотнений. Это, с одной стороны, повышает общий ресурс работы долота, т.е. стойкость до 40%, с другой, его производительность, т.е. скорость бурения. Стоимость клапанного устройства, встраиваемого в шарошечное долото, по сравнению со стоимостью самого долота сравнительно ниже. К тому же, это устройство может обслужить 2 - 3 и более долот, чем снижает расходы на приобретение долот в 2 - 2,5 раза, Изобретение удовлетворяет условиям пантентоспособности по следующим основным критериям. Изобретение не является частью существующего уровня техники, отраженного известными источниками информации или сведениями практического применения, а представляет собой новую комбинацию, новое применение и новую конструкцию принципиально известных обратных клапанов, а также новое применение и конструкцию мелкосетчатой переборки-фильтра, т.е. изобретение обладает признаками изобретательского уровня. Изобретение может быть использовано в горнорудной промышленности как специализированное устройство для данных горно-геологических условий, т.е. изобретение отвечает критерию промышленной полезности.