вращающееся буровое долото и способ для создания винтовой канавки в шпуре, образованном в пласте

Формула изобретения

1. Вращающееся буровое долото для создания винтовой канавки в шпуре, образованном в пласте, содержащее удлиненный корпус долота, имеющий передний конец, задний конец и продольную ось, неподвижно закрепленный резец, размещенный на переднем конце и имеющий первую боковую режущую кромку, образующую первую периферию и, по меньшей мере, один поворотный резец, имеющий режущую кромку, которая в первом положении при вращении корпуса вокруг продольной оси в направлении бурения шпура не выдвинута в радиальном направлении за пределы периферии, и во втором положении при вращении корпуса вокруг продольной оси в направлении, противоположном направлению бурения, выдвинута в радиальном направлении за пределы периферии.

2. Буровое долото по п.1, в котором неподвижно закрепленный резец дополнительно содержит верхнюю режущую кромку, выдвинутую вперед от переднего конца корпуса долота.

3. Буровое долото по п.1, в котором неподвижно закрепленный резец дополнительно содержит вторую боковую режущую кромку.

4. Буровое долото по п.3, в котором вторая боковая режущая кромка противоположна первой боковой режущей кромке.

5. Буровое долото по п.3, в котором вторая боковая режущая кромка образует вторую периферию, по существу, равную первой периферии.

6. Буровое долото по п.1, в котором первая боковая режущая кромка выполнена на передней поверхности неподвижно закрепленного резца, и режущая кромка, по меньшей мере, одного поворотного резца выполнена на передней поверхности, по меньшей мере, одного поворотного резца так, что передняя поверхность, по меньшей мере, одного поворотного резца расположена в плоскости, не параллельной плоскости передней поверхности неподвижно закрепленного резца.

7. Буровое долото по п.1, в котором, по меньшей мере, один поворотный резец способен поворачиваться вокруг оси, параллельной продольной оси корпуса.

8. Буровое долото по п.7, в котором, по меньшей мере, один поворотный резец способен поворачиваться вокруг оси, расположенной на расстоянии от продольной оси корпуса.

9. Буровое долото по п.1, в котором, по меньшей мере, один поворотный резец способен поворачиваться вокруг оси, отклоненной от продольной оси корпуса.

10. Буровое долото по п.1, в котором, по меньшей мере, один поворотный резец расположен на расстоянии по оси от первого неподвижно закрепленного резца.

11. Буровое долото по п.10, в котором, по меньшей мере, один поворотный резец расположен сзади по оси от неподвижно закрепленного резца.

12. Буровое долото по п.1, дополнительно содержащее отверстие для прохождения выбуренного материала.

13. Буровое долото по п.12, в котором отверстие размещено сзади от, по меньшей мере, одного поворотного резца.

14. Буровое долото по п.1, дополнительно содержащее отверстие на заднем конце корпуса для образования охватывающего приемного гнезда, предназначенного для размещения охватываемой части бурильной штанги.

15. Способ создания винтовой канавки в шпуре, образованном в пласте, в котором используют буровое долото, имеющее удлиненный корпус долота, имеющий передний конец и задний конец, неподвижно закрепленный резец, размещенный на переднем конце и имеющий первую боковую режущую кромку, образующую первую периферию, по меньшей мере, один поворотный резец, имеющий режущую кромку, которая в первом положении не выдвинута радиально за пределы периферии и во втором положении выдвинута в радиальном направлении за пределы периферии, вращают буровое долото в первом направлении так, что, по меньшей мере, один поворотный резец располагается в первом положении, перемещают буровое долото в первом осевом направлении в пласт для образования шпура, имеющего номинальный диаметр и осевую длину, осуществляют последующее вращение бурового долота во втором направлении, противоположном первому направлению, так, что, по меньшей мере, один поворотный резец располагается во втором положении, и перемещают буровое долото во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению, для образования винтовой канавки на, по меньшей мере, части осевой длины шпура, имеющей глубину, радиально проходящую за номинальный диаметр шпура.

16. Способ по п.15, в котором буровое долото перемещают в первом осевом направлении до предварительно выбранного положения и при достижении его вращают во втором направлении вращения.

17. Способ создания винтовой канавки в шпуре, образованном в пласте с использованием бурового долота по одному из пп.1-14, при котором вращают буровое долото в первом направлении при его перемещении в первом осевом направлении в пласт для образования шпура и далее вращают во втором направлении, противоположном первому направлению, при его перемещении во втором осевом направлении для образования винтовой канавки на шпуре.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к вращающемуся буровому долоту и способу для создания винтовой канавки в шпуре, образованном в пласте

Буровое долото может применяться для бурения в различных геологических пластах и может быть использовано для бурения шпуров в подземной шахте.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При добыче полезных ископаемых, таких, как уголь, кровлю могут поддерживать анкерные болты, размещаемые в разнесенные шпуры, пробуренные в кровле горной выработки. В буровом долоте обычного образца используют режущую пластину, припаянную или иначе прикрепленную в пазе в переднем по оси конце корпуса бурового долота для анкерной крепи.

Буровое долото для анкерной крепи прижимают к кровле и буровой станок бурит шпур в кровле. Шпур может проходить в кровлю на 2-20 футов (0,6-6,1 м) и более. Затем шпур заполняют смолой или другим цементирующим материалом и скрепляют анкерный болт со шпуром. Крепление кровли, такое как пластина или панель кровли, можно прикреплять к анкерному болту.

Полностью зацементированный болт закрепляется фрикционным сцеплением между смолой и породой. Таким образом, изготовители буровых долот могут использовать широкие пределы допустимых отклонений или отходов режущих пластин долот для создания биения, во время которого, при объединении со свободной установкой долота на штанге, производятся гребни на стенках шпура. Гребни создают неровность стенки, которая может увеличивать несущую способность анкера.

Другим способом создания неровностей стенки является использование бурового долота с режущими элементами, расположенными по спирали на периферийной поверхности центральной втулки для образования винтовой канавки или резьбы. Данное буровое долото, вместе с тем, должно удовлетворять стандартам режущего долота, что требует дополнительного этапа в технологическом процессе. Данный дополнительный этап в технологическом процессе является, в общем, нежелательным, поскольку увеличивает время установки анкерного болта. Одним предложенным решением является использование винтовых анкерных болтов, которые должны нарезать винтовую канавку в шпуре, что является частью технологического процесса установки анкерного болта (что происходит после создания шпура). Проблемой данного подхода является то, что выбуренная порода, образующаяся во время установки анкерного болта, может загрязнять смолу и уменьшать имеющуюся площадь поперечного сечения для связи смолой.

Целью настоящего изобретения является создание бурового долота и способа для создания винтовых или спиральных канавок в стенке шпура за один проход.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению создано вращающееся буровое долото для создания винтовой канавки в шпуре, образованном в пласте, содержащее удлиненный корпус долота, имеющий передний конец и задний конец и продольную ось, неподвижно закрепленный резец, размещенный на переднем конце и имеющий первую боковую режущую кромку, образующую первую периферию, по меньшей мере, один поворотный резец, имеющий режущую кромку, которая в первом положении при вращении корпуса вокруг продольной оси в направлении бурения шпура не выдвинута в радиальном направлении за пределы периферии, и во втором положении при вращении корпуса вокруг продольной оси в направлении, противоположном направлению бурения, выдвинута в радиальном направлении за пределы периферии.

Неподвижно закрепленный резец может дополнительно содержать верхнюю режущую кромку, выдвинутую вперед от переднего конца корпуса долота.

Неподвижно закрепленный резец может дополнительно содержать вторую боковую режущую кромку, которая может быть противоположной первой боковой режущей кромке и может образовать вторую периферию, по существу, равную первой периферии.

Первая боковая режущая кромка может быть выполнена на передней поверхности неподвижно закрепленного резца, и режущая кромка поворотного резца выполнена на передней поверхности поворотного резца так, что передняя поверхность поворотного резца расположена в плоскости, не параллельной плоскости передней поверхности неподвижно закрепленного резца.

Поворотный резец может поворачиваться вокруг оси, параллельной продольной оси корпуса, расположенной на расстоянии от продольной оси корпуса или отклоненной от продольной оси корпуса.

Поворотный резец может быть расположен на расстоянии по оси от неподвижно закрепленного резца и может быть расположен сзади по оси от неподвижно закрепленного резца.

Буровое долото может дополнительно содержать отверстие для прохождения выбуренного материала, которое может быть размещено сзади от, по меньшей мере, одного поворотного резца.

Буровое долото может дополнительно содержать отверстие на заднем конце корпуса для образования охватывающего приемного гнезда, предназначенного для размещения охватываемой части бурильной штанги.

Предпочтительно, практическое применение изобретения может включать в себя использование смолы или может обходиться без нее. Кроме того, настоящее изобретение применимо к буровым долотам с вакуумной очисткой и к буровым долотам с промывкой.

Согласно изобретению создан способ создания винтовой канавки в шпуре, образованном в пласте, в котором используют буровое долото, имеющее удлиненный корпус долота, имеющий передний конец и задний конец, неподвижно закрепленный резец, размещенный на переднем конце и имеющий первую боковую режущую кромку, образующую первую периферию, по меньшей мере, один поворотный резец, имеющий режущую кромку, которая в первом положении не выдвинута радиально за пределы периферии и во втором положении выдвинута в радиальном направлении за пределы периферии, вращают буровое долото в первом направлении так, что поворотный резец располагается в первом положении, перемещают буровое долото в первом осевом направлении в пласт для образования шпура, имеющего номинальный диаметр и осевую длину, осуществляют последующее вращение бурового долота во втором направлении, противоположном первому направлению, так, что поворотный резец располагается во втором положении, и перемещают буровое долото во втором осевом направлении, противоположном первому осевому направлению, для образования винтовой канавки на, по меньшей мере, части осевой длины шпура, имеющего глубину, радиально проходящей за номинальный диаметр шпура.

Буровое долото можно перемещать в первом осевом направлении до предварительно выбранного положения и при достижении его вращается во втором направлении вращения.

Согласно изобретению создан способ создания винтовой канавки в шпуре, образованном в пласте с использованием вышеописанного бурового долота, при котором вращают буровое долото в первом направлении при его перемещении в первом осевом направлении пласт для образования шпура и далее вращают во втором направлении, противоположном первому направлению, при его перемещении во втором осевом направлении для образования винтовой канавки на шпуре.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 показан вид сверху в изометрии бурового долота настоящего изобретения с поворотным резцом во втором или выдвинутом положении.

На фиг.2 показан вид сверху бурового долота фиг.1 с поворотным резцом в первом положении.

На фиг.3 показан вид сверху бурового долота фиг.1.

На фиг.4 показан вид сбоку бурового долота фиг.1.

На фиг.5 показан вид сечения бурового долота фиг.1 вдоль продольной оси.

На фиг.5а показан вид детали другого варианта осуществления поворотного резца, применимого в буровом долоте настоящего изобретения.

На фиг.6 показан вид сверху участка сечения бурового долота согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, имеющего отклоняющий элемент, с одним поворотным резцом, показанным в выдвинутом положении и другим поворотным резцом, показанным в убранном положении.

На фиг.6а показан вид детали другого устройства отклоняющего элемента для поворотного резца.

На фиг.7 показан вид детали другого варианта осуществления поворотного резца.

На фиг.8 показан вид детали другого варианта осуществления поворотного резца.

На фиг.8а показан вид детали другого варианта осуществления поворотного резца.

На фиг.9 показан вид сверху сечения части исполнительного механизма для поворотных резцов, на котором неподвижно закрепленные резцы не показаны для более ясного иллюстрирования исполнительного механизма, с поворотным резцом в первом положении.

На фиг.10 показан вид сверху сечения части исполнительного механизма для поворотных резцов, на котором неподвижно закрепленные резцы не показаны для более ясного иллюстрирования исполнительного механизма, с поворотным резцом во втором положении.

На фиг.11 показан вид испытательного шпура с канавками, созданными буровым долотом фиг.1.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Буровое долото 10, согласно настоящему изобретению, содержит удлиненный корпус 12 долота, имеющий передний конец 14 и задний конец 16 и продольную ось 30. Долото 10 содержит неподвижно закрепленный резец 40 с первой боковой режущей кромкой 60, образующий первую периферию 70. Долото 10 также включает в себя, по меньшей мере один, поворотный резец 80 с режущей кромкой 100, которая в первом положении не выдвинута в радиальном направлении за пределы первой периферии 70, а во втором положении выдвинута в радиальном направлении за пределы периферии 70, образуя периферию 110 поворотного резца. В результате неподвижно закрепленный резец 4.0 прорезает шпур номинального диаметра D в пласте, а поворотный резец 80 прорезает канавку с диаметром, превышающим диаметр D.

На чертежах показан один вариант осуществления вращающегося режущего долота 10 (и, конкретно, бурового долота для бурения под анкерную крепь). Режущее или буровое долото 10 включает в себя удлиненный корпус 12 долота, который может быть выполнен из стали и имеет передний конец 14 и противоположный задний конец 16 и центральную продольную ось 30 и направление 36 вращения при бурении, указанное стрелкой.

Передний конец 14 имеет, в общем, форму усеченного конуса.

Задний конец 16 является открытым для образования внутреннего канала 18. Канал 18 имеет форму, предназначенную для размещения соответствующего хвостовика бурильной штанги (не показано). Как показано на фиг.1, открытый конец имеет шестигранную конфигурацию 20 для образования гнезда, в котором размещается, соответственно шестигранный конец бурильной штанги (не показано). Охватывающее приемное гнездо 22 может проходить в периферийном участке корпуса 12, примыкающем к заднему концу 16 для размещения фиксатора или вставного держателя, оборудованного на бурильной штанге (не показано).

Корпус 12 может содержать один или несколько проходов 24 для выброса отходов. Проход 24 создает сообщение между внутренним каналом 18 или полостью, созданной у заднего конца 16, и участком корпуса 12 долота, вперед по оси от заднего конца 16.

Хотя буровое долото 10 можно использовать для бурения без промывки (то есть, бурения геологического пласта без использования какого-либо охлаждающего агента или т.п.), предполагается, что настоящее долото можно использовать в операции бурения с промывкой. В бурении с промывкой проход 24 может обеспечивать прохождение пути потока текучей среды (например, воды) к переднему концу 14 корпуса 12 долота, то есть поток текучей среды должен идти через проходы. Также предполагается, что для бурения с промывкой, внешняя поверхность корпуса 12 долота может содержать плоские грани или другой рельеф на поверхности для создания прохода для выхода текучей среды и отходов из окрестностей режущих пластин.

Удлиненный корпус 12 долота также содержит, по меньшей мере, одно гнездо 26 для размещения соответствующей режущей пластины, образующей неподвижно закрепленный резец 40. Хотя вариант осуществления на фиг.1 показывает одно гнездо, проходящее по диаметру корпуса 12 долота, это не предназначено для ограничения изобретения использованием одной режущей пластины и гнезда. При этом предполагается, что изобретение может функционировать с двумя или более режущими пластинами и гнездами. Размер корпуса режущего долота и режущих пластин, а также конкретный вариант применения резания являются факторами, которые могут влиять на число режущих пластин и гнезд во вращающемся режущем долоте. Если использовано несколько режущих пластин, то они могут иметь идентичную форму или могут отличаться по форме друг от друга.

Режущая пластина или неподвижно закрепленный резец 40 имеет верхнюю поверхность 42 с передней кромкой 44 и задней кромкой 46. Передняя кромка 44 может быть отклонена от горизонтальной плоскости 52 по оси назад к задней кромке 46. Режущая пластина 40 дополнительно включает в себя вторую, внутреннюю, боковую поверхность 56 и внешнюю боковую поверхность 58. В случае, если создана только одна режущая.пластина 40, внутренние боковые поверхности 56 каждой режущей пластины (в случае, если их оборудовано две) должны соединяться так, чтобы не было четко выраженной внутренней боковой поверхности, которая видна на фиг.1.

Внешняя боковая поверхность 58 включает в себя режущую кромку 60. Режущая кромка 60 может иметь любую конфигурацию, подходящую для резания необходимого шпура. Например, и как показано на фигурах, режущая кромка 60 может включать в себя конец 61 и боковую скошенную кромку 64. Скошенная кромка может быть создана также наверху.

При использовании буровое долото 10 вращается в направлении 36 бурения шпура, так что верхняя передняя кромка 44 первой контактирует с геологическим пластом, тогда как боковая режущая кромка 60 режет стенку шпура. Внешняя сторона режущей кромки 60 находится радиально снаружи внешнего периметра или периферии бурового долота 10 и образует периферию 70, образующую номинальный диаметр D шпура.

Режущая пластина 40 может быт закреплена пайкой или сваркой в гнезде 26 корпуса режущего долота. Как должно быть ясно из следующего описания и чертежей, площадь нижней поверхности 54 режущей пластины превышает площадь верхней поверхности 42. Нижняя поверхность 54 создает главную площадь скрепления режущей пластины 40 с корпусом 12 режущего долота. Посредством использования большей нижней поверхности 54 для образования соединения пайкой режущую пластину 40 можно скреплять с корпусом 12 режущего долота с использованием сравнительно малого гнезда, не требующего большого уступа. Использование такого малого гнезда может снизить затраты, связанные с изготовлением корпуса 12 режущего долота.

Режущая пластина 40 может быть выполнена из цементированного карбида, такого, например, как цементированный кобальтом карбид вольфрама. Например, кобальт может составлять между около 2 и около 20 весовых процентов по отношению к карбиду вольфрама. Специалист в данной области техники должен понимать, вместе с тем, что другие материалы, подходящие для использования в качестве режущих пластин, могут также являться приемлемыми для использования в режущих пластинах. Данные материалы включают в себя керамику (например, керамику на основе нитрида кремния и керамику на основе оксида алюминия), карбид вольфрама без цементирующей присадки, поликристаллические алмазные композиты с металлической цементирующей присадкой, поликристаллические алмазные композиты с керамической цементирующей присадкой, сплавы карбида вольфрама с кобальтом, имеющие твердость больше или равную около 90,5 по шкале А Роквелла, цементированные карбиды с твердым покрытием.

Как отмечено выше, буровое долото 10 включает в себя, по меньшей мере, один поворотный резец 80. Как показано на фиг.1, буровое долото 10 включает в себя два поворотных резца. Предполагается, что изобретение не ограничено числом поворотных резцов, но, в общем, буровое долото 10 должно иметь два поворотных резца. Для упрощения рассмотрения только один поворотный резец может быть рассмотрен, поскольку работа каждого поворотного резца предполагается аналогичной, хотя каждый резец может иметь отличающиеся структурные компоненты или может иметь различную конфигурацию.

На фиг.1, 4 и 5 показан поворотный резец 80. Поворотный резец 80 имеет верхнюю поверхность 82, нижнюю поверхность 94, внутреннюю сторону 96 и наружную сторону 98. В варианте осуществления, показанном на фиг.1, верхняя поверхность 82 является, в общем, горизонтальной или имеет плоскость, являющуюся, в общем, перпендикулярной продольной осевой линии. Верхняя поверхность 82 имеет переднюю кромку 84 на пересечении передней грани 86 и верхней поверхности 82 и заднюю кромку 88 на пересечении задней грани 90 и верхней поверхности 82. Хотя передние кромки 84 могут находиться в одной плоскости с задней кромкой 88, в некоторых вариантах может быть необходимо конфигурировать передние кромки 84 так, чтобы они были отклонены от горизонтальной плоскости 92 вперед, по оси или назад к задней кромке 88. Поворотный резец дополнительно включает в себя внутреннюю сторону 96 и наружную сторону 98. Наружная сторона 98 включает в себя режущую кромку 100. Режущая кромка 100 может иметь любую конфигурацию, подходящую для прорезания необходимой канавки. Например, и как показано на фигурах, режущая кромка 100 может включать в себя верхнюю скошенную кромку 102, нижнюю скошенную кромку 103 и боковую скошенную кромку 104. Альтернативно, может быть создана только одна, верхняя, нижняя или боковая скошенная кромка. Внутренняя сторона 96 соединена с возможностью вращения с участком корпуса 12 бурового долота, что описано более подробно ниже.

При использовании, когда буровое долото 10 вращается в направлении 36 бурения шпура, поворотный резец 80 находится в первом положении, лучше всего показанном на фиг.2. В данном первом положении режущая кромка 100 поворотного резца 80 не выдвинута за пределы периферии 70, образованной неподвижно закрепленным резцом. В одном варианте осуществления, как показано, например, на фиг.2, передняя грань 86 контактирует с участком бурового долота 10. Когда буровое долото 10 вращается в направлении 36 бурения шпура, оно перемещается в осевом направлении 32 вперед. Когда буровое долото 10 достигает продвижением самого выдвинутого вперед положения, то есть когда необходимая длина шпура достигнута, буровое долото 10 вращается в противоположном направлении 38 и перемещается в осевом направлении 34 назад, противоположно осевому направлению 32 вперед. Когда буровое долото 10 вращается в данном направлении 38, поворотный резец 80 занимает второе положение. В данном втором положении режущая кромка 100 поворотного резца 80 выдвинута радиально наружу, образуя периферию 110 поворотного резца, расположенную радиально снаружи периферии 70, образованной неподвижно закрепленным резцом 40. В результате режущая кромка 100 поворотного резца 80 создает канавку внутри шпура и, когда буровое долото 10 перемещается по оси, создается радиальная или винтовая канавка. Предпочтительно, шпур и канавка могут быть созданы за один проход бурового долота, что обеспечивает экономию времени, особенно в сравнении с системой с двумя проходами.

Степень выдвижения режущей кромки 100 поворотного резца в радиальном направлении за пределы периферии 70, образованной неподвижно закрепленным резцом, образует глубину d резьбы или канавки. Расстояние между верхней поверхностью и нижней поверхностью задает ширину w резьбы или канавки. Расстояние между смежными по оси канавками, создаваемое, когда буровое долото перемещается в направлении по оси назад, образует шаг Р. Специалисту в данной области техники понятно, несколько рабочих параметров можно модифицировать, что воздействует на диаметр D шпура, шаг Р, глубину d канавки и ширину w канавки.

Как показано на фиг.5, в одном конкретном варианте осуществления поворотного резца 80, внутренняя сторона 96 скреплена с возможностью поворота с корпусом 20 осью 120, расположенной на расстоянии от продольной оси 30, но являющейся параллельной продольной оси. Ось 120 может быть скреплена с корпусом 12 так, что ось 120 удерживается на месте, при этом обеспечивая вращение поворотного резца 80. Например, ось 120 может быть скреплена с корпусом 12 пайкой, сваркой или другим подручным средством. Как показано на фиг.5, ось 120 имеет первый конец 122, удерживаемый в гнезде 21 в корпусе, и второй конец 124, удерживаемый в головке 126, скрепленной с корпусом 20. В одном варианте осуществления нижняя поверхность 94 поворотного резца 80 является, в общем, совмещенной с плоскостью 92, являющейся горизонтальной (или перпендикулярной продольной осевой линии 30).

Альтернативно, как показано на фиг.5а, внутренняя сторона 96 имеет цилиндрическую форму с осью 120а, выдвинутой из нижней стороны для соединения с гнездом 21 в корпусе. Головка 126 имеет ось 127, соединенную с отверстием 128, выполненным сверху на внутренней стороне 96 резца 80.

В других вариантах осуществления настоящего изобретения предполагается, что нижняя поверхность 94 поворотного резца 80 должна находиться под углом к горизонтальной плоскости 92 (то есть плоскости, перпендикулярной продольной оси 30, и, в общем, параллельной заднему концу). При этом предполагается, что ось 120 расположена в корпусе так, что не является параллельной продольной оси 30 и отклонена от продольной оси 30. При этом поворотный резец должен иметь форму, показанную на фиг.1-5.

Альтернативно, как показано на фиг.7, предполагается, что поворотный резец 80 имеет такую форму, чтобы верхняя поверхность 82 находилась под углом к горизонтальной плоскости 92 (то есть, плоскости, перпендикулярной продольной оси 30, и, в общем, параллельной заднему концу). Другими словами, верхняя наружная сторона находится впереди по оси от верхней внутренней стороны. Каждый из данных вариантов осуществления должен, очевидно, создавать отличающийся профиль и шаг резьбы в сравнении с поворотным резцом фиг.1.

Хотя на фиг.5 показана ось 120, предполагается, что можно использовать любое подходящее вращающееся соединение. Соответственно, на фиг.8 показано устройство с шаром 130 и гнездом 132. В данном варианте осуществления внутренняя сторона 96 поворотного резца 80 имеет структуру с шаром 130, а корпус 12 имеет структуру с гнездом 132, неподвижно закрепленную в буровом долоте, однако обеспечивающую вращение поворотного резца относительно бурового долота. Предполагается, что устройство с шаром и гнездом может быть реверсивным. Альтернативно, как показано на фиг.8а, поворотный резец может иметь форму сплошной структуры с внутренней стороны 96 в виде шара, аналогичной шару на мороженом.

В каждом из вариантов осуществления поворотного резца 80 он способен находиться в первом положении (не выдвинут или не развернут), когда долото 10 вращается в направлении 36 бурения, и во втором положении (выдвинут или развернут), когда долото 10 вращается в противоположном направлении 38. Фрикционный контакт с геологическим пластом и/или центробежная сила, действующие на поворотный резец 80, заставляют его занимать первое или второе положение, в котором противоположные стороны поворотного резца 80 входят в контакт с участком корпуса 12, что ограничивает дополнительное вращение поворотного резца 80.

Хотя, в общем, сила трения и/или центробежная сила должны быть достаточными для нахождения поворотного резца 80 в надлежащем первом или втором положении, в зависимости от направления вращения бурового долота 10, предполагается создание отклоняющего элемента 140, способствующего поддержанию поворотного резца 80 во втором положении. При этом на фиг.6 показан вид сверху детали одного варианта осуществления бурового долота 10, где использован отклоняющий элемент 140. В данном варианте осуществления отклоняющий элемент 140 может быть образован спиральной пружиной с одним концом 142, скрепленным с корпусом 12, и другим противоположным концом 144, скрепленным с поворотным резцом 80. Отклоняющий элемент 140 в данном варианте осуществления проходит по кривой внутренней стороны 96 поворотного резца. Альтернативно, как показано на фиг.6а, отклоняющий элемент 140 может поддерживать, по существу, линейный профиль. Хотя показана спиральная пружина, предполагается, что можно использовать другие отклоняющие элементы 140.

На фиг.9 и 10 показан другой вариант осуществления механизма выдвижения поворотного резца без неподвижно закрепленных резцов. В данном варианте осуществления использован элемент 150 исполнительного механизма для приведения в действие или перемещения поворотного резца 80 во второе положение. Элемент исполнительного механизма может быть расположен вдоль оси от заднего конца 16 к переднему концу 14 с управлением его работой дистанционно, на расстоянии от поворотного резца 80. Как показано на фиг.9, элемент 150 исполнительного механизма несет поворотный резец так, чтобы обеспечивать вращение элемента исполнительного механизма относительно корпуса 12 бурового долота. В данном положении неподвижно закрепленные резцы прорезают пласт, как описано выше, и поворотные резцы не выдвигаются радиально наружу за пределы окружности, очерченной неподвижными резцами.

Когда буровое долото 10 вращается в противоположном направлении 38, элемент исполнительного механизма может поворачиваться относительно корпуса 12 бурового долота так, что поворотный резец 80 выдвигается радиально наружу из отверстия 152, выполненного в корпусе бурового долота для нарезания канавки, как описано выше.

Соответственно, настоящим изобретением создано буровое долото 10, подходящее для создания шпура под анкерные болты для практического применения в шахтах. При этом шпур, создаваемый буровым долотом настоящего изобретения, обеспечивает необходимую площадь поверхности для улучшения связывающего сцепления анкерного болта, цементируемого смолой или другими материалами. Настоящее изобретение, таким образом, создает способ создания шпура в пласте. Способ включает в себя использование бурового долота 10 согласно любому из вышеописанных вариантов осуществления, вращение бурового долота 10 в первом направлении 36 и перемещение бурового долота 10 в первом осевом направлении 32 и последующее вращение режущего долота во втором направлении 38, противоположном первому направлению, и перемещение режущего долота во втором осевом направлении 34, противоположном первому направлению. В результате создается шпур, имеющий номинальный диаметр D с винтовой канавкой, созданной в периферийной окружности номинального диаметра D шпура.

Следующие примеры предназначены для описания изобретения без ограничения объема изобретения.

Пример 1

Шпуры длиной 4, 5 и 6 футов (1,2 1,5 и 1,8 м) пробурены в пласте на шахте San Juan Mine, Waterflow, New Mexico одинаковым буровым долотом. Анкерные болты установлены со смолой обычным способом и затем проведены испытания на отрыв с короткой заливкой. Заанкеривающие усилия, находящиеся в диапазоне 12-24 тонн на фут (0,4-0,8 тонн/см), заливки смолой приняты промышленностью как приемлемые или как "хорошее" заанкеривающее усилие. Ранее было обнаружено, что угленосные сланцы и аргиллиты демонстрируют заанкеривающее усилие в диапазоне 4-7 тонн на фут (0,1-0,2 тонн/см). По контрасту, обычные угольные горизонты демонстрируют заанкеривающее усилие в диапазоне 10-15 тонн на фут (0,3-0,5 тонн/см) заливки смолой.

Обычный шпур был создан вращением бурового долота в первом направлении (направлении бурения шпура) и осевой подачей и извлечением бурового долота с вращением бурового долота в первом направлении. Шпур с нарезами был создан вращением бурового долота в первом направлении и осевой подачей бурового долота. После этого буровое долото вращалось во втором реверсивном противоположном направлении и извлекалось по оси созданного шпура. В следующей таблице показаны результаты:

Длина анкерного болта (фут)	4 (1,2 м)	5 (1,5 м)	6 (1,8 м)
Средняя нагрузка отрыва для обычных шпуров (тонн)	6,8	6,0	5,0
Средняя нагрузка отрыва для шпуров с нарезами (тонн)	20,4	17,8	14,3
Улучшение (%)	302	297	286

Предпочтительно, шпур, созданный буровым долотом настоящего изобретения, должен обеспечивать использование меньшего количества, более коротких, более тонких и, поэтому, более легких болтов для достижения одинакового или улучшенного уровня поддержки кровли в сравнении с обычными анкерными болтами в одинаковом пласте. Буровое долото настоящего изобретения может также обеспечивать использование более коротких анкеров с продукцией поддержки кровли пласта с точечным анкерованием.

Кроме того, использование бурового долота согласно настоящему изобретению должно сохранять время установки практически неизменным, поскольку требуется только один проход. Также, поскольку поддерживается вакуум во время извлечения бурового долота, выбуренная порода, выработанная буровым долотом, удаляется из шпура. Это должно исключать загрязнение смолы и последующее уменьшение площади поперечного сечения стебля, запираемого смолой в канавках. Это очевидно вносит вклад в более высокую несущую способность анкерования. Использование вакуума также ограничивает воздействие пыли на оператора.

Пример 2

Буровое долото, согласно настоящему изобретению, было использовано для создания шпура в типичном блоке, выполненном из ячеистого цементного материала, и затем использовано для создания винтовых канавок, как описано выше. Блок из ячеистого цемента был разрезан вдоль продольной оси для демонстрации геометрии нарезов, созданных с использованием бурового долота настоящего изобретения способом, описанным выше. Продемонстрированную геометрию можно видеть на фиг.11. Показано, что буровым долотом создан шпур, имеющий диаметр "D" около 1 дюйма (25 мм), винтовой шаг "Р" около 1 дюйма (25 мм), резьбу или канавку глубиной "d" около 0,5 дюйма (13 мм), и резьбу или канавку шириной "w" около 0,25 дюйма (6 мм). Должно быть понятно, что каждый из параметров можно регулировать подходящим способом для создания необходимого профиля.

Также предполагается, что буровое долото настоящего изобретения можно использовать при установке анкерных болтов без использования смолы. При этом поворотные резцы 80 выполняют соответствующими шагу резьбы анкерного болта, чтобы анкерный болт можно было завинчивать на выходном конце шпура. Соответственно, в данном способе, шпур создают с использованием бурового долота 10 согласно любым вариантам осуществления настоящего изобретения, где поворотным резцам 80 придана такая конфигурация, чтобы шаг резьбы, созданной в шпурах, совпадал с шагом резьбы анкерных болтов, которые должны использоваться. Предпочтительно, анкерные болты, используемые в данном варианте применения, должны быть только завинчены на выходном конце (то есть на учстке болта вблизи выхода шпура). В результате номинальный размер шпура не должен быть больше анкерного болта, что типично для размещения смолы. В результате можно использовать буровое долото, имеющее любой подходящий размер, такой как 0,750 дюймов (19 мм), 0,875 дюймов (22 мм), 1,000 дюймов (25 мм), 1,125 дюймов (29 мм), 1,250 дюймов (32 мм), 1,375 дюймов (35 мм).

Хотя буровое долото 10 настоящего изобретения описано для бурового долота для анкерной крепи, должно быть очевидно, что изобретение предполагает и другие варианты использования. При этом другие варианты осуществления настоящего изобретения должны быть ясными специалисту в данной области техники, рассмотревшему подробное описание. Поэтому описание необходимо рассматривать только как иллюстративное и считать данное изобретение не ограниченным конкретными вариантами осуществления, описанными выше.