DE3600189A1 - Diamantbohrkrone - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gesteins­ zerstörung, insbesondere auf diamantbesetzte Bohr­ kronen zum Erkundungsbohren.

Es ist höchst zweckmäßig, die vorliegende Erfindung bei der Diamant-Kernbohrung von Bohrlöchern in harten Gesteinen zu verwenden.

Zur Zeit sind mehrere Formen von Diamantbohrkronen zum Erkundungs-Kernbohren bekannt.

Allbekannt ist eine diamantbesetzte Bohrkrone, die einen Körper und eine mittels Anschweißschicht damit verbundene, durch Spülkanäle in Sektoren unterteilte diamantenführende Matrix aufweist. Das Verhältnis von Sektorlänge zu Spülkanallänge beträgt 5 : 1.

Ein Nachteil der bekannten Bohrkrone ist die niedri­ ge Effektivität beim Bohren von harten, schwach ab­ nutzenden Gesteinen, die mit dem Zusetzen der Diaman­ ten zusammenhängt, das dadurch bedingt ist, daß die Abkühlung der Diamanten bei langen Sektoren schlech­ ter und der Bohrschlamm unterhalb der Stirnfläche der Bohrkrone zusammengepreßt wird.

Bekannt ist ebenfalls eine diamantbesetzte Bohrkrone (s. UdSSR-Urheberschein Nr. 5 94 291), die einen Kör­ per und eine mittels Anschweißschicht damit verbunde­ ne diamantenhaltige Sektorenmatrix mit Spülkanälen auf­ weist. Beim Arbeiten mit dieser Bohrkrone wird eine Leistungssteigerung durch Verringerung der Sektoren­ längen in ihr erzielt. Das Verhältnis der Länge ei­ nes Sektors zur Länge eines Spülkanals beträgt 3 : 1.

Einen Nachteil der bekannten diamantbesetzten Bohr­ krone bilden die Festigkeitserniedrigung bei der Auf­ nahme der Matrixsektoren im Körper und damit zusammen­ hängende Abbrüche und Abspaltungen der Sektoren beim Bohren.

Bekannt ist auch eine Bohrkrone (gemäß US-Patent­ schrift Nr. 28 18 233) zum Kernbohren von harten Ge­ steinen, deren Bauform einen Körper und eine diaman­ tenhaltige Zahnmatrix einschließt, deren Verzahnung mit Diamanten, bei geneigter Schneidekante, bewehrt und mit einer schrägen Stirnfläche ausgebildet ist, die Spülkanäle bildet.

Ein Nachteil der bekannten Bohrkrone ist ihre gerin­ ge Sollbetriebszeit, die dadurch beschränkt wird, daß nur bis zum Verschleiß der Schneidenkanten der Diamanten wirksam gebohrt werden kann. Das Selbst­ schärfen der Diamanten ist also ausgeschlossen. Ein weiterer Nachteil besteht in der geringen Festig­ keit der Verzahnung.

Bekannt ist auch eine diamantbesetzte Bohrkrone (SU-Urheberschein Nr. 4 48 266), die einen Körper aufweist, an dessen einer der Stirnflächen eine Ma­ trix befestigt ist, die durch Spülkanäle in Arbeits­ sektoren unterteilt ist, welche eine diamantenführende Schicht und eine Anschweißschicht sowie eine daran anschließende abgefederte Einlage aus leichtbrüchi­ gem Schleifstoff einschließt. Bei ihrem Verschleiß bildet die Einlage aus leichtbrüchigem Schleifstoff auf der Bohrsohle gemeinsam mit dem Bohrschlamm ei­ nen Schleifstoffbelag, der die Matrix zerstört. Da­ durch wird ein optimales Herausragen der Diamanten aus dem Matrixmaterial erzielt, was zum effektiven Betrieb des Werkzeugs beiträgt.

Einen Nachteil der bekannten Bohrkrone bildet ihre komplizierte Konstruktion sowie geringe Befesti­ gungssicherheit der Sektoren, die durch deren be­ trächtliche Höhe und geringe Länge bedingt ist.

Es ist das Ziel der Erfindung, die erwähnten Nachtei­ le der oben beschriebenen diamantbesetzten Bohrkro­ nen zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kon­ struktion der Bohrkrone zu vereinfachen und ihren Arbeitswirkungsgrad durch Erhöhung der Befestigungs­ sicherheit der diamantenführenden Schicht und der Ein­ lage an der Anschweißschicht zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Diamantbohrkrone, die einen Körper aufweist, an dessen einer der Stirnflächen eine Matrix befestigt ist, die durch Spülkanäle in Arbeitssektoren unter­ teilt ist, welche eine diamantenführende Schicht und eine Anschweißschicht sowie eine daran anschließen­ de Einlage aus leichtbrüchigem Schleifstoff enthal­ ten, die diamantenführende Schicht in Form eines Pa­ rallelepipeds mit schräger Vorder- und Hinterfläche und die Einlage in Form eines dreieckigen Prismas aus­ gebildet ist, dessen eine Seitenfläche mit der An­ schweißschicht und eine andere mit der schrägen Hin­ terfläche der diamantenführenden Schicht starr ver­ bunden ist.

Eine derartige Ausführung der Konstruktion der diamant­ besetzten Bohrkrone bietet die Möglichkeit, das Zusetzen der Diamanten zu vermeiden, Brandspuren der Bohrkronen und Abspaltungen der Arbeitssektoren zu reduzieren, die mechanische Bohrgeschwindigkeit zu er­ höhen und einen wirkungsvollen Bohrvorgang in rissi­ gen Gesteinen unter gleichzeitiger Vereinfachung der Bauart der Bohrkrone zu sichern.

Das Wesentliche der vorliegenden Erfindung besteht in einer Verringerung der Berührungsfläche der Arbeits­ sektoren mit der zuzubauenden Bohrsohle, die durch die Ausbildung der diamantenhaltigen Schicht in Form eines Parallelepipeds mit schräger Vorder- und Hinter­ fläche erzielt wird. Und die Sicherheit der Befesti­ gung des diamantenhaltigen Parallelepipeds am Körper wird durch die Ermittlung von optimalen Maßen der An­ schweißschicht nach den bekannten Verfahren und das Anbringen einer Einlage, die den Arbeitsteil des Sek­ tors in der erforderlichen Stellung aufrecht erhält, zwischen der diamantenführenden und Anschweißschicht gewährleistet. Die Einlage ist mit den oben erwähn­ ten Schichten starr verbunden (beispielsweise ange­ schweißt oder gemeinsam mit einem Imprägniermittel getränkt), wodurch die unerwünschte Verformung der diamantenhaltigen Schicht beim Bohren vermieden wird. Um ein besseres Bloßlegen von Diamanten beim Bohren zu gewährleisten, ist die Einlage aus einem leicht­ brüchigen Schleifstoff ausgeführt. Die geneigte Ausfüh­ rung der Vorderfläche der diamantenhaltigen Schicht trägt zu einer Herabsetzung der dynamischen Beanspru­ chungen der Arbeitssektoren in rissigen Gesteinen bei.

Die Anwendung der Erfindung gestattet es, die mecha­ niche Bohrgeschwindigkeit um 15 bis 25% zu steigern, den spezifischen Verbrauch an Diamanten um 10 bis 15% herabzusetzen und beim Einsatz von synthetischen Diamanten den Bereich von bohrbaren harten Gesteinen auszudehnen.

Nachstehend wird die Erfindung durch Beschreibung ei­ nes konkreten Ausführungsbeispiels unter Bezug auf Zeichnungen näher erläutert;

es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Bohrkrone

Fig. 2 eine Ansicht der Arbeitsstirnfläche;

Fig. 3 einen in Fig. 2 dargestellten Schnitt ge­ mäß Linie III-III;

Fig. 4 einen Teil des Sektors in axonometrischer Darstellung.

Die Bohrkrone (Fig. 1, 2) weist einen Körper 1 und eine aus Sektoren 2 bestehende Matrix auf. Jeder Matrixsektor (Fig. 3) besteht aus einer diamantenfüh­ renden imprägnierten Schicht 3 und einer Einlage 4, die mittels ei­ ner Anschweißschicht 5 mit dem Kronenkörper 1 ver­ bunden sind.

Die diamantenführende imprägnierte Schicht 3 jedes Sektors 2 ist in Form eines geneigten Parallelepipeds ausgebildet (Fig. 3, 4). Die obere Parallelepiped­ fläche ist mit der Anschweißschicht 5 des Sektors 2 verbunden, während die gegenüberliegende Fläche ei­ ne Schneidfläche darstellt. Die hintere geneigte Sei­ tenfläche des Parallelepipeds steht mit der Einlage 4 in Verbindung. Die ihr gegenüberliegende Fläche stellt eine geneigte Wand eines trapezförmigen Spül­ kanals 6 (Fig. 1) dar. Die durch die geneigte Anord­ nung der diamantenführenden imprägnierten Schicht 3 erzeugte Konstruktion des Sektors 2 erlaubt es, die Haftfläche der Matrix am Kronenkörper 1 zu vergrößern und somit eine höhere imprägnierte Schicht auszunut­ zen, wodurch die Sollbetriebszeit der Bohrkrone er­ höht wird.

Die Einlagen 4 haben die Form eines dreieckigen Pris­ mas, wobei eine seiner Seitenflächen mit der An­ schweißschicht 5 und eine andere mit der schrägen hinteren Seitenfläche der diamantenführenden Schicht 3 starr verbunden ist. Die Einlagen 4 bestehen aus leicht­ brüchigem Schleifstoff.

Die Bohrkrone arbeitet wie folgt.

Je nach Verschleiß der Diamanten der Schneidfläche werden die Diamanten der nachfolgenden Schichten durch die geneigte Anordnung der diamantenführenden imprä­ gnierten Schicht 3 gleichförmig in Betrieb genommen. Neben einer Verbesserung des Wärmezustandes auf der Bohrsohle trägt der gebildete trapezförmige Kanal 6 zur Geschwindigkeitsverminderung der zugeführten Spülflüssigkeit bei. Dadurch wird der Austrag von kleineren Teilchen der zerstörten Gesteine gewähr­ leistet. Schwerere Schleifstoffteilchen, die beim Verschleiß der leichtbrüchigen Schleifeinlage 4 ent­ stehen, bleiben dagegen auf der Bohrsohle und gelan­ gen unter die Stirnfläche der Bohrkrone, wobei sie zum Selbstschärfen der diamantenführenden imprägnier­ ten Schicht 3 beitragen. Die Schleifstoffteilchen der Einlage 4 sind derart bemessen, daß ein optima­ les Hinausragen der Diamantkörner der imprägnierten Schicht 3 aus dem Matrixkörper gewährleistet ist.

Neben dem wirkungsvollen Bohren in harten Gesteinen gestattet es die Verwendung der erfindungsgemäßen Konstruktion der Diamant-Bohrkrone, die Diagnostik des Bohrvorgangs, dessen Regelbarkeit und Automati­ sierungsgerechtheit zu verbessern.

Claims (1)

1. Diamantbohrkrone, die einen Körper (1) aufweist, bei dem an einer seiner Stirnflächen eine Matrix befestigt ist, die durch Spülkanäle (6) in Arbeitssektoren (2) unterteilt ist, welche eine diamantenführende Schicht (3) und eine Anschweißschicht (5) sowie eine daran anschließende Einlage (4) aus leicht brüchigem Schleif­ stoff enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die diamantenführende Schicht (3) in Form eines Parallelepipeds mit schräger Vorder- und Hinterflä­ che und die Einlage (4) in Form eines dreieckigen Prismas ausgebildet ist, dessen eine Seitenfläche mit der Anschweißschicht (5) und eine andere mit der schrägen Hinterfläche der diamantenführenden Schicht (3) starr verbunden ist.