Разрушение (бурение) горных пород твердосплавным буровым инструментом

При разведке и добыче полезных ископаемых, строительстве тоннелей и гидросооружений, а также инженерных изысканиях, разрушение горных пород производится, в основном, твердосплавным буровым инструментом. При этом следует выделить две области применения твердосплавного инструмента: бурение шпуров и скважин; разрушение пород горно-режущим инструментом с использованием комбайнов, врубовых машин и стругов.

Схема нагружения твердосплавных породоразрушающих элементов зависит от способа бурения. Наиболее распространенными на современном этапе развития техники являются способы: вращательный; ударноповоротный; ударно-вращательный; вращательно-ударный; шарошечный.

При вращательном бурении используются твердосплавные резцы, обычно двухлезвийные и кольцевые буровые коронки, оснащенные макро- или микрорезцами.

Разрушение пород осуществляется за счет сжатия, раздавливания и частично резания.

При ударно-поворотном бурении используются долотчатые, трехперые и крестовые коронки, оснащенные призматическими и цилиндрическими твердосплавными изделиями с клиновым породоразрушающим лезвием, штыревые коронки, оснащенные цилиндрическими твердосплавными изделиями с полусферической или конической породоразрушающей головкой, а также цельные буры (моноблоки) с долотчатой или трехперой формой породоразрушающей головки.

Разрушение породы происходит за счет ее уплотнения (образования ядра под лезвием) от ударных нагрузок с последующим образованием трещин, выходящих на поверхность забоя, и скалывания консольных плит.

В качестве энергоносителя при ударноповоротном бурении используется сжатый воздух под давлением.

Ударно-вращательное бурение отличается от ударно-поворотного тем, что вращение инструмента осуществляется постоянно электрическим, пневматическим или гидравлическим двигателем.

При этом способе бурения применяется более мощное оборудование: пневматические или гидравлические перфораторы.

В ударно-вращательном способе следует выделить две разновидности: с выносными перфораторами; погруженными пневмо- или гидроударниками.

В первом случае энергия удара к породоразрушающему лезвию и вращение коронки от вращателя перфоратора к породоразрушающему лезвию передается через став штанг. В качестве породоразрушающего инструмента используются крестовые, Х-образные и штыревые твердосплавные коронки, в основном, с резьбовым соединением со штангой. Крестовые и Х-образные коронки оснащаются призматическими или цилиндрическими твердосплавными изделиями с клиновым породоразрушающим элементом. Штыревые коронки оснащаются цилиндрическими штырями с полусферической или баллистической формой породоразрушающей головки.

Во втором случае ударный механизм постоянно находится у забоя скважины, а вращатель - на поверхности. В качестве породоразрушающего инструмента используются опережающие крестовые, Х-образные, трехперые с опережающим лезвием и штыревые коронки, которые оснащаются либо призматическими твердосплавными пластинами с клиновым лезвием, либо цилиндрическими штырями с полусферической головкой. Механизм разрушения горной породы при ударно-вращательном бурении аналогичен механизму разрушения породы при ударно-поворотном бурении.

Вращательно-ударный способ отличается от ударно-вращательного режимами силового нагружения. Ударные нагрузки у него в несколько раз ниже, но в 2-3 раза больше осевое усилие и крутящий момент.

В качестве породоразрушающего бурового оборудования используются коронки, оснащенные призматическими и цилиндрическими твердосплавными изделиями с ассиметричным лезвием. При вращательно-ударном способе разрушение породы происходит как за счет ударных нагрузок, так и частично резания.

При шарошечном бурении в качестве породоразрушающего инструмента используются шарошечные долота. Буровой станок, создавая давление на шарошечное долото вдоль его оси, одновременно с этим производит вращение штанги и шарошечного долота

Шарошки опираются на забой скважины и вместе с долотом вращаются вокруг ее оси. При этом под большим осевым давлением зубки, находящиеся на конусной поверхности шарошек, внедряются в породу забоя скважины и разрушают ее. Шарошки оснащаются цилиндрическими зубками, в основном, с клиновой или полусферической головкой. Для выемочных комбайнов и врубовых машин используются радиальные, радиально-торцевые, тангенциальные и вращающиеся резцы, а для стругов резцы и ножи.

Для оснащения бурового и горнорежущего инструмента применяются твердые сплавы группы ВК.Аналогичные по составу сплавы используются шведской фирмой Sandvik Coromant.

Технические требования определены ГОСТ 4411, установлены требования по выкрашиванию, выпуклости и вогнутости подлежащих пайке поверхностей изделий, макроструктуре и микроструктуре. Кроме того определены правила приемки, методы испытаний, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение. В ГОСТ 880 определены формы и размеры твердосплавных изделий для горного инструмента. Размеры с предельными отклонениями определены ГОСТ по каждому номеру формы изделий.


Все статьи о бурении и буровом оборудовании     далее →