|
Экономичность бурения в горном
деле и строительстве подземных сооружений зависит в первую очередь от
стойкости лезвия бура, которое при длительной эксплуатации подвергается
высоким изнашивающим нагрузкам. В связи с этим вскоре после внедрения твердых
сплавов в технологию резания были сделаны попытки их применения и в горном
деле для бурения соли, угля, минералов и различных горных пород. Сначала
результаты были не совсем удовлетворительными из-за хрупкости применявшихся в
то время твердых сплавов, в особенности литых. Лишь с появлением вязких
твердых сплавов типа WC— —Со, содержащих 6—15% Со, открылись большие
возможности их применения в горном деле
Необходимые в горном деле и при строительстве подземных
сооружений буровые скважины могут быть выполнены вращательным или ударным
бурением. Каменноугольные же пласты в ряде случаев разрабатывают врубами.
При вращательном бурении и врубовых работах резцы должны
иметь высокую износостойкость, а вязкость, достаточную лишь для того, чтобы
не ломаться при возникающих нагрузках. При ударном бурении наряду с хорошей
износостойкостью требуется очень высокая вязкость, так как в этом случае
режущие кромки работают при значительной ударной нагрузке и под сильным
давлением. Вначале при вращательном бурении работали с твердыми сплавами,
содержащими 5—6% Со, а при ударном бурении использовали сплавы с 8—15% Со
(предпочтительно 9—11% Со).
В результате разработки оптимальных конструкций
твердосплавных буров и врубовых зубков очень быстро удалось добиться при
вращательном бурении и врубовых работах значительно большей производительности,
чем при применении стальных инструментов. В ударном бурении развитие
проходило медленнее. Лишь в последние годы ясно выявилось, что применение
новых, особо вязких твердых сплавов и усовершенствованных методов напайки
делает твердосплавные буры более экономичными, чем стальные.
Используемые в горном деле и строительстве подземных
сооружений твердосплавные инструменты можно разделить по методам их
изготовления на две группы:
1. Инструменты с напаянными твердосплавными
пластинками или фасонными деталями, например буровые коронки для угля и
калийных солей, врубовые зубки, врубовые коронки, ударные буры и полые
буровые коронки.
2. Инструменты с наваренными с помощью
легкоплавких сплавов пластинками правильной или неправильной формы из
металлокерамического твердого сплава или литого карбида вольфрама, например,
крупногабаритные буры для глубокого бурения — долота типа «рыбий хвост»,
коронки для вращательного бурения типа «рота- ри», кольцевые буровые коронки
и т. д.
Далее в тексте описание отдельных разновидностей бурового
инструмента будет производиться не по методам изготовления, а по областям
применения: инструменты для вращательного бурения и инструменты для ударного
бурения.
Инструменты для вращательного бурения и врубовых машин
Инструменты для бурения калийных солей и угля
Головки вращательных буров, армированные твердыми
сплавами, нашли широкое применение для бурения шпуров в породах, содержащих
соли различного состава, минералах и угле. Решающее значение для повышения
производительности при вращательном бурении минералов и угля при прочих
равных условиях имеет форма лезвия.. Так, Винтер исследовал 24 различных
твердосплавных лезвия при бурении кизеритовых и лонгбайнитовых пород. При
бурении кизеритовой породы (450 об/мин, подача 1,34 м/мин) число пройденных
метров между двумя; заточками колебалось в зависимости от формы лезвия в.
пределах 142—170, а лонгбайнитовой соли — в пределах 41 —142. Наиболее
высокопроизводительный бур имел однопластинчатое лезвие с двумя режущими
кромками, одной по окружности и другой на небольшом расстоянии от сердцевины.
В связи с этим обе передние грани бура имели неодинаковую длину. Точно так же
буры с цельными и разъемными резцами имели в среднем достаточную
производительность. Буры с двумя пластинками, дающие хорошие результаты при
бурении угля, в этом случае себя не оправдали. Это объясняется, по-видимому,
тем, что в средней части шпура образовывался большой керн, который не
разрушался. Поэтому внутренние стороны твердосплавных пластинок оказывались
сильно истертыми и быстро выходили из строя.
По данным работы, производительность твердосплавных буров
при бурении солей разной твердости превышает в 10—50 раз производительность
буров из быстрорежущей стали.
При вращательном бурении угля соотношение по
производительности то же, что и при бурении солей. Здесь также решающую роль
играет конструкция лезвия. Согласно работе, наиболее оптимальным является
двухперое сверло. При этом обе твердосплавные пластинки запаивают в
соответствующий паз державки. Иногда для бурения очень твердых углей
применяют также трехперые сверла; среднее перо при этом располагают выше
остальных или же эксцентрично. Инструмент при этом скорее является дробящим,
чем режущим, что при бурении угля, несомненно, лучше.
Согласно Беккеру, как при разработке калийных солей, так и
при бурении угля необходима тщательная заточка инструмента, соблюдение
правильных углов при переточке. Размеры углов, разумеется, не бывают
одинаковыми и изменяются в зависимости от формы лезвия. Задний угол может
составлять от 5 до 32°, передний угол до 130°, угол заострения 45—80°. У
стальных лезвий соответствующие углы несколько острее. Дать какие-либо точные
общие указания относительно размеров углов трудно, так как они сильно
колеблются в зависимости от формы лезвия.
Заточка буровых коронок с твердосплавными пластинками
должна производиться более тщательно, чем заточка лезвий из быстрорежущей
стали. Как и при заточке специальных инструментов, нужно правильно выбирать
шлифовальные круги и скорость их вращения. Проверять размер угла резания лучше
всего с помощью шаблона. Стоимость заточки твердосплавного горного
инструмента обычно в 2—3 раза больше стоимости заточки бура из быстрорежущей
стали. Это компенсируется, однако, значительно большим числом пробуренных
метров между двумя переточками.
Наименьший естественный износ имеет инструмент со сплошным
лезвием, так как при этом работает вся режущая поверхность. У буровых коронок
с отдельными лезвиями, напротив, работают только части лезвий; таким образом,
общее усилие бурения оказывается сосредоточенным на значительно меньшей
поверхности. В результате получается больший износ. Как правило, при бурении
коронками с твердосплавными лезвиями износ невелик, но в то же время много
материала теряется при заточке. Соотношение между потерями обоих видов, разумеется,
зависит от формы лезвия. В среднем потери материала при заточке примерно в
десять раз выше потерь, полученных в результате нормального износа при
бурении. При работе с лезвиями из быстрорежущей стали соотношение обратное.
В каждом конкретном случае при вращательном бурении
следует применять соответствующую форму лезвия. Так, при разработке калийных
солей предпочтительными являются, по-видимому, однопластинчатые лезвия, а при
бурении по углю и по породам — двухиластинча- тые и много пластинчатые. На
41 показаны наиболее употребительные формы буров для разработки калийных
солей и угольных пластов. В обоих случаях эксцентрично расположенные лезвия
обеспечивают, по-видимому, наилучшие результаты, так как между ними
распределяется усилие бурения и работа происходит частично режущим и частично
дробящим образом. Подобные резцы двустороннего действия можно нагружать
особенно сильно, в то время как лезвия режущего действия пригодны только при
относительно малой подаче. При выборе скорости проходки с помощью приведенных
ниже данных необходимо также принимать во внимание мощность бурового.
Таким образом, армированные твердым сплавом буры имеют
следующие преимущества при бурении калийных солей и угля:
1.Производительность твердосплавных буров (выраженная в пробуренных
метрах) в 10 раз выше производительности буров из быстрорежущей стали при
бурении угля и примерно в 5 раз больше при бурении твердых каменных солей,
богатых кизеритом. Особенно велико различие в производительности при бурении
лонгбайнито- вых твердых каменных солей. При этом буры из быстрорежущей стали
сохраняют острую кромку только на протяжении первых нескольких сантиметров:
твердосплавные же буры пробуривают без переточки 50 м, а в благоприятных случаях 142 м.
2. В то время как при бурении быстрорежущей сталью
приходится довольствоваться подачами 400— 800 мм/мин, при использовании
твердосплавных лезвий подачу можно беспрепятственно увеличивать до 1400 мм /мин и более.
3. Твердосплавные лезвия вследствие их большей
стойкости не требуют таких частых переточек, как лезвия из быстрорежущей
стали.
4. Благодаря более высокой стойкости
твердосплавных лезвий усилие бурения остается равномерным и низким, что дает
значительную экономию электроэнергии.
5. В результате лучшего режущего действия буровая
мелочь получается более крупнозернистой и, следовательно, образуется меньше
угольной и минеральной пыли.
|