|
Долота для ударного бурения с
твердосплавными пластинками
В то время как уголь, соли и мягкие горные породы бурят
вращательными бурами или кольцевыми буровыми коронками, бурение шпуров и
всякого рода скважин в горных породах средней и высокой твердости производят
ударным методом. Этот способ бурения применим также при всякого рода скальных
работах, при проходке туннелей, разработке руд и других работах в области
глубокого бурения
При ударном бурении режущая кромка в результате каждого
удара молотка уходит в зависимости от сопротивления породы более или менее
глубоко в структуру горной породы, производя отчасти сминающее и отчасти
скалывающее действие. При каждом следующем ударе лезвие вследствие перемещения
бура уходит на доли миллиметра от места предыдущего удара. При этом
отделяются находящиеся между двумя зарубками частицы породы. Кроме того,
частично порода дробится из-за того, что ударная нагрузка превышает предел
прочности породы. Отделившиеся частицы породы нужно как можно скорее удалить
с лезвия во избежание его чрезмерного износа. Удаляют их обычно водой,
которую подают через канавки, имеющиеся на окружности коронки. Это,
разумеется, значительно уменьшает окружную поверхность, что сказывается на
увеличении износа по диаметру. В настоящее время сконструированы головки
буров без канавок на окружности с отводом бурового шлама через внутренние
сливные каналы.
Скорость прохождения при ударном бурении зависит в первую
очередь от твердости породы, ее предела прочности при сжатии или же от
породообразования. Твердость горных пород чаще всего испытывают по Шору.
Величины твердости колеблются в широких пределах. Ниже приведены литературные
данные о твердости различных горных пород:
При этом крестообразное твердосплавное лезвие обладает
более высокой производительностью, чем од- нодолотчатое.
При бурении мягких пород твердосплавные долота не всегда
экономичны, так как в этих случаях износ стального долота также невелик.
Кроме того, угол резания у стального долота может быть меньше, чем у
твердосплавного, что благоприятно влияет на скорость бурения. При ударном
бурении мягких пород твердосплавными долотами буровая штанга часто ломается в
результате усталости раньше, чем выходит из
о скорости бурения в запород.
При твердости горных пород ниже некоторой определенной
величины, максимально допустимой для стальных инструментов, целесообразно
пока еще и в настоящее время применять стальные буры.
При использовании стальных буров вследствие их высокого
износа приходится начинать бурение буром значительно большего диаметра. Так,
например, при бурении шпура глубиной 2,40 м и конечным диаметром около 30 мм нужно шесть стальных буров, диаметры которых уменьшаются ступенчато (от номера к
номеру); при этом первый бур имеет головку диаметром 44 мм. В случае применения твердосплавных долот обходятся тремя бурами, а при наиболее благоприятных
обстоятельствах — даже одним буром, исходный диаметр которого (32 мм) мало изменяется по мере проходки. Таким образом,
при бурении глубоких скважин в твердых горных породах
твердосплавные долота имеют значительные преимущества. В этом случае не
только выше производительность бурения, но и требуется гораздо меньше буровых
штанг и буровых долот, в результате чего экономятся средства на
транспортировку этих инструментов к рабочему месту.
Недостатком твердосплавных долот по сравнению со стальными
является большая хрупкость лезвий и опасность их поломки при неудачном выборе
марки твердого сплава, неправильной форме лезвия, применении слишком тяжелого
бур ильного, молотка и т. п.
Длительные неудачи с твердосплавными долотами для ударного
бурения в период до 1938 г. отчасти объясняются недостаточной ударной
вязкостью применявшихся твердых сплавов и использованием бурильных молотков,
не рассчитанных на твердые сплавы. Для ударных буров, армированных твердыми
сплавами, необходимо применять более легкие бурильные молотки, чем для
стальных буров. Для того чтобы добиться при этом той же производительности
молотка (произведение силы удара на число ударов), необходимо увеличить число
ударов и уменьшить их силу, т. е. применить молотки с коротким ходом и
умеренной силой удара. Только взаимное согласование всех применяемых
элементов перфоратора, состава твердого сплава и буровых штанг, а также
тщательное изготовление и надлежащая напайка инструментов в особых случаях
привели к успеху. В настоящее время твердосплавные ударные буры при бурении
горных пород незаменимы
В ходе развития ударного бурения твердыми сплавами
испытывали самые различные формы головки бура — однодолотчатое,
двухдолотчатое и крестовое лезвия, лезвия типа X, лезвия типа Y и различные
другие формы. Применяя сложные формы лезвий, стремились получить высокую
эффективность разрушения породы. Теоретически лучше всего должны работать те
лезвия, которые наиболее равномерно обрабатывают забой буровой скважины.
Практически при нерадиальном размещении лезвий получается равномерно
однородный по крупности буровой шлам, что уменьшает расход энергии на
бесполезную работу измельчения
Несмотря па многочисленные предложения по конструкции
лезвий, практически можно использовать только лезвия простых форм, так как
только такие лезвия могут быть без труда изготовлены даже в очень хорошо
оборудованных цехах; кроме того, эти лезвия легко поддаются переточке
Буровую коронку и штангу можно соединить двумя способами:
либо применением съемной коронки, либо непосредственным впаиванием
твердосплавных пластинок в соответственно оформленную головку буровой штанги.
Съемную буровую головку соединяют со штангой бура посредством конуса с
цилиндрической или специальной резьбой. Недостатком этого способа является то
обстоятельство, что ударная работа молотка неполностью передается режущему
лезвию. Проблему быстрого разъединения головки бура л штанги разрешили путем
разработки практически удобных разъемных приспособлений. Однако применение
съемных головок имеет неудобство: наименьший диаметр буровой скважины
определяется резьбовым или конусным креплением с учетом уменьшения калибра
головки при бурении вследствие износа. Поэтому при слишком малых диаметрах и
съемной головке нельзя обеспечить безостановочного движения лезвия.
|