|
У буровых коронок с резьбовым
креплением минимальный экономичный диаметр лезвия составляет примерно 38—40
мм, при конусном креплении он равен 36— 38 мм. Лезвия малых диаметров можно экономично применять только в том случае, если они впаяны непосредственно в штангу
бура. Подобная технология изготовления буров получила очень широкое распространение
в Швеции . При применении 22-мм шестигранного бура можно уменьшить диаметр
лезвия до 29 мм, учитывая его износ до конечного диаметра 26 мм. Так как скорость бурения обратно пропорциональна квадрату диаметра лезвия ( 50), можно
значительно увеличить производительность. Изготовление таких буров требует
большого опыта, в особенности по припаиванию лезвия к буровой штанге из
легированной стали. Обращение же с ними очень простое. Здесь нет такого
соединения (резьбы), которое могло бы быть причиной потери производительности
и частых помех. Удачная форма коронки позволяет свободно поступать воде и
беспрепятственно удаляться буровой мелочи. Облегчается также и извлечение
бура. Однако в случае поломки буровой штанги весь бур выходит из строя. В то
же время съемные буровые коронки часто сами выходят из строя при поломке
резьбы. Другой недостаток жесткого соединения заключается в том, что с
износом твердосплавной пластинки буровая штанга также становится непригодной
для дальнейшего употребления вследствие усталости
Вопрос о применении съемной коронки или цельного бура еще
не вполне разрешен. В последнее время, однако, преобладает явная тенденция в
пользу применения цельного бура
Буровая мелочь при ударном бурении отводится чаще всего с
помощью воды, которую подводят к месту бурения через отверстия и канавки в
головке бура. Давление промывной воды оказывает при этом известное влияние на
производительность бурения. Буровой шлам удаляют через сточные канавки. Если
созданы условия предотвращения заболеванием силикозом, можно производить
бурение и всухую, при этом буровой штанге, армированной твердосплавной
пластинкой, придают спиральную форму
Решающим фактором повышения производительности при ударном
бурении твердосплавным буром является качество твердого сплава. Пластинки
нужно использовать до полного износа и не допускать преждевременного выхода
их из строя из-за трещинообразования или выкрашивания. В соответствии с этим
требуются пластичные и выдерживающие ударную нагрузку марки сплавов. Для
ударного бурения в настоящее время применяют в основном пластинки из твердых
сплавов типа WC—Со с 6—15% Со. При этом более пластичные твердые сплавы, т.
е. сплавы с повышенным содержанием кобальта, предназначены для особо тяжелых
условий работы — бурения максимально твердых трещиноватых горных пород
тяжелыми бурильными молотками (см. выше). Соответственным образом изменяя
микроструктуру, можно придать требуемую износостойкость и этим сплавам. В
настоящее время при ударном бурении используют следующие четыре сплава типа
WC—Со:
1. Сплавы, содержащие—6% Со. Эти сплавы применяют
для легких молотков с работой удара, равной ~1,5 кГм.
2. Сплавы с 7,5—9% Со. Особенно распространены в
Германии и предназначены для применяющихся там обычно буровых молотков с
работой удара 4 кГ • м. Эти сплавы, если учесть их большую производительность
по сравнению с высококобальтовыми твердыми сплавами, особенно пригодны для
бурения гомогенных горных пород при надлежащем надзоре за буровыми работами.
3. Сплавы с 11 —12% Со. Наиболее применимы и в настоящее
время. Предназначены для бурения по твердым породам там, где возможности
надзора ограничены, т. е. прежде всего на мелких рудниках.
4. Сплавы примерно с 15% Со. По последним данным,
вопрос о применении этих сплавов может возникать при использовании тяжелых
буровых молотков. Прежнюю точку зрения, что для твердосплавных буров ударного
бурения пригодны только легкие и быстроходные молотки, в настоящее время в
связи с разработкой пластичных и устойчивых в отношении ударных нагрузок
сплавов нельзя считать абсолютно правильной. При работе с молотками,
например, массой 50 кг с указанными марками твердых сплавов можно обеспечить
вдвое большую производительность, чем при применении обычных легких молотков
массой около 18 кг. Применяя соответствующую технологию изготовления, этим
сплавам можно придать такую высокую износостойкость, что их износ, в
особенности по диаметру, в условиях эксплуатации оказывается совсем
незначительным.
Кёльбль рекомендует ограничить область применения твердых
сплавов типа WC—Со в горном деле, учитывая ударное нагружение и в особенности
значительное влияние размеров зерен WC на пластичность и износ буровых
сплавов для ударного бурения с различным содержанием кобальта. Оптимальную
производительность можно, во всяком случае, получить только при тщательно
проведенной пайке.
Толщина применяемых в настоящее время твердосплавных
пластинок для оснащения буров ударного бурения составляет в большинстве
случаев 8—9 мм, а их высота у радиуса 25 мм. От высоты пластинки зависит количество возможных переточек. При этом нужно принимать во внимание, что сталь для
коронки или для буровой штанги имеет ограниченный срок службы вследствие
явлений усталости. Таким образом, хотя большая высота пластинки и
обеспечивает возможность более частых переточек, но это обстоятельство не
может быть использовано из-за большого расхода стали.
В то время как у стальных лезвий угол резания составляет
75—100°, у твердосплавных лезвий этот угол в зависимости от пробуриваемой
породы равен 95—110°. Некоторые изготовители рекомендуют даже 120°. Однако
угол не должен быть слишком тупым, так как при этом может произойти
перегрузка пластинки. Углы меньше 95° применять еще не рекомендуется, хотя
это было бы желательно, так как производительность бурения при применении
острых углов сильно возрастает ( 50), в особенности при бурении мягких пород.
Здесь до сих пор еще стальные буры, допускающие малые углы резания,
предпочтительнее твердосплавных.
Большое значение для производительности и срока службы
твердосплавного ударного бура имеет радиус кривизны породоразрушающего
лезвия. В настоящее
время применяют радиус кривизны 55—120 мм. В тех случаях,
когда имеется опасность поломки, радиус кривизны рекомендуется изменять в
зависимости от диаметра бура. У меньших лезвий этот радиус должен быть
соответственно меньше. Это особенно следует учитывать при переточке
обработанных буров. Радиус кривизны
должен быть примерно в два раза больше диаметра бура
С увеличением твердости породы надрезно-скалывающий
процесс все в большей мере приводит к разрушающему бурению. В связи с этим
угол резания и радиус кривизны твердосплавного лезвия должны быть
соответствующим образом подобраны.
При изготовлении бура для ударного бурения твердосплавную
пластинку впаивают в стальную державку с помощью медного или более
легкоплавкого серебряного припоя. Это требует известного навыка, так как
напайка твердосплавных пластинок на высокопрочные легированные стали является
сложной операцией. Стальное гнездо, паяльная фольга и твердосплавная
пластинка должны быть тщательно смочены припоем. Наличие непропаянных мест
неизбежно влечет за собой поломку даже наиболее вязких пластинок при ударном
бурении.
При заточке твердосплавного бура необходимо соблюдать
обычные меры предосторожности, хотя применяемые твердые сплавы не очень чувствительны
к шлифованию. В большинстве случаев применяют заточные станки с
соответствующими зажимными приспособлениями, особенно необходимыми для лезвий
сложной конфигурации. Не только при заточке новых, но и при переточке
затупившихся долот нужно следить за тем, чтобы были выдержаны угол резания и
радиус кривизны. При этом радиус кривизны должен быть несколько уменьшен
соответственно износу по диаметру. Угол резания проверяют угломером, а на
лезвии до его посадки делают соответствующую фаску. Однодолотча- тая головка
считается притуплённой в том случае, если образовавшееся на наружной режущей
кромке затупление достигает ширины —4,5 мм. Степень притупления vb, т.е.
ширина износа лезвия на расстоянии половины радиуса, не должна превышать
0,5—1 мм. Для измерения ширины износа разработаны простые приборы. Поскольку
твердосплавный бур можно применять только до тех пор, пока диаметр бурения
еще достаточно велик, лезвие нужно стачивать преимущественно сверху и как
можно меньше по окружности, не допуская исчезновения конуса, имеющегося на
коронке. Если это произойдет, то инструмент заклинится. При этом в
твердосплавной пластинке легко могут образоваться трещины.
Как уже упоминалось, вначале для ударного бурения твердыми
сплавами требовались молотки несколько меньшей массы, чем при бурении
стальными бурами. Чтобы добиться соответствующей производительности, нужно
было, несколько уменьшив силу удара, увеличить число ударов.
Новые вязкие твердые сплавы позволяют применять при
ударном бурении молотки значительно большей массы (28 кг и более), а также тяжелые ударные перфораторы. Поскольку твердосплавные лезвия способны
выдерживать более высокую ударную нагрузку, эти перфораторы при большем числе
ударов молотка и более высоком давлении сжатого воздуха обеспечивают большую производительность.
В будущем, вероятно, будут применять молотки массой 16—28 кГ
О более высокой производительности твердосплавных ударных
буров по сравнению со стальными сообщается во многих работах. Сопоставить
данные этих работ между собой трудно, так как они сильно зависят в каждом
отдельном случае от свойств пробуренных горных пород. Кроме того, с
теоретической точки зрения еще не вполне ясна взаимосвязь различных факторов,
влияющих на результаты ударного бурения.
В последнее время в результате многочисленных
экспериментальных исследований оказалось возможным установить некоторые
закономерности при ударном бурении Перенесение данных этих исследований в
область практического применения при бурении сталкивается, как и прежде, с
затруднениями.
По данным фирмы Демаг, одно твердосплавное лезвие может
заменить при бурении очень твердой породы восемь, твердой породы 20, породы
средней твердости 50 стальных лезвий.
Согласно Штейнеру, эти данные для современных марок
сплавов занижены. По его данным, одно лезвие из твердых сплавов в состоянии
заменить при бурении пород наивысшей твердости 15—20, твердых пород 20—50,
пород средней твердости 50—150 и мягких пород свыше 150 стальных лезвий. Так,
при опытном бурении гранита это соотношение составляло 1 :32, а для твердого
доломита примерно 1 :200. При этом в данных условиях работы происходили
усталостные поломки буровых штанг. Теоретически возможное соотношение здесь
могло достигнуть даже 1 : 300—1 : 400.
Итоговые данные, характеризующие зависимость между
твердостью породы, износом по диаметру, производительностью бура и его сроком
службы при ударном бурении твердосплавными бурами в сопоставлении со стальными.
Новые данные, основанные на опытном бурении с использованием различных
буровых молотков, приведены в работах
В начальный период применения твердых сплавов для ударного
бурения из-за частых поломок лезвий сравнительно дорогих твердосплавных
ударных бурильных долот особое внимание приходилось уделять вопросу стоимости
бура. Проблема экономичности была изучена по данным многочисленных часто
тщательно проведенных исследований и текущим анализам стоимости Подробно эти
работы в данной книге упоминаться не будут. Необходимо отметить, что даже с
учетом высокой стоимости твердосплавного бурильного долота при ударном
бурении твердых пород и пород средней твердости достигается существенная
экономия благодаря значительно более высокой износостойкостгг и связанным с
этим преимуществам.
Большое внимание ударному буровому инструменту с
твердосплавными лезвиями было уделено в Швеции — стране со специфическими
геологическими особенностями, Многочисленные оригинальные работы и обобщающий
обзор дают представление о современном состоянии ударного бурения в Швеции.
Полученные там опытные данные по применению напаянных на буровую штангу однодолотчатых
лезвий (сплавы WC—Со с 11 — 12% Со и часто на тяжелых перфораторах) нельзя
обобщить безоговорочно. Однако они дают ясное представление о больших
технико-экономических преимуществах твердых сплавов при ударном бурении в
особенности твердых пород
Преимущества буров с твердыми сплавами при ударном бурении
твердых пород и пород средней твердости по сравнению со стальными бурами
состоят в следующем:
1. Большая скорость бурения даже наиболее твердых
пород.
2. Меньший износ по диаметру и, следовательно,
очень малое изменение диаметра буровой скважины; уменьшение объема бурения
благодаря применению долот меньшего диаметра. В равномерно круглых буровых
скважинах легче размещать патроны взрывчатки.
3. Применение бурильных молотков меньшей массы,
что упрощает их обслуживание и позволяет сэкономить средства на эксплуатацию.
Расход сжатого воздуха на каждый метр буровой скважины уменьшается в
результате большей скорости бурения и меньшего потребления при работе с более
легкими молотками. Буровые молотки оказываются пригодными и для глубоких
буровых скважин.
4. Меньший расход взрывчатки благодаря возможности
бурения более глубоких и более узких скважин. Это удешевляет взрывные работы
5. Поскольку использованные твердосплавные лезвия
требуют только переточки, отпадают необходимые при применении стальных буров
операции по перековке и термической обработке. Это позволяет сэкономить
электроэнергию. Применяя соответствующие заточные станки, можно затачивать
твердосплавные долота с меньшими усилиями.
6. Значительная экономия буровой стали и более
экономичное использование буровых штанг.
7. Экономия электроэнергии, затрачиваемой на
транспортирование буров к рабочему месту и обратно в кузницу. При применении
съемных и твердосплавных коронок транспортировка практически вообще
становится излишней.
8. Возможность более длительного проходческого
цикла, что в свою очередь улучшает рабочий ритм при бурении твердых пород.
9. Уменьшение выхода тонкой буровой мелочи и,
следовательно, затрат на дальнейшее измельчение.
10. Улучшение работы забойщика, так как отпадает
надобность в частой замене буров, ликвидируется защемление буров и т. д.
|