Инструменты для вращательного бурения

13.09.2019

Буровые коронки для бурения месторождений калийных солей и угля. Для бурения шпуров в различных солях, минералах и угле широкое применение нашли армированные твердым сплавом головки вращательных буров. Решающее значение при вращательном бурении минералов и угля имеет то, что при прочих равных условиях производительность бурения в значительной мере зависит от формы лезвия. Винтер исследовал 24 разные формы твердосплавных лезвий при бурении в богатых кизеритом и лонгбайнитовых солях. При бурении в кизеритовой соли (450 об/мин, подача 1,34 м/мин) число пройденных метров между двумя заточками колебалось в зависимости от формы лезвия между 142 и 170 м; по лонгбайнитовой соли — между 41 и 142 м. Бур с самой высокой производительностью имел однопластинчатое лезвие с двумя режущими кромками, из которых одна на окружности, а вторая — на небольшом расстоянии от середины. Обе передние грани лезвия имели поэтому неодинаковую длину. Буры с двумя пластинками, дающие хорошие результаты при бурении по углю, в данном случае себя не оправдали.

Согласно Пассманну, производительность твердосплавных буров при бурении солей разной крепости в 10—50 раз превышает производительность буров с лезвиями из быстрорежущей стали.

При вращательном бурении угля наблюдаются примерно такие же условия, как при бурении солей. И здесь решающее значение имеет конструкция лезвия.

При разработке как калийных солей, так и угольных пластов весьма важно, чтобы инструменты хорошо затачивали и соблюдали правильные углы при переточке. Размеры отдельных углов, естественно, изменяются в зависимости от формы лезвия. Задний угол составляет примерно от 5 до 32°, передний угол — от 75 до 130°, а угол заострения — от 45 до 80°. У стальных лезвий соответствующие углы немного острее.

Заточка буровых коронок с твердосплавными пластинками должна производиться более тщательно, чем с пластинками из быстрорежущей стали. Как и при заточке специальных инструментов, необходимо уделять особое внимание правильному выбору шлифовальных кругов и скорости их вращения. Правильность угла резания при заточке лучше всего проверять с помощью шаблонов. Стоимость заточки твердосплавного инструмента, применяемого в горном деле, обычно в 2—3 раза выше, чем у бура из быстрорежущей стали. Это компенсируется, однако, значительно большим числом пробуренных метров между двумя заточками в первом случае.

Самым низким износом отличаются лезвия, работающие всей режущей поверхностью. У буровых коронок с отдельными лезвиями, напротив, в работе участвует только часть их общей поверхности, что повышает удельное усилие бурения и увеличивает износ. В общем при бурении твердосплавными лезвиями износ невелик, но зато много материала теряется при заточке. Соотношение между обоими видами потерь зависит также от формы лезвия. В среднем потеря материала при заточке примерно в 10 раз больше нормального износа в процессе бурения. У лезвий из быстрорежущей стали соотношение как раз обратное.

Только опыт может в каждом конкретном случае показать, какая форма лезвия при вращательном бурении наиболее целесообразна. Так, при разработке калийных солей отдают, по-видимому, предпочтение однопластинчатым лезвиям, при разработке угольных пластов — двухпластинчатым и многопластинчатым лезвиям. На рис. 185 показаны самые употребительные формы буров для разработки калийных солей и угольных пластов. В обоих случаях эксцентрично расположенные лезвия дают, по-видимому, наилучшие результаты.
Инструменты для вращательного бурения

Таким образом, армированные твердым сплавом буры имеют при бурении по калийным солям и углю следующие преимущества.

1. Производительность твердосплавных буров, выраженная в метрах шпуров, при бурении угля примерно в 10 раз, а при бурении твердых каменных солей, богатых кизеритом, примерно в 5 раз больше производительности буров из быстрорежущей стали. Особенно велико различие в производительности при бурении лонгбайнитовых твердых каменных солей: буры из быстрорежущей стали сохраняют острую кромку только на протяжении первых нескольких сантиметров; твердосплавные буры бурят 50 м, а в благоприятных случаях даже 140 м без переточки.

2. При бурении быстрорежущей сталью приходится довольствоваться подачами от 400 до 800 мм/мин; при твердосплавных лезвиях можно без затруднений увеличить подачу до 1400 мм/мин и больше.

3. Твердосплавные лезвия требуют менее частой переточки, чем лезвия из быстрорежущей стали.

4. Благодаря лучшему режущему действию буровая мелочь получается более крупнозернистой и образуется меньше угольной и минеральной пыли.

Кольцевые буровые коронки. Для производства буровых скважин более или менее значительных диаметров в угле или горных породах, равно как и для разведочного и глубокого бурения, в настоящее время успешно применяют армированные твердым сплавом полые буровые коронки. До введения твердых сплавов для бурения крепких горных пород, как правило, применяли сравнительно дорогие алмазные коронки. Твердым сплавам не удалось полностью вытеснить алмаз и алмазнометаллические сплавы из области глубокого бурения, но во многих случаях они их заменяют.

В коронки, изготовляемые с наружным диаметром от 40 до 230 мм и больше, впаяны круглые, шестигранные или восьмигранные буровые вставки или особой формы зубья. Такими твердосплавными буровыми коронками удается без труда сверлить даже железобетон. Число буровых вставок зависит как от диаметра буровой коронки, так и от характера горной породы. На рис. 186 показаны некоторые буровые вставки и зубцы из твердого сплава, а на рис. 187 — армированные твердым сплавом полые буровые коронки в готовом виде.

Кроме напайки, полые буровые коронки могут быть армированы также путем наварки буровых пластинок из металлокерамического или литого твердого сплава аналогично оснащению крупных инструментов для глубокого бурения (долот типа «рыбий хвост» и др.).

Врубовые инструменты. При разработке врубовыми машинами углей высокой крепости, например углей с включениями железняка или серного колчедана, к врубовым долотам предъявляют весьма высокие требования. Прежде в качестве материала для долот применяли улучшенные хромовольфрамовые стали. Иступившиеся лезвия наваривали, повторно затачивали и снова термически обрабатывали, причем сталь со временем становилась хрупкой и чувствительной к толчкам и ударам.

У армированных твердым сплавом врубовых инструментов самых различных форм (долот режущих цепей, зубков штанг, скребковых ножей, врубовых коронок и др.) этот недостаток отсутствует, так как иступившиеся лезвия требуют лишь переточки, и инструмент вновь пригоден для работы.

Обычное твердосплавное врубовое долото состоит из штанги, изготовленной из весьма вязкой и прочной хромовольфрамоникелевой стали с сопротивлением разрыву порядка 150 кг/мм2, и твердосплавных вставок — лучше всего простой цилиндрической формы. Для припаивания применяют бронзовые, латунные или серебряные припои. Твердосплавные вставки, чаще всего диаметром 10 мм, впаивают в углубление штанги, используя высокочастотный индукционный нагрев. Этим способом достигается весьма тугая посадка вставки, которая еще улучшается благодаря напряжениям сжатия при усадке штанги. На рис. 188 показаны готовые врубовые долота, армированные твердым сплавом.

Само собой разумеется, что форма лезвия и у врубовых инструментов оказывает большое влияние на производительность. Менке исследовал многочисленные формы лезвий и сравнил производительность твердосплавных врубовых долот с производительностью обычных стальных долот и стеллитовых инструментов. Стальное долото притупилось после 22,3 м, стеллитовое — после 68 м, а твердосплавное долото только после 270 м врубовой проходки. Суммарная производительность твердосплавного долота составила в среднем примерно 6000 врубометров. До полного износа комплекта из 24 шт. стальные долота подрубили 756 м2, стеллитовые — 1423 м2, а твердосплавные — 7916 м2. Различий в величине зерна врубовой мелочи не наблюдалось. Благодаря применению больших подач твердосплавные долота позволяют достичь более высоких скоростей проходки.

Таким образом, применение твердосплавных врубовых долот по сравнению с применявшимися до последнего времени стальными зубками дает следующие важные преимущества:

1) значительно более высокую суммарную производительность;

2) более высокую стойкость; следовательно, не столь частую переточку долот;

3) минимальный износ, так что долота могут перетачиваться до 20 раз, а вследствие этого меньший их расход на 1 т подрубленного угля;

4) меньшую продолжительность зарубки ввиду более высокой скорости подачи даже при зарубке самого твердого угля;

5) более низкие издержки производства вследствие экономии материала, сжатого воздуха и энергии; предохранение врубовых машин от повреждений благодаря плавному и спокойному ходу.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна