книги из ГПНТБ / Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых

Т а и л п ц а 59

Наружный диаметр

и трубку, которая проходит по центру поршня. Воздух для продувки поступает в центральный канал хвостовика через трубку, находя­ щуюся внутри трубки обратного хода. На хвостовик пневмоудар­ ника навинчивается коронка.. Выхлоп отработанного воздуха осу­ ществляется через окна, расположенные в корпусе цилиндра.

Фирма «Мипш» выпускает пневмоударники, работающие при давлении 7, 17 и 34 кгс/см2. У пневмоударников, работающих на вы­ соком давлении, воздухораспределение осуществляется поршнем. Такой пневмоударник имеет только одну движущуюся часть — поршень, что повышает его надежность (рис. 128, а).

Отличительной особенностью пневмоударника является наличие центрального воздухораспределительного стержня с системой ка­ налов и окон (рис. 128, б).

У всех пневмоударников зарубежных фирм поршни удлинены. Длина их равна длине долота или хвостовика. Это способствует более полной передаче энергии буровому долоту [48].

За рубежом ведутся работы по созданию пневмоударников, работающих при высоком давлении сжатого воздуха (до 34 кгс/см2). Полагают, что такие пневмоударники обеспечат высокую скорость бурения при портативности бурового оборудования.

7. ПНЕВМОУДАРНЫЕ РАСШИРИТЕЛИ

Для получения скважин большого диаметра методом последова­ тельного расширения применяются пневмоударные расширители. Первоначально бурят скважину диметром 105—165 мм. Затем

201

Долото представляет собой короткий стержень, который служит для передачи ударного импульса от ударника к забою скважины. Различают следующие элементы долота (рис. 131): корпус 1, который несет па себе хвостовик 2. Хвостовик имеет а плоскую грань н воспринимает удары поршня.

Кроме того, он отделяет внутреннюю полость цилиндра от атмосферы. Головная часть долота 3 армируется пластинками из твердого сплава 4, которые вместе с передними гранями головки 5 закапчиваются лезвием 6. Лезвие, таким обра­ зом, есть линия пересечения двух граней.

г

Иногда долото разделяют на две части: хвостовик (а) и коронку (б). Коронка с хвостовиком соединяется с помощью винтового или ко­ нусного соединения (рис. 132). Пневмоударники, как правило, оснащаются долотами. Долото представляет собой единый стер­ жень и передает энергию удара практически без потерь. Коронка,

203

навернутая па хвостовик, теряет часть энергии удара в соединении Преимуществом коронки является то, что она позволяет экономить металл при изготовлении бурового инструмента и, кроме того, упрощается замена рабочего инструмента.

Под воздействием ударного импульса корпус долота приходит в движение, благодаря чему лезвия долота внедряются в породу.

Лезвия долота, расположенные в одной плоскости, называются основными. Отдельные лезвия выдаются вперед. Такие лезвия на­ зываются опережающими (см. рис. 132). Если опережающее лезвие находится в середине инструмента, то оно является и центральным. Лезвия, обрабатывающие скважину по диаметру, называются боко­ выми. Угол а между двумя гранями долота образует угол внедрения лезвия долота (угол заточки). Его величина определяется профилем пластинки из твердого сплава и составляет 110°. Указанный угол принят на основании длительных экспериментальных работ.

Типы долот определяются числом и расположением лезвий. На рис. 133 показаны наиболее часто встречающиеся схемы распо­ ложения лезвий долот.

По роду удаления буровой мелочи из забоя скважины долота делятся на долота с центральной, виецентренной и внешней продув­ кой. При внешней продувке струя воздуха или воздушно-водяной смеси проходит из промывочного отверстия пневмоударника между лезвиями долота к забою скважины, минуя корпус долота. При такой системе удаления буровой мелочи долото не имеет внутренних каналов. Первые две системы предусматривают наличие каналов внутри долота. Внешняя продувка применяется наиболее часто.

Однолезвийное долото наиболее просто в изготовлении и легко затачивается. Благодаря высокой удельной ударной нагрузке на лез­ вие долото обеспечивает более высокую скорость бурения скважин. К недостаткам такого долота следует отнести быстрый износ боко­ вых граней, что ведет к быстрому затуплению лезвий; нм трудно забуриваться; долотам с одним лезвием свойственны малая про­ ходка на один переход стойкости (на одну заточку) и частые закли­ нивания при бурении трещиноватых пород. Применяются такие долота для бурения монолитных пород на пневмоударниках с малой энергией удара.

Крестовое долото более износоустойчиво, хорошо обрабатывает скважину по диаметру и лучше других приспособлено для бурения крепких и трещиноватых горных пород. К недостаткам долота сле­ дует отнести трудность заточки лезвий и относительно небольшую

.скорость бурения из-за уменьшения ударной нагрузки на единицу длины лезвия долота. Однако в силу большой износоустойчивости рейсовая скорость у таких долот выше, чем у однолезвийных.

Долота с опережающим лезвием получили наибольшее распро­ странение. К достоинствам этих долот следует отнести удобство при забуривании. Отмечено, что скорость проходки у таких долот выше, так как работа боковых лезвий облегчается созданием в центре долота дополнительной обнаженной плоскости.

204

Материалом для изготовления долот служит сталь марки 45ХН. Для армирования применяется твердый сплав ВК15 формы Г1301 (ГОСТ 980—67 *) с закругленным торцом и формы Г1108. Заготовка долота штампуется на ковочной машине. Затем она обрабатывается на токарном станке. Паз фрезеруется иа вертикально-фрезерном станке. Перед пайкой пластинок корпус долота подвергается нор­ мализации. Долота перед пайкой пластин нагревают в индукцион­ ной высокочастотной печи типа ЛПС-60, пайку производят латунью Л-62 пли Л-58. Запаянным долотам дают остыть, после чего хвостовик на длине 25 мм закаливают в масле до твердости HRC 50—55. При пайке нагрев производится в соляной ванне до температуры 820— 840° С, с последующим отпуском при температуре 200—220° С.

Хвостовик долота затем шлифуется, грани лезвий обрабатываются на заточном станке.

Фирмой «Сандвнк Коромант» выпускается около 100 моделей долот диаметром от 76 до 229 мм. Инструмент, изготовленный в Шве­ ции, поставляется в США, Канаду и другие страны (хотя в самой Швеции пневмоударники не применяются).

Долота выпускаются преимущественно четырехлезвийные с кре­ стовым и Х-образным расположением лезвий. Последнее располо­ жение лезвий характерно для долот диаметром более 100 мм. Опе­ режающее лезвие не применяется. Масса долот изменяется от 3 до 60 кг, а длина от 200 до 500 мм. Семьдесят процентов выпускаемых долот имеют диаметр более 120 мм. Пневмоударники в основном применяются для бурения скважин большого диаметра. Долота выпускаются как цельные, так и разъемные, примерно в равных соотношениях. Крепление долота в пневмоударнике производится преимущественно полукольцами, особенно для больших размеров, и редко шпонками, преимущественно для малых диаметров долот.

Долоту стараются придать бутылочную форму с плавными изме­ нениями сечений, со шлицами вместо лысок, что уменьшает количе­ ство отраженной энергии при прохождении по инструменту ударного тгпульса. Относительно большая длина долот также способствует улучшению передачи ударного импульса. Пластинки твердого сплава имеют увеличенную высоту 25—30 мм и толщину 16—20 мм. Толстая пластинка позволяет более полно передать ударный импульс от до­ лота горной породе, так как при этом уменьшается доля отраженной энергии, увеличенная высота пластинок позволяет иметь число заточек до 10—12. Долота имеют каналы для продувки забоя сква­ жины. Для долот малых диаметров применяется боковая продувка. Пайка пластинок осуществляется припоями на серебряной основе; корпуса долот изготовляются преимущественно из хромоникелевой стали.

Размеры некоторых зарубежных долот и коронок приведены в табл. 61.

Так как буровые агрегаты с пневмоударниками используются главным образом при бурении крепких и весьма крепких руд, а в этих условиях затраты на инструмент составляют 30—35% стоимости

206

Т а б л и ц а 61

важное значение. Статистика показывает, что 50% долот выходит из строя по причине разрушения пластин твердого сплава. В связи с этим ведутся работы по изысканию более прочных металлокерами­ ческих сплавов на вольфрамокобальтовой основе и параллельно с этим ведутся работы по совершенствованию геометрии лезвий долот.

В целях выявления влияния угла наклона лезвий коронки на величину возникающих в них напряжений были проведены специаль­ ные исследования методами фотоупругости.

При исследованиях из оптически активного материала были изготовлены модели лезвий долот и затем соответственно нагружены

одну линию. В средней части модели сделан вырез, который соот­ ветствует удаленному опережающему лезвию. Из рисунка видно, что точки пластинки, находящиеся на краях лезвия, испытывают пиковые касательные ттах и нормальные а напряжения. Наблюде­ ния показали, что в основном ломаются концы боковых пластинок, что совпадает с данными анализа.

углом 30° к плоскости, перпендикулярной оси скважины. Из ри­ сунка видно, что напряжения на краях пластинок уменьшаются в 3—4 раза. Лезвие долота в этом случае будет работать в более благоприятных условиях и тем самым прочность лезвий инструмента увеличится.

207

На рис. 136 показано изменение величины нормальных контур­ ных напряжений в натуре ниат с изменением угла наклона лезвий от 0 до 30°. Графики приведены для пяти точек, показанных на рис. 135. Нагрузка на долото в натуре равна 3200 кгс.

Для первой точки, наиболее подверженной поломкам, нормальные напряжения при а = 0 максимальны и равны 4000 кгс/см2, при

указывают на необходимость с целью упрочнения располагать лезвия под углом или придавать им круглую форму.

Последняя рекомендация реализована в штыревых долотах. Долота такого типа армируются цилиндрическими вставками (шты­ рями) из твердого сплава со сферическими головками (рис. 137). Материал корпуса долота подбирается таким образом, чтобы по мере износа штырей изнашивалась и рабочая поверхность долота, об­ нажая штыри. При этом износостойкость инструмента увеличивается в три раза по сравнению с клиновидными лезвиями. Такие долота применяются с пневмоударниками, имеющими высокую ударную мощность, в породах средней крепости.

9. БУРОВЫЕ ШТАНГИ, АВАРИЙНЫЙ ИНСТРУМЕНТ И АВАРИЙНЫЕ РАБОТЫ

Буровые штанги. Буровые штанги для станков типа НКР100М и «Урал-64» изготовляют из стали марки 35СГ или 36Г2С (временное сопротивление разрыву 65 кгс/мм2; предел текучести 38 кгс/мм2; относительное удлинение 12—14%).

Штанги подвергаются закалке при 900° С (в водной среде) с по­ следующей нормализацией при 900° С. Размеры труб для изготовле­ ния штанг приведены в табл. 62.

Высаживаются штанги на ковочной машине. Если штанги гото­ вятся в рудничных условиях, то их концы можно высаживать на бу­ розаправочном станке, для чего готовят специальные матрицы (такие штанги после ковки подвергаются нормализации, после чего про­ изводится их механическая обработка). Для агрегатов НКР100М нарезка штанг имеет угол конусности 7° 30', шаг резьбы 3 мм (рис. 138). После нарезки внешнего конуса резьба проверяется ка­ либром-кольцом, торец которого должен совпадать с торцом конуса

штанги или выступать не более чем на 0,25 мм. Внутреннюю резьбу проверяют калибром-пробкой, торец которого должен находиться от упорного торца на расстоянии 37,2—37,45 мм. При свинчивании штанг от руки зазор между упорными концами составляет 0,2— 0,7 мм.

Аварийный инструмент и аварийные работы. Буровые агрегаты для бурения эксплуатационных скважин снабжены комплектом

^Место 6 М2'■!

Рис. 138. Буровая штанга к агрегату НКР100М и калибры для контроля нарезки штанг:

1 — штанга; 2 — калибр-кольцо; з — калибр-пробка

аварийного инструмента для ликвидации аварий, происходящих при эксплуатации станков.

Спуск аварийного инструмента в скважину производят на штан­ гах с пневмоударником или только на штангах. Аварийный инстру­ мент на пневмоударнике лучше центрируется, кроме того, при не­ обходимости пневмоударник может быть включен в работу, что облегчает подъем инструмента в случае «прихвата» снаряда. В этом случае для спуска инструмента в скважину применяют хвостовик (рис. 139), который вставляется в пневмоударник и раскрепляется шпонкой.

Колокол для извлечения штанг (рис. 140) изготовляют из стали 12ХНЗА с допусками на свободные размеры по 7 классу точности. Поверхность резьбы, служащую для захвата инструмента, цемен -

210