книги из ГПНТБ / Блохин В.С. Буровой инструмент для машин ударного действия

Т а б л и ц а 2

К л а с с и ф и к а ц и я к о р о н о к д л я п н е в м о у д а р н о г о б у р е н и я

П р и м е ч а н и е , п о к л а с с и ф и к а ц и и х а р а к т е р и с т и к а к о р о н о к д и а м е т р о м 2 0 5 м м в ы б о р о ч н а я .

Для пневмоударного бурения скважин в крепких породах приме­ няются в основном неразъемные буровые коронки. Такие кон­ струкции инструмента обеспечивают более полную передачу удар­ ного импульса на забой скважины.

В зависимости от способа подачи воздушно-водяной смеси на забой скважины коронки делятся на три группы: 1) коронки с центральным подводом смеси; 2) коронки с боковым (непосред­ ственно под лезвия) подводом смеси и 3) коронки с внешним под­ водом смеси. При внешней подаче воздуха или воздушно-водяной смеси на забой скважины энергоноситель, минуя корпус коронки, выходит из соответствующих отверстий пневмоударника между лезвиями коронки. При такой системе очистки скважин от про­ дуктов бурения, корпуса коронок выполняются цельными — без каналов. Коронки, относящиеся к первой группе, изготовляются с центральным каналом в их корпусе. Конструкция коронок, от­ носящихся ко второй группе, предусматривает наличие в их кор­ пусах как центрального канала, так и боковых, предназначенных для подвода энергоносителя непосредственно под породоразру­ шающие лезвия коронок. Наибольшее распространение на горно­ рудных предприятиях получила третья группа коронок. Несмотря на то, что с использованием таких коронок, торец пневмоударника с выходными отверстиями для энергоносителя находится на рас­ стоянии 50—60 мм от забоя скважины. Такое расположение отвер­ стий относительно забоя способствует снижению скорости дви­ жения струп энергоносителя. Более эффективной является цент­ ральная система подводки энергоносителя па забой скважины с каналами, выполненными в корпусах буровых коронок.

Для бурения скважин с использованием пневмоударников, имеющих небольшую вслпчпну энергии единичного удара, приме­ няются коронки первого типа (долотчатые) со сплошным лезвием пли с лезвием, армированным двумя или несколькими пласти­ нами твердого сплава. Достоинствами однодолотчатых коронок является простота изготовления и удобство заточки. При соответ­ ствующей величине энергии единичного удара молотка, однолез­ вийная коронка, обладающая минимальной длиной лезвия, имеет большую удельную нагрузку на лезвие и тем самым обеспечивает более эффективный процесс разрушения пород. Существенными недостатками этих коронок являются: интенсивный износ лезвия как по высоте, так и по диаметру; трудность забуривания скважин; малая проходка на одну заточку; заклинивание при бурении тре­ щиноватых пород и др. Кроме того, одиодолотчатая форма коро­ нок, особенно без центрального отверстия в головной части, дает наибольшее отклонение от круглого поперечного сечения сква­ жины. Сечение скважины имеет почти треугольную форму. Пло­ щадь поперечного сечения такой скважины составляет примерно 76% от площади круга, радиус которого равен половине диаметра коронки. Треугольная форма скважины образуется вследствие того, что при бурении ось долота, относительно которой оно

■11

/

поворачивается, находится в одной из вершин треугольника. Причем эта ось в процессе бурения скважин в свою очередь пере­ мещается от одной вершины треугольника к другой.

Для устранения недостатков, присущих однолезвийным доло­ там, предложены коронки с опережающим лезвием и дополни­ тельными двухдолотчатыми периферийными лезвиями (второй тип коронок). Такпе коронки имеют меньший износ по высоте лезвпй и по диаметру коронок, значительно лучше работают при проходке трещиноватых пород и обеспечивают более высокую скорость бурения за счет ступенчатой формы забоя скважины. Преимущества трехлопастных коронок с опережающим лезвием, по сравнению с однолезвийным долотом, особенно четко про­ являются при бурении в одинаковых условиях и при равной удельной нагрузке на единицу длины лезвия, т. е. при работе

впневмоударнике с большой энергией единичного удара.

Впородах трещиноватых, а также крепких, при бурении пнев­ моударниками с большой энергией единичного удара применя­ ются трехлопастные н четырехлопастные коронки, как правило, с опережающим лезвием. Четырехлопастные коронки износоустой­ чивы, хорошо обрабатывают скважину по диаметру, обладают до­

статочной скоростью бурения крепких и трещиноватых пород. К недостаткам четырехлопастных и трехлопастпых коронок отно­ сится трудность заточки лезвий и сравнительно небольшая ско­ рость бурения при работе в существующих пневмоударниках, вследствие заниженной величины ударной нагрузки на единицу длины лезвия. Однако благодаря повышеппой износоустойчи­ вости коронок второго и третьего типов рейсовая скорость у них значительно выше, чем у однолезвийных.

Коронки четвертого типа обычно применяются при забури­ вании п бурении скважин по сильно разрушенным горпым поро­ дам, так как примепепие в этих условиях обычных коронок нера­ ционально. Стойкость четырехлопастных и трехлопастпых коронок при бурении сильно разрушенных пород снижается примерно в два раза, кроме того, они заклиниваются в трещинах. Однако применение многолезвийного инструмента влечет за собой резкое уменьшение скорости бурения, вследствие снижения величины ударной нагрузки на единицу длины лезвия, ухудшения условий охлаждения лезвий и очистки забоя скважины от продуктов буре­ ния. Поэтому использовать многолезвийный буровой инструмент при проходке скважин в монолитных породах нецелесообразно.

Перспективным направлением повышения производительности бурения скважин машинами ударного действия является раз­ работка и внедрение коронок, армированных цилиндрическими вставками твердого сплава (коронок непрерывного действия). Такой инструмент особенно эффективен при бурении определен­ ного типа пород, самоподзатачивается в процессе бурения, лучше обрабатывает скважину, позволяет проходить ее на полную глубину. В настоящее время различными организациями разрабо-

12

таио и испытано несколько экспериментальных конструкций коронок, армированных цилиндро-сферическими вставками твер­ дого сплава, но крупно серийного производства их нет.

Бурение скважин в слабых и трещиноватых породах средней крепости рационально осуществлять коронками непрерывного действия с ударными машинами пониженной мощности; при буре­ нии скважин в монолитных породах средней крепости и хрупких

Рис. 2. Коровки для бурения скважин диаметром 85 мм

а — типа К-17; б — типа К-28.

породах высокой крепости возможно применение того же инстру­ мента, но с ударной машиной повышенной мощности; для бурения скважин в абразивных породах средней и высокой крепости необ­ ходимо использовать лопастные коронки с мощными ударными машинами.

Для забуривания скважин в обычных условиях применяются специальные забурники. По конструктивному исполнению они идентичны коронкам типа К-100В и отличаются от последней только величиной диаметра. Заводами страны выпускаются забур­ ники иа диаметр 130 и 142 мм.

На горнорудных предприятиях широкое распространение полу­ чили коронки типа К-100В (БК-105). Это единственный вид

13

бурового инструмента, который применяется со всеми серийными пневмоударниками в калибре скважин диаметром 105 мм и кото­ рый выпускается несколькими заводами.

Для бурения скважин диаметром 150 мм применяется инстру­

стоназываютопережающим лезвием). Головная часть коронки арми­ рована пластинами твердого сплава 6. Лопасти 4, 5 коронки имеют

Рпс. 4. Трехлопастпая коронка с опережающпм лезвием типа К-100В.

передние грани 7, заканчивающиеся породоразрушающими лез­ виями 8, выполненными на пластинах твердого сплава. Хвостовик коронки имеет поперечный шпоночный паз 5, предназначенный для размещения призматической тангенциальной шпонки 3 (рис. 5), с помощью которой коронка 4 крепится в корпусе пневмо­ ударника 2. Хвостовик плоским своим торцом 6 воспринимает динамические нагрузки ударника 1. молотка, а цилиндрической

14

поверхностью 7 отделяет нижнюю рабочую камеру 8 пневмоудар­ ника от атмосферы.

Материалом для изготовления заготовок корпусов коронок слу­ жит сталь марки (40—45) ХН. Заготовки корпусов, как правило, штампуются на ковочной машине, затем проходят нормализацию it поступают па механическую обработку. После механической обработки корпуса коронок поступают в термический цех для армирования пластинами твердого сплава марки ВК-15 и закалки.

ных пород трехлопастными коронками с опережающим лезвием выше по сравнению с долотчатыми, крестовыми и Х-образными коронками. Увеличение скорости бурения объясняется наличием опережающего лезвия в головной части, которое в процессе буре­ ния скважин выполняет в центре забоя дополнительную обнажен­ ную поверхность, облегчающую скалывание буримой породы боко­ выми лезвиями.

В последние годы ИГД СО АН СССР совместно с НИПИгормаш, ВИИИТС и Кыштымским машиностроительным заводом, с учетом результатов выполненных исследований [9], заключа­ ющихся в анализе напряженного состояния различных конструкций буровых коронок, разработали к молоткам П-85, П-105, П-125 и П-160 (рис. 6), коронки типа К-85, К-105К (рис. 7), К-125,

•15

ЧШ-125К, К-125К и К-160, отличающиеся высокой надежностью и работоспособностью по сравнению с серийным буровым инстру­ ментом. Конструктивное исполнение коронок отвечает основным требованиям, изложенным в РТМ 14-01-71 и Технических усло­ виях на создание и проектирование инструмента для ударно-вра­ щательного бурения взрывных скважин [41].

Конфигурация коронок типа К-85, К-105, К-125, К-125К, ЧШ-125К и К-160, в сравнении с серийными, имеет ряд принци­ пиальных конструктивных отличий: плавное сопряжение поверх­ ностей, хорошее центрирование хвостовика относительно удар­ ника в момент удара, в корпусах выполнены каналы большого сечения и др. Каналы предназначены для подвода энергоносителя на забой скважины для очистки последнего от продуктов бурения.

■so

Крепление коронок в корпусе пневмоударников осуществляется с помощью байонетного шарового соединения. Повышению стой­ кости этих коронок, помимо указанных конструктивных отличий, способствует и улучшенная динамика машин, созданных в соот­ ветствии с ГОСТ 13879-68. Пневмоударники разработаны по прин­

ненные в горнорудной промышленности коронки, предназначен­ ные для бурения взрывных скважин диаметром 85—165 мм, дапы в табл. 3.

За границей применяются преимущественно крестовые и Х-об- разиые буровые коронки. Довольно широкое распространение получили и коронки, армированные твердосплавными штырями. Отличительной особенностью большинства моделей является на­ личие плавных сопряжений поверхностей как в хвостовике, так и в головной части коронок, а также плавное сопряжение хвосто­ вика с головкой. Корпуса коронок преимущественно изготовляются

2 Заказ 495

18

из хромоникелевых сталей и армируются пластинами твер­ дого сплава типа ВК-10В, ВК-11В и ВК-15. Пластины, как пра­ вило, применяются увеличенных размеров: высота 25—40 мм, толщина 16—20 мм и длина до 60—95 мм. Пайка пластин твердого сплава в основном выполняется методом заливки расплавлеппымн припоями на серебряной основе.

Крепление коронок в пневмоударниках осуществляется раз­ личными способами. В машинах средней мощности преимуще­ ственно применяется шпоночное и комбинированное крепление, а в мощных пневмоударниках — с помощью полуколец.

§ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАБОТЫ БУРОВЫХ КОРОНОК

В процессе бурения скважин коронка подвержена действию различных динамических нагрузок даже в случае применения пневмоударников с постоянными энергетическими параметрами. Различие в значениях сил зависит от вида буримой породы, ха­ рактера ее трещиноватости, условий приложения нагрузки как со стороны ударника, так и буримой породы, и т. д.

Основными факторами, определяющими скорость бурения и прочность инструмента (подразумевая постоянство конструкции инструмента, свойств буримой породы и др.) являются: величина статической нагрузки, энергия единичного удара, предударная скорость ударника и форма ударного импульса, число ударов и оборотов в минуту, угол наклона и глубина скважины, величина площадок притупления лезвий.

Осевая нагрузка. При рабочем давлении энергоносителя 5 кгс/см2 статическая нагрузка на пневмоударник с коронкой диа­ метром 85—105 мм находится в пределах 150—300 кгс, для пнев­ моударников с коронкой диаметром 150—160 мм — в пределах

ходит вследствие действия восстанавливающих сил упругости лезвий коронки и поверхности буримой породы.

Энергия единичного удара н рабочее давление энергоносителя. Буровой инструмент в период приложения ударного импульса, как правило, находится в контакте с горной породой в результате 'действия усилия подачи. Приобретенная коронкой энергия от ударника молотка расходуется в основном (70—80%) на внедре­ ние породоразрушающих элементов и разрушение породы. Про­ цесс разрушения крепких пород и руд при этом имеет скачкооб­ разный характер [2, 3, 21], причем количество скачков за одно внедрение режущих элементов коропки определяется при прочих