8.2. Породоразрушающий инструмент

В качестве породоразрушающего инструмента при алмаз­ном бурении применяют алмазные коронки (рис. 8.1). Алмазная коронка представляет собой стальное кольцо с приваренной твердосплавной матрицей, армированной объемными и подрезными алмазами. Матрицу изготавливают из твердого сплава различной твердости. Нормальная матрица 3 твердостью 20 - 25 по шкале Роквелла предназначена для бурения в породах мало- и среднеабразивных. Твердая матрица 4 с твердость 30-35 НРС - для буре­ния в породах среднеабразйвных и абразивных монолитных и трещиноватых.

Для армирования коронок используют естественные якут­ские алмазы типа борт: крупнозернистые кристаллы самого низкого качества. Кроме борта, существуют алмазы типа баллас - кристаллы радиально-лучистые с мелкозернистой оболочкой и карбонаты (мелкозернистые алмазы). Для повышения качества ал­мазы дробят (трещиноватые алмазы), овализируют, полируют подвергают термической и азотной обработке, гранулируют (покрывают слоем тугоплавкого металла).

Все алмазы классифицируют в зависимости от качества в соответствии с ТУ 47-12-88 (табл. 8.2).

Объемные алмазы могут быть величиной от 3 зерен на карат (диаметром около 3,65 мм) до 120 - 600 зерен на карат (диаметром 0,9 - 0,5 мм), подрезные - от 8 до 60 зерен на карат (диаметром около 1,1 мм).

Таблица 8.1

Рис. 8.2. Алмазные коронки: а-01А3; б-03ИБ; в-13А3; д-04А3; е-06А3; з-09А3; и-10А3; к-13И3; 1-корпус; 2- вкладыш; 3-матрица; 4-объемные алмазы; 5- подрезные алмазы

Вследствие ограниченного количества алмазного сырья и недостаточно высокой динамической прочности природных ал­мазов в настоящие время ведется большая работа по разработке искусственных (синтетических) алмазов. Уже получен целый ряд различных сортов искусственных алмазов. Наибольший интерес из них представляют синтетические монокристаллы: АСО (алма­зы синтетические обычные), АСР (повышенной прочности), АСВ (высокой прочности), АСК (кристаллические), АСС (сортиро­ванные), поликристаллы: АСПК (АРК-4) (алмазы синтетические поликристаллические), СВСП (АРС-З) и сверхтвердый материал - славутич (твердый сплав + алмазы зернистостью 160-800 зерен на карат). Синтетические алмазы в последнее время находят всё большее применение.

Качество коронок определяют по их индексации, указанной на каждой коронке: например, индекс 01 A3 Д60 КЗО означает, что коронка первой модификации (01), однослойная (А) с нор­мальной матрицей (3), с дроблеными основными алмазами 60 зерен на карат (Д60) и овализованными подрезными алмазами, зернистостью 30 зерен на карат.

Для краткости марку коронки определяют первыми че­тырьмя знаками (01АЗ). Синтетические алмазы на коронке отмечают индексом СВ, (например 01АЗСВ), гранулированные - до­бавлением буквы Г (например 02И4Г).

Все алмазные коронки для колонкового снаряда можно разделить на пять групп (табл. 8.1): 1) зубчатые; 2) резцовые; 3) однослойные с заданным выпуском (выходом) алмазов; 4) од­нослойные без заданного выпуска алмазов; 5) импрегнированные.

Зубчатые коронки 16АЗСВ применяют для бурения мало­абразивных пород средней твердости (V - VII категории буримости), когда глубина внедрения резца может значительно превы­шать выход алмаза из матрицы. Коронка представляет собой короночное кольцо, к выступам торцовой части которой припаива­ют зубки. Зубки имеют форму усеченного конуса, большое осно­вание является режущей кромкой. Передний угол резца γ =-15 град, задний α=10 град. Зубки изготавливают из твердого сплава, на­сыщенного (по объёму выступающей части) синтетическими алмазами (СВСП), зернистостью 150-400 шт./кар, они армиро­ваны объёмными полированными и подрезными овализованны­ми алмазами, зернистостью 8 - 10 и 12 - 20 шт./кар. Количество зубков в коронке составляет 16-34 шт.

К коронкам резцового типа относят коронки КС и КСК:01КС-93С, 02КС-93С, 02КС-112С.

В каждом секторе коронок КС устанавливают 2-3 основных резца размером 1-2 шт./кар, из синтетических алмазов СВСП: По боковым поверхностям секторов размещены более мелкие под­резные алмазы, размером 8-12шт./кар. Коронки универсальны, их применяют для бурения как средних, так и твердых пород (V -IX категории).

Коронки КСК близки по конструкции коронкам КС, их ар­мируют резцами из синтетических алмазов марки АСПК, они имеют более твердую матрицу. Режущие элементы изготавливают из цилиндри­ческих алмазов, диаметром 4,5мм;

их количество составляет 20-24 шт. на коронку. Выпускают 4, 6, 8 секторные коронки диа­метром 59-93мм.

Эти коронки также универсальны и предназначены для бу­рения горных пород различной твердости и абразивности с час­той перемежаемостью пород.

В однослойных коронках алмазы укладывают только по поверхности матрицы. Коронки с заданным выпуском алмазов КАТ,04АЗ, 07АЗ, А4ДП предназначены для бурения крупно­-, средне- и мелкозернистых твердых пород (8-10 категории буримости). Коронки армируют природными и синтетическими алма­зами зернистостью от 10 - 60 шт./кар.

Выпуск алмазов из матрицы составляет 20-30 % от размера зерна. Коронки на боковой поверхности имеют ребра, армиро­ванные подрезными ал- мазами, что способствует более эффектив­ному разрушению горной породы и выносу достаточно крупного шлама из-под торца коронки.

Харакетристики коронок приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1

Однослойные коронки без заданного выпуска алмазов КСАП, 01АЗ, 01АЗСВ, 01АЗГ, 01А4, 01А4 СВ, 01А4Г, 14АЗ, АКС предназначены также для бурения твердых, но пре­имущественно мелкозернистых пород. Для армирования коронок ис­пользуют природные синтетические (СВСП) объёмные алмазы зернистостью от 20 - 30 до 40 - 60 шт./кар и подрезные алмазы зер­нистостью от 10 - 20 до 40 - 60 шт./кар.

Выпуск алмазов из матриц составляет 5-10 % от величины алмаза.

В импрегнированных коронках алмазы равномерно распре­деляются по всему объёму матрицы. Высота алмазосодержащего слоя равна 4 - 5мм.

Импрегнированные коронки 02ИЗГ, 02ИЗСВ, 02И4Г, 03И5, КИТ, И4ДП, ИКС предназначены для бурения крепких пород Х - ХII категории буримости любой абразивности и трещиноватости.

Для армирования коронок используют объемные алмазы зернистостью 120-140 шт./кар и подрезные алмазы зернисто­стью от 30 - 40 шт./кар до 60 - 90 шт./кар. Выпуск алмазов из матрицы составляет 0,04 - 0,07 мм. Импрегнированные коронки ИСМ АН СССР типа БС (0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7) армируют синтетическими алмазами АСС, они имеют подрезные штабики из славутича.

Для бескернового бурения монолитных малоабразивных пород VII - IX категории буримости (однослойные) применяют долота 08 АЗ-46, 09 АЗ-59, АДН-22, для бурения абразивных сильно трещиноватых пород VII - X категории буримости – долота 08 ИЗ-46, ИДН-12.