3.2.4. Методы изучения изнашивания инструмента при взаимодействии с горной породой

Известны следующие основные методы изучения абразивного изнашивания металлов и сплавов, работающих в контакте с горной породой [30].

1. Метод бурения – резания, который состоит в абразивном изнашивании твердосплавных резцов применительно в работе вооружения долот режуще-скалывающего действия. Истиранию о породу подвергаются два стержня под действием осевого усилия и крутящего момента (рис. 3.20, а). Метод предложен Е.Ф. Эпштейном, Н.И. Любимовым и др.

2. Метод истирания или сверления породы эталонными стержнями (рис. 3.20, б), предложен Л.И. Бароном, М.И. Койфманом и др.

Испытывается стержень, изготовленный из стали У8 диаметром 8 мм, под нагрузкой 15 Н, при частоте вращения 400 мин^-1 за 10 минут.

Таблица 3.6

Классификация горных пород по абразивности

Класс породы по абразивности	Название класса	Показатель абразивности	Пример соответствия горных пород классу абразивности
I	весьма мало абразивные	5	мрамор
II	мало абразивные	10	аргиллит
III	ниже среднего абразивные	18	джеспилит
IV	среднеабразивные	30	кварц
V	выше среднего абразивные	45	граниты, песчаник
VI	повышенно абразивные	65	гнейсы, граниты
VII	высоко абразивные	90	порфирит
VIII	в высшей степени абразивные	более 90	корундосодержащие

Показатель абразивности рассчитывается по формуле

(3.18)

где Δq – потеря веса стержня, мг;

n – число парных опытов.

Для метода сверления составлена классификация горных пород по абразивности (табл. 3.6).

3. О.Н. Голубинцев для оценки абразивности горных пород предложил метод, оценивающий показатель абразивности одновременно с определением твердости горной породы. С этой целью индентор вдавливают в породу, одновременно вращая. Подобный метод, получивший название «сверление», использовался ранее М.М. Протодьяконовым и В.И. Карповым.

4. Метод изнашивания эталонного стержня на цилиндрической вращаемой поверхности керна, предложенный Б. Фишем и др. (рис. 3.20, в).

Прижатый к керну стержень одновременно с вращением керна продвигается по его поверхности. Данный метод позволяет производить истирание стержня по поверхности породы, не засоренной продуктами износа.

5. Метод изнашивания кольца при трении скольжения по поверхности породы. Изнашивание производится при охлаждении кольца и равномерной подаче горной породы. Таким образом, данный метод позволяет оценить влияние среды на процесс изнашивания металлов и сплавов (рис.3.20, г).

6. Метод изнашивания металла при ударном взаимодействии с горной породой предложенный В.Н. Виноградовым, Г.М. Сорокиным и Г.К. Шрейбером, подобен методу сверления, но при этом эталонный образец совершает не вращательное, а возвратно-поступательно движение, нанося удары по поверхности образца породы.

7. Метод буровой коронки позволяет максимально приблизить условия эксперимента к реальным условиям бурения, поскольку исследование производится при бурении коронками малого размера при осевом усилии 500 даН, частоте вращения 200 мин^-1 и подаче воды для охлаждения коронки 10 л/мин. Показатель абразивности в данном случае рассчитывается по формуле

(3.19)

где Р₁, Р₂ – масса коронки до и после бурения, г;

l – интервал бурения, м.

Как показывают результаты работ по определению абразивности вышеперечисленными методами, основной проблемой их применения является сходимость воспроизводимых результатов при исследовании характеристики изнашивания бурового инструмента. Поэтому, в основном, названные методы имеют достаточно узкое применение при выполнении определенных и часто специализированных исследовательских работ.