5.3.9. Разработки в области разрушения горных пород алмазным инструментом компаний Atlas Copco и Boart Longyear

В настоящее время значительный объем геологоразведочного бурения в России и странах ближнего зарубежья выполняется на оборудовании и инструментом таких ведущих мировых производителей, как компании Atlas Copco и Boart Longyear.

В соответствии с рекомендациями компании Atlas Copco выбор инструмента и технологии бурения производят на основании оценки абразивности, трещиноватости и твердости горных пород, которые сгруппированы и разбиты на пять категорий.

К первой группе относятся крупнозернистые, сильнотрещиноватые и сверхабразивные породы типа сланец, аргиллит и известняк. Для бурения этих горных пород рекомендуются импрегнированные коронки типа Craelius и Hobic с максимально твердыми матрицами.

Вторая группа пород характеризуется как трещиноватые и абразивные породы типа песчаник, доломит, туф, кремнистый сланец. Для бурения этих пород рекомендуются коронки с менее твердыми матрицами.

Третья группа пород характеризуется как среднеабразивная, типа андезит, базальт, пегматит, диабаз, габбро, диорит. Коронки, рекомендуемые компанией, имеют еще менее твердые матрицы.

Четвертая группа пород – это крепкие слабоабразивные породы типа гнейс, диорит, гранит, кварцит, порфир.

Пятая группа горных пород – очень крепкие и неабразивные породы (кварц, риолит, кремнистый известняк, таконит, лимонит, яшма). Для таких горных пород предлагается инструмент с наиболее мягкой матрицей.

Для изготовления импрегнированных коронок используют искусственные алмазы.

При изготовлении однослойных коронок применяют природные алмазы зернистостью 30/50 или 20/25 шт./карат. Более крупные камни используются в коронках для бурения менее твердых, а более мелкие – более твердых горных пород. Алмазы в однослойных коронках применяются только группы S, в которую попадают обработанные и полированные алмазы повышенного качества.

С оздаваемый буровой алмазный импрегнированный инструмент отличается не только формой торцевой части и промывочных каналов, но и высотой матриц. Например, коронки типа Craelius могут иметь матрицу высотой 6,5; 9,5; 12 и 16 мм. Коронки типа Hobic 6,5, 8 и 10 мм. У коронок компании Boart Longyear типа Alpha высота матрицы может быть 9,5; 12 и даже более 25 мм.

П

8,5 мм

оследняя из коронок имеет маркировку Alpha Stage3 (рис. 5.56). Уникальность этой коронки в наличии трех рабочих «этажей», располагаемых по вертикали, при этом каждый из них оснащен тремя промывочными каналами. На первом этапе работы коронки работают все три «этажа» матрицы, пропуская жидкость. При этом нижние окна обеспечивают проход жидкости для удаления шлама с забоя скважины. По мере срабатывания матрицы площадь, а затем и число каналов уменьшается, а на заключительном этапе, когда в работе находится только последний «этаж» матрицы, работают только три оставшиеся промывочные каналы.

Сравнительные испытания коронок типа Alpha Stage3 и Alpha Еxtended Crown с высотой матрицы 12 мм показали, по данным фирмы производителя, что интервал бурения первыми коронками в очень твердых породах составил 126-130 м, вторых 40-41 м. При бурении пород средней твердости соотношение длины проходки этими коронками составило соответственно 400-500/140-150 м.

Низкая (6,5, 8,0 мм) и стандартная (9,5 мм) высота матрицы используется для коронок, срок службы которых не влияет на количество операций спуска и подъема и в том случае, если ожидается значительный износ коронки по диаметру. Для снарядов со съемным керноприемником обычно рекомендуются коронки, с «очень высокой» (12 мм) и «супер» (16 и 25 мм) матрицами.

Для импрегнирован-ных коронок основным является W – профиль, эффективный за счет образования свободных поверхностей разрушения горной породы, что способствует ее разру-шению.

М етодика выбора коронок типа Alpha (рис. 5.57) компании Boart Longyear рассмотрены ранее (см. схему на рис. 5.50). Эти коронки выпускаются значительным числом модификаций и оснащены алмазами в оболочке из хрома (рис. 5.29), что повышает прочность соединения их с матрицей и эксплуатационные показатели инструмента.

Как следует из представленного на рис. 5.50 материала, методика выбора алмазной коронки компании Boart Longyear аналогична подобной методике компании Atlas Copco и основывается на разделении горных пород по абразивности, монолитности (твердости) и трещиноватости.

При управлении процессом бурения для каждого типа коронки компаниями Atlas Copco и Boart Longyear рекомендуется рациональная частота вращения, выбор которой определяется по рекомендуемой линейной скорости в пределах 2-5 м/c, и усилие подачи, которое должно обеспечить определенную скорость проходки. Критерием оптимального управления алмазного бурения является значение показателя RPI «число оборотов на сантиметр подачи».

Таблица 5.7

Типоразмер коронки	Расход промывочной жидкости, л/мин	Частота вращения, мин^-1	Скорость бурения (см/мин) при RPI, об/cм		Осевая нагрузка, даН
			80	100
BQ – 59,6 мм	23-30	1700 1000 700	22 13 9	17 10 7	900-2300
NQ – 75,3 мм	30-38	1350 800	17 10	14 8	1400-2700
HQ – 96,1 мм	38-45	1000 600	13 8	10 6	1800-3600
PQ – 122,6 мм	68-87	800 600	10 6	8 5	2300-4500

Например, при частоте вращения 1200 мин^-1 и скорости проходки 6 дюймов (15 см) показатель RPI составит:1200/15 = 80. Управление процессом бурения осуществляют, ориентируясь на RPI = 80-100, но считаются допустимыми и более высокие скорости проходки, для которых RPI = 60-50. В данном случае критерием выбора параметров режима бурения и скорости углубки является износостойкость инструмента.

В табл. 5.7 приведены рекомендуемые параметры режима бурения импрегнированными коронками компании Boart Longyear.