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

Характеристика алмазов	Классификация по ТУ		Индекс в коронке	Место в коронке
	Группа	Подгруппа качество
Целые кристаллы с не­большим искажением и наличием небольшого количества обломков	XV	а	Г	Объемные
Целые кристаллы раз­личной формы (изомет­рической, игольчатой, пластинчатой), их об­ломки, сростки кристал­лов	XV	в	Т	Объемные
Овализованные	XXXIV	б	К	Подрезные
Дробленые	XXXV		Д	Объемные
Полированные	XXXVI		П	Подрезные объемные

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

Марка	Диаметр, мм	Качество объемных алмазов	Качество подрез­ных алмазов	Отличительные осо­бенности
		Зубчатые коронки
16АЗСВ 15АЗСВ	59...112 -“-	Т150+ПВ Т20+П10(12)	К8 К8, 12	Зубки
		Резцовые коронки
КС КСК	76... 112 59...93	СВСП АСПК	СВСП АСПК	Резцы -“-
	Коронки с заданным выпуском алмазов
04АЗ 07АЗ А4ДП	59...93 59...76 59...76	Д(Т) Г(Д, Т) 20, 30,40 П12, 20, 30,40	К10 К20, 30 П12, 20, 30, 40	Косые окна -“-
	Коронки без заданного выпуска алмазов
01АЗ(О1АЗСВ) 01А4(01А4СВ) 14АЗ	36...112 36...112 59...93	Д20, 30,40,60 Г20, 30,40,60 Д(Т, Г) 10, 20, 30,40	К10,20,30,40 К10,20,30,40 К10, 20, 30	Нормальная матрица, -“- Утолщенная матрица
	Импрегнированные коронки
02ИЗГ (02ИЗСВ) 02И4Г (02И4СВ) И4ДП БС	36...93 36...93 59...76 46...93	Д120 Д120 П200 АСС	К3О, 40, 60 КЗО, 40, 60 П30 Славутич

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.