Способ распределения алмазов на коронке Советский патент 1992 года по МПК E21B10/48 

Изобретение относится к области горного дела, колонковому геологоразведочному бурению алмазными коронками в частности.

По существующим методикам распределение зерен алмазов на рабочем торце коронки рекомендуется производить несколькими различными способами: в шахматном порядке, по радиусам, по цепочке, по окружности (1). ,

Практически зачастую зерна алмазов распределяются пропорционально площади рабочей поверхности коронки в штуках на см2 2.

Недостаток существенных способов распределения алмазов состоит в том, что площадь торца коронки и другие геометрические параметры не всегда соответствуют объему породы на забое, разрушаемой тем или иным участком ее рабочей поверхности. В результате износ алмазного вооружения становится неравномерным, коронка преждевременно выходит из строя, повышается расход алмазов.

С целью экономии алмазов желательно иметь такой способ распределения алмазных зерен на рабочей поверхности коронки, который бы исходил из сущности бурения и отражал тем самым наиболее полное соответствие числа алмазов потребности в них на том или ином участке забоя.

Для достижения цели анализом выявлена энергетическая природа бурения, как главная, наиболее существенная сторона этого процесса Установлено, что потребность в энергии разрушения того или иного участка забоя пропорциональна объему разрушаемой породы, который распределен на поверхности забоя в строго определенной и постоянной последовательности ряда нечетных чисел 3

1,3.5...,(2п-1)(1).

Известно так же, что зерна алмазов представляют энергоносители, передающие энергию разрушения от коронки к горной породе и испытывают при износе сопротивление пропорциональное энергии разрушения, соответствующее объему разрушаемой горной породы

сл

С

N о

со

JO GO СО

В результате, в общем случае при прочих равных условиях распределение зерен алмазов на поверхности алмазной коронки должно соответствовать распределению объема разрушаемой породы на поверхно- сти забоя в последовательности ряда нечетных чисел.

Способ распределения зерен.алмазов на поверхности коронки пояснен на чертеже.

Здесь показан рабочий торец коронки, ограниченный внутренней окружностью 1 кернообразующего отверстия и наружной 2, образующей периферию коронки. Вся поверхность, ограниченная окружностью 3, включая площадь кернообразующего отверстия, разбита на кольцевые зоны равной ширины соответственно диаметру алмазного зерна, точнее ширине зоны разрушения, оставляемой на забое. Зоны I - X располо- жены на условной поверхности отверстия. Зоны XI - XVIII на реальной рабочей поверхности коронки.

Способ распределения алмазов на коронке состоит в следующем. Задаются чис- лом зерен в центральной зоне 1. Например, это число принято равным одному зерну 21. Тогда в соседней зоне II по закону ряда нечетных чисел должно быть равно трем зернам, в следующей зоне III - пяти и т. д. В зоне л число зерен

m 2n-1.(2)

Отсюда во внутренней реальной зоне на рабочей поверхности коронки с п XI число алмазов составит mxi 211-1 21; в следующей зоне XII число алмазов должно быть равно тхп 23 и т. д. В периферийной зоне XVIII оно роставит при этом mxvm 35. Отбросив количество зерен на площади кернообразующего отверстия в зонах I - X из общего количества алмазов, получим реальный расход зерен алмазов как сумму их во всех зонах на рабочей поверхности коронки. В приведенном примере сумма зерен xviii

2 m 224 шт. Причем, в зоне XI - 21 алмаз;

XI

. в зоне XII - 23; в зоне XIII - 25 и т. д.; и в периферийной зоне XVIII - 35 шт.

Нетрудно проверить, что при таком рас- пределении количество зерен в каждой из

зон на поверхности коронки соответствует объему горной породы, разрушаемой соответствующей зоной на поверхности забоя, При этом рабочий торец может иметь ступенчатую, закругленную или другую форму. Соответственно относится к площади в плане,

Применение способа распределения алмазов на коронке особое значение приобретает при разработке алмазных коронок с широкой матрицей типа коронок для снарядов КССК и ССК, алмазных долот для бурения сплошным забоем,

Серийно выпускаемая коронка типа 17А4 для КССК-76, например, содержит 9 рядов алмазов на ширине 18 мм каждый кольцевой ряд обрабатывает зону забоя шириной 2 мм. В периферийном ряду содержится 54 алмазных зерна. По закону нечетных чисел при отсчете в обратном порядке в следующей зоне по направлению к центру коронки должно быть на 2 зерна меньше (52 зерна). Фактически во второй от периферии зоне 48 зерен вместо 52. Недостает 4 алмаза. На практике часто наблюдается износ именно этого ряда при сохранности других в особенности центральных рядов.

Анализ фактического количества зерен алмазов серийной коронки 17К4 в сравнении с расчетным по заявленному способу приведен в таблице,

Формула изобретения Способ распределения алмазов на коронке, включающий размещение алмазов на рабочем торце коронки, отличающийся тем, что, с целью экономии алмазов при одновременном сохранении рабочих параметров коронки, площадь рабочего торца коронки с учетом площади кернообразующего отверстия разбивают на кольцевые зоны одинаковой ширины, равной размеру алмазного зерна, и в каждой зоне рабочего торца равномерно размещают зерна алмазов, при этом количество алмазов возрастает по направлению от центра к периферии коронки в последовательности 1, 3, 5 ..,, (2п - 1), причем за единицу применяется количество зерен алмазов в центральной зоне коронки.

J

№ Ш Ш

ЯЩ H

Способ распределения алмазов на коронке. Использование: изготовление алмазного породоразрушающего инструмента. Сущность изобретения: площадь рабочего торца коронки, включая площадь кернооб- разующего отверстия, разбивают на кольцевые зоны равной ширины. Ширина зоны равна размеру алмазного зерна. В каждой зоне рабочего торца равномерно по окружности размещают зерна алмазов. Количество алмазов в каждой зоне возрастает от центра к периферии в последовательности 1, 3, 5 ... (2п-1). За единицу принимают количество зерен алмазов в центральной зоне коронки 1 ил.