Классификация шарошечных долот
Инструмент для шарошечного бурения, или долота, классифицируется по нескольким ключевым признакам, что позволяет подобрать оптимальный вариант для конкретных горно-геологических условий.
- Область применения: предназначены для бурения в породах разной крепости и абразивности.
- Тип рабочих элементов: различают долота с фрезерованными или вставными (твердосплавными) зубьями.
- Количество шарошек: выпускаются одно-, двух- и трехшарошечные модели.
- Система очистки забоя: по конструкции каналов для промывки или продувки: с центральной промывкой (Ц), боковой гидромониторной промывкой (Г), центральной (П) или боковой (ПГ) продувкой.
- Конструкция опоры шарошек: один из самых важных параметров, определяющий долговечность. Существуют опоры на подшипниках качения (В), комбинированные (например, один подшипник скольжения и остальные качения — Н, в том числе с герметизацией — НУ), а также полностью на подшипниках скольжения (А и АУ с герметизированными маслонаполненными опорами).
В горнодобывающей промышленности наиболее широко применяются именно трехшарошечные долота, часто с опорами типа Р-Ш-Р, которые включают два силовых роликоподшипника и расположенный между ними замковый шариковый подшипник.
Маркировка и примеры конструктивных решений
Маркировка долота содержит всю необходимую информацию о его характеристиках. Рассмотрим пример: 111-215,9-СЗ-ГНУ.
- 111 — трехшарошечное долото.
- 215,9 — номинальный диаметр в миллиметрах.
- СЗ — тип, предназначенный для абразивных пород средней твердости.
- Г — боковая гидромониторная промывка.
- НУ — герметизированная маслонаполненная опора на одном радиальном подшипнике скольжения и подшипниках качения.
Конструкция долота адаптируется под свойства породы. Например, для бурения мягких пород оси шарошек специально смещают относительно оси долота, что усиливает скалывающий эффект.
Для работы с крепкими вязкими породами используют самоочищающиеся долота. Их особенность — фрезерованные пазы между зубьями, благодаря которым венец одной шарошки входит в проточку другой, эффективно очищаясь от налипшей породы. Для глубокого бурения предпочтительны сферические долота, отличающиеся повышенной стойкостью опор.
Вспомогательные устройства для повышения эффективности
Для увеличения ресурса и эффективности шарошечные долота оснащают дополнительными устройствами: лубрикаторами, маслоотделительными втулками, шламозащитными клапанами, амортизаторами и стабилизаторами.
Система смазки — критически важный узел. Традиционно для этого используется масляно-воздушный лубрикатор, устанавливаемый над долотом. Сжатый воздух подает масло в смесительную камеру, где турбинка дробит его на капли. Образовавшаяся масляно-воздушная смесь поступает к подшипникам шарошек, смазывая и охлаждая их, а воздух создает барьер для бурового шлама.
Более простую и эффективную систему разработали российские инженеры. Она использует маслоотражательную втулку, которая устанавливается в центральном канале долота. Втулка отделяет масло из воздушного потока и направляет его непосредственно к опорам, что обеспечивает более равномерный износ.
При бурении обводненных скважин для защиты от шлама применяют обратные клапаны. При остановке подачи продувочного агента клапан закрывается, создавая в полостях долота воздушную подушку, которая препятствует проникновению загрязненной жидкости.
Для гашения вибраций бурового става, возникающих при интенсивных режимах, используют амортизаторы. В них энергия колебаний поглощается за счет деформации резиновых элементов и перетекания амортизационной жидкости через специальные жиклеры.
Мировой опыт и тенденции развития
Значительная часть мирового производства шарошечных долот для горной промышленности сосредоточена у нескольких американских компаний-лидеров, таких как Smith, Sandvik и других. Их ключевые разработки направлены на повышение надежности и срока службы.
- Совершенствование опор: Широко применяется комбинированная опора, включающая большой роликовый подшипник, замковый шариковый и подшипник скольжения с торцовой опорной пятой. Это позволяет разгрузить основные подшипники от тангенциальных нагрузок.
- Использование современных материалов: Лапы и шарошки изготавливаются из высоколегированных сталей, а для критических узлов используются наплавки твердыми сплавами и антифрикционные втулки.
- Повышение точности изготовления: Минимизация люфтов в подшипниковых узлах напрямую увеличивает ресурс инструмента.
- Герметизация и эффективная смазка: Применение герметизированных опор и встроенных систем смазки предотвращает попадание абразива и обеспечивает стабильную работу подшипников.
Несмотря на высокий уровень зарубежных разработок, российские инженеры сохраняют приоритет в создании уникальных конструкций, таких как комбинированные режуще-шарошечные долота, разборные модели со съемными лапами и инструмент для бурения скважин некруглого сечения, которые пока не имеют зарубежных аналогов в серийном производстве.