автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Закономерности процесса разрушения горных породинструментом из поликристаллических сверхтвердых материалов

нацшнальна акалемш наук укра1ни жстйтут г1др0механ1ки

г* п» г» Д П

Г I ■ "Л

2 2 ДПР 1996

На правах рукопису УДК 622.243.051 КРАСН1К Вячеслав Григорович

зак0н0м1рн0ст! процесу руйнування прських п0р1л инструментом э пм1ш5стал1чких нлдтвердих матершш

СПкиалкнКзть- 05. 15. И - " Ф1зичн1 процеси т1р!гичого виробнгщтва'1

Автореферат' дисертацИ на эдобуття вченого ступени, доктора техн!чних наук

КиТв 1996

ДисертаШя явдяе собою рукопис

Робота виконана'в Шституг! надтвердих матер!ал1в 1мен1 В.У. Бакуля HAH Укра1ни (м.Ки!в)

Науковий консультант доктор техи1чних наук

евшиков i.A.

0ф1ц1йн1 опоненти:

доктор техн!чних наук, професор ВАСИЛЬЕВ Л.М.

доктор техн1чних наук, професор ГЛАТМАН Л. Б.

доктор техн1чнда наук. Професор ПИРСЬКИЙ O.A..

Пров1дна установа: ДОИЕЦЬКИЙ НАУКОВО-ДОСЛЩ1ИЙ

ВУПЛЬНИЙ 1НСТИТУТ

Захист в!дбудеться "_"_ 1986 р. о_годин!

на 8ас1данн1 Спец1ал1вовано1 Ради Л 01.04.02 при 1нститут1 г1дромехан1ки HAH УкраКни ва адресов: 262057, и.Ки1в, вуд.Желябова, 8 /4. 1ГМ НАНУ.

3 дисерта«1ею моаша ознайомитися у б1бл1отец1

1нституту г!дроыекан1ки HAH Украйни Автореферат ровЮданий "_"_ 1986 р.

Вченш секрета? 1

CneuiaalsoBaHo'i Вчено'1 Ради, кандидат техн1чних наук ^ и^ В. I.Плужник

ЗАГАЛЬНЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуадьн1сть проблем. У зв'язку з несбх1дн1стл Интенсивно* го розвитку паливно-енергетично'1 та м1нерально~сировинно! бази Укра!ни р1эко еростають обсяги ро01т, пов'язан! 1з руйнуванняМ Г1рських пор1д. При цьому одн!ею в найвадливших задач вуг1льно! промисловост1 Б 8б1льшення обсяг!в видобутку вуг!лля до р1вня» ИР дасть можлив1стЬ забезпечитй потреби народного господарсСйа Укра1нИ. НеобхШо також враховувати, що розвйток палйвно-ейер-гетично! бази УкраТни здеб1льйого взаемопсв'йзаяий 13 ступеней' освоения Нафтових, газсвих та вуг!льних родовит Швноч! РосП, розташованих у вон! в1чно! мерзлоти.

Тому вйникае необх1дн1сть у створенн! породоруйн1вного 1нс-трументу нового техн1чного р1внп, здатного не т1льки а високою продуктивною працюватйлри Сур1нн1 м1цн'их г1роьКих пор1д, алб й ефективно руйнувати мерзл! грунтй, незважаючи ка 1хнеоДнор1д-н1сть та вйсоку абразИвн1сть. 0ск1льки Мояоивост1 удосконалеяяя традиц!йних твердих сплав1в Лосить обмеяен1, то створення ефек-тивного породоруйн!вяого 1нструменту можлиье Пльки на оонов! застосування нових 1нструменташгих матер]зл1в, зокрема, пол1к-ристал1чних надтвердих матер1ал!в (ПНТМ), як1 мають висок! м1Ц-н!сть, зносост1йк!сть, теплопров!дн1сть. 'Проте реал1зац1я ун1-кальних властивостей пол1кристал1чних надтвердих натер1ал!в у г1рничому 1нструмент1 ускяаднена у зв'язку в 'недостатн1м вивчен-ням процесу 1х взаемодП з Прською породою, !х високою чу тли-, в1стю до терм!чного впливу та динамгчних навантажень, складн1стю кр1плення, а також Ыдносйо тасокою "варт1стю ПНТМ.

В зв'язку зним 7ТосЛ1дження ваконсм1рностей процесу руйну-вання г1рських пор1д пол1кристал1чиими нацтвердими матерШами довволяють зирмяти. значну'проблему п1двицения ефективност1 руй-нування г1роьких' пор1д мяхом-створення породоруйн1ьного 1нстру-менту нового пок6л'1ння,' тцо эдае велике народногосподарське значения.

Досл'1дження 'виконувались по плановим темам ¡нституту надтвердих ,матер1ал1в ПАН УкраТни в межах республ1кансько! комплекс- . нот 'программ "Енвргокомплекс" РН.05.'08.Ц,' та роботами з М1нвуг-лепромом "Укра'гни В919201000. В919507000М, КПКОвСОСМ.

Мета роботч - досл!дження еакономДрностей процесу руйнування г1рсг>ких пор1д пол1крисгал1чними надгвердими цатер!алами та ртворення на Iн основ! високоефективних породоруйншш 1нстру-менгХр нового покол1ння для Сурових мащин обертадьно? дП.

7дея роботи - шдвшдення ефективнасг! процесу руйнування г1рських пор!д 1нструментом в пол1кристал1чних надтвердих мате-р1ад1в шляхом формурання розвинено! бони передруйнування у ниж-целелсачих шарах масиву породи, вибору оптимальних уиов експлуа-тацП та обгруртування рацЮнально! конструкцП 1нструменту 8 урахуванням ф1знко-цекан1чних властивостей породи, яка руйнуеть-ся.

Науков! положения, як! роароблен! дисертантом та виносяться на аахист. •

1. Нове уявлення про ыехан1зц руйнування м1цицх г!рських пор!д пол1кристал1чними надтвердими ыатер!алами, що полягае у формуранн! розвиненоЪ вони передруйнування у никчелехачих шарах породного масиву у результат! сумарного вгашву ус1ё"1 пластина та ы1кровиступ!в алмаз1в, що створюються на р!жуч1й кромЩ та вад-н!й поверхн! пол1кристала.

2. Роам1р зони передруйнування у результат 1 сумарного впливу поликристал1чно! пластини та ы1кровиступ1в, що формуються »а р!жуч1й кромц! та вадн1й поверхн1 пол1кристала, вначно перевищуе глибину р!зання, що призводить до внюкення сили р!зання та спри-яе п!двищенш> ефективност! процесу руйнування породи 1нструмен^ той в ПНТМ.

3. Область ефективного застосування 1нструменту а пол1кри-стал!чних надтвердих ыатер1ал1в обмежуеться умовами, при яких формуються м1кровиступи на р1куч1й кромц1 та ваднШ поверхн! по-л!кристала, як1 обумовлюють б!льш 1нтенсивне руйнування породи ва рахунок вяникнення широко развинено! вони передруйнування.

4. Прогнозувати форми вносу 1нструменту з пол1кристал1чних надтвердих матер1ал1в у результат! вваемодП г масивоы ПрсьКо! породи ыодливе на п1дстав1 розроблено1 математично'1 под ел 1 про. цесу р12анняь яка враховуе ф18йко-механ1чн1 властивост1 породи,

шр руйнуеться.

5. Ефектившсть бурового Инструменту при бур1нн! мерзл их грунт1в встановлюеться на П1дстав1 акал1тичного визначення мак-сиыально допустимо! температуря зруйнованого грунту, який вино-

- б -

ситься на денну поверхио, значения яко! не повинно перевищувати абсолютне значения температуря оточуючого середовища.

ООгрунтоваШсть та достов!рн1сть наукових положена. виснов-к!в та рекомендац!й Шдтверджубться коректн!стью постановки та р1шення задач 13 застосуванням фундаментальнее положень механ1ки контактно! вваемодИ твердих т1л, що деформуються; механ1Кй руЙ-нування, термодинам!ки мерзлих грунт1в; зб1жн!стю розрахункових даних 8 результатами експериментальних досл1джень в межах 257. i з результатами, одержавши 1ншими досл!дниками, представницькими обсягами експериментальних даних.

Наукова новизна проведених досл1джень у тому, що:

- вперше ровроблено та обгрунтувано ново уявлення Про меха-'' híbm руйнування г!рсы:их nopifl ПНТМ, до полягае у оДноЧасйому впливов1 на породний насив пол1кристал1чн&'}> пластики та Mlkpo-виступ1в алмазних зерен, що формуються на-р1жуч!й кромц1 та зад-н!й поверхн! пол1кристала, у рез"Льтат:ЬЧЬго-íctotho зб1лыауетЬ-ся зона передруйнуваиня у нижчележачих-шарах лородного масиву, що энизкуе ckjIobí характеристики-процесу р1зання;

- вперше дана к!лък1сна оц1нка величия1 м!кровиступ1в алма-в1в, шо формуються ва р1жуч1й'кромц!~ та -задй!й поверх«! пол!к-ристала, а також встановлено, що висота-м!кровистул1й, яка ста-новить 5-25 мкм, залежитк не-в1д~зеркистост! вих1дних шл1фпорои-к1в, а визначаеться ушввми контактно?-- впаемодП пол!кристала в породою, що руйнуеться

- встановлено, що при р1занн1 и'яких пор!д, а також' при 1н-тенсивному тешговид2ленн! у зон! р!зання\ формування м1кровисту-п!в на р1жуч1й кромц1 та задн1й поверхн! полжристала не в1дбу-Ваеться, тому ПНТМ працюе аналогично- твердосплавн1й пластин1,' внасл1док чого знижуеться ефективн1сть процесу бур!ння;

- ОазуючисЬ на встановлених-'контактних характеристиках процесу взаемодП пол1крис?ал1чяиг надтвердих матер!ал1в з г!рською породою, вперше побудовако модель де4юрмуааннл та руйнування породного масиву л!д впливом ПНТМ, яка- дозволяв розрахувати величину. тиску в зон! контакту.р1зця з- породою та визначити формо-. зм!нення' поверхн! р!зця у процес! зношування; розроОлена модель взаБмодЛ ШТМ з породним масивом враховуе одночасно перемШення породи внаслиок пружнього деформування, Сюрмуаання зсни передруйнуваиня та в1дд!лення стружки у раз! крихкого руинуЕанкл;

- на основ! математичного моделювачня эаконсм1;:/;осг'.-й pos-

Под1лення теплових поток!в при бур1нн! мерзлих грунт1в эапропо-новано метод оц1нки ефективност! роботи бурового 1нструменту, да полягае в аналогичному установление максимально допустимо! тем-дератури аруйнованого грунту, що взноситься на денну поверхню, яка вишвочав його розыорожуванля;

- ексцериментально доведена можлив!сть руйнування полхкрис-тал!чними надтвердими матер!адами мЩних прських пори типу гран!ту та Шсковика при п1дтриманн1 зтаб1льного теплового режиму, який виключае катастроф!чний зное ПНТМ внасл!док граф1т1за-цЦ алмазного слою.

Значений отриманих результат1в для теорИ та практики поля-гае у вивначенн! та розкритт! ваконом1рностей процесу руйнування Г1рських пор!д пол1кристал1чними надтвердими матер!алами на Саз! фундаментальна положень механ!ки контактно! взаемодП твердих т1л, що деформуються, } механ!ки руйнування та формулюванн! нау-кових положень Шдвгацення ефективност1 г!рничого породоруйШвно-го Инструменту в ПНТМ.

Практичне значения роботи полягае у використанн1 розробле-них наукорих положень, розрахункових методик, висновк1в та реко-цендац1й для створення породоруйн1вного 1нструменту нового поко-Лння. а саые:

- двох-, трьох- та чотирьохперих р1зц1в, оснащених алмаз-нотвердосплавними пластинами, призначених для обертального бу-р!ння BijyplB та анкерних свердловин у вуг1льн1й та буд1вельн!й галузях'промисловост!, шр 8абезпечуютъ гидаиш.ення ст1йкосИ 1нс-трументу у 70-90 раз1в та зб1льшення швидкост! бур1ння у 1,6-2,5 рази;

- р1зщв, оснащених алмазно-твердосплавними пластинами, для виконавчих орган1в камнер1зних машин для р!зки каменю, що забез-печують аниження витрат 1нструыенту у 120-180 раз1в у поргвнянк! в сер1йними р1ацями;

- багатор1вцевого бурового 1нструменту для обертального су-р1ння свердловин д1аметром 220, 380, 430 , 450, 470 та 600 мм у Мерзлих грунтах, оснащецих р1зцями а алмазно-твердосплавними пластинами, шО забезпечують пЦвищёння швидкост! бур1ння у 2-4 рази та 8б1льшення ст!йкост1 р1зц!в у 30-60 раз1в;

- виконавчих орган1в бурошнекових ыааин, призначених для безлюдного видобутку вуг!лля у тонких шарах, що забезпечують вниження енергомЮткосП бур!ння та п1двиздення ва рахунок руину-

вання великими зколами якост1 вуг1лля, що видобуваеться.

. Створен! конструкцП 1нструменту з пол1кристал!чних над-твердих матер!ал!в широко впроваджен1 у практику Прничих та бу-д!вельних роб1т. Вони зробили 1стотний внесок у розвиток прогре-су в г1рничодобувн1й та буд!вельн1й галуэях промисловост!. Екот ном1чний ефект в!д впровадження розроОок становить б!льше 20 млн рубл1в, у тому числ! дольова участь автора - 01льше 7 млн рубл!в (у ц1нах 1981 р.).

Особистий внеесок автора полягав у теоретичному узагальнен-н! та вир!шенн1 велико! науково-техн!чно! проОлеми. - п1двищення ефеютвкост! процесу руйнування г1рських пор1д пол1кристал1чними кадтвердими матер!алами та створення на '1х основ! породоруйн1в- • ного 1нструменту нового покол1ння для бурових машин обертально! д!1. Внесок автора у межах окремих роздШв роботи полягае:

- у теоретичному та експериментальному обгрунтуванн1 дсн ц1льност1 застосування пол1кристал!чних надтвердих матер1ал1в при руйнуванн1 м1цних пор!д при обертальному бур1нн! шпур1в, р1-занн! кам1нню камнер1эними машинами, в бурах великого д1аметру для бур1ння мерзлих абразивних груйт1в;

- у встановленн1 та обгрунтуванн! на баз! експериментальних досл1джень механ1вму руйнування Прських пор1д пол1кристал!чними надтвердими матер!алачи, що полягае в одночасному впливов! на породний масив пол!кристала та м1кровистуг!в, як! формуються на р!жуч1й кромц! та задн!й поверхн! пол1кристала та беруть участь у розвитку зон передруйнування у нижчележачих шарах породного маеиву;

- у встановленн! на основ! фрактоскоп!чних досл!джень висо-ти м1кровиступ1в алмаз!в, що формуються на р1жуч1й кромц1 та' задн1й поверхн! пол!кристала, геометричн1 параметра яких залечить не в1д зернистост1 вих1дних алмазних шл1фпорошк1в, а вивна-чаються умовами контактно! взаемодП пол!кристала з породою, ио руйнуеться;

- у розробц! математично! модел1 деформування та руйнування породного масиву п!д впливом ПНТМ, що враховуе одночасно пружне Деформування, формування вони передруйнування та в1докремлення

стружки внасд1док крихкого руйнування та дозволяе Еигначити фор-мозм1нювання поверхн! р!зцл у процес! зналування;

- V проведенн! комплексу досл!джень по визначенгао оптимаяь-них геометричних параметров 1нструменту з пол1кркстал!чни;< над-

твердих uaTepluiiß та облает 1 1х ефективного вастосування;

- у розробц1 методу оц1нки ефективносИ роботи 1нструменту для бур1ння мерзлих грунт!в, що полягае в анал!тичному визначен-Hi температури вруйнованого грунту, яка викшочае цого розморожу-вання.

Автор роботи вапропонував геометричн! параметра та нов! конструкцП 1нструменту в ПНТМ, приймав беапосередюо участь у його розробц! та впровадженн! у виробнидтво.

Робота виконана в 1нститут1 надтвердих матер1ал1в HAH Укра-1ни у межах його теыатичного плану. Автор виражае вдячнЮть сп1вроб1тникам IHM HAH УкраЧни, Д0НВУГ1, 1ГД 1м.А.А.Скочинского, 1ГТМ HAH УкраЧни, 1Ш РАН, а також 1нженерно-техн1чнш прац!вни-кам ВО "Донецьквуг1лля", "Макееввуг1лля","Стахановвуг1лля", енергобуд1вельним трестам Укра1ни та РосП, що надали допомогу на р18них стад1ях створення та сер1йного освоения ровробок.

Реал1зац1я висновк!в та рекомендаций роботи. Ревультати досл1джень, науков! положения, висновки та рекомендацП впровад-жен! при створенн1 ц1лого ряду породоруйнШого !нструменту нового покол1ння, а саме:

- двох-, трьох- та чотирьохперих р1зц1в, оснащених алмаз-но-твердосплавними пластинами, як! широко застосовуються на шахтах М1нвуглепрому УкраШи при обертальном бур!нн1 ¡unypiB; :

- р1вц1в, оснащених алмазно-твердосплавними пластинами, для виконавчих орган!в камнер1вних машин, як1 використовуються на вахтах та кар'ерах Укра1ни та Моддови при вид обутку каменю;

- Сагатор18цевих бур!в для обертального бур!ння свердловин д!аметром 220 , 820, 430 , 450, 470 та 600 мм у мерзлих грунтах, оснащених р1ацями в алмагно-твердосплавними пластинами, як1 ус-п1вно застосовуються в енергобуд!вельних орган!8ац1ях п1вноч! РосП;

- виконавчих орган1в бурошнекових машин, призначених для —безлюдного в ид обутку вуг1лдя у тонких шарах, як! впроваджен! на

вахтах ВО "Донецьквуг1лля".

Впроваджен! у виробництво:

- у 1991-1992 р. за р!шенням ДержкомИету вуПльно! промис-ловост! УкраТни на Досл1дному завод! 1Ш HAH Укра1ни орган18ова-не великомасштабне виробництво р1гц1в для обертального бур1ння, оснащених алмазно-твердосплавними пластинами, в обсягах, пр аа-довольняють потреби шахт Донбасу;

- виробництво р!зц!в, оснащених алмазно-твердосплавними пластинами, для камнер!зних машин р1зних тип!в орган1зоване на НВП 'инструмент алмазний";

- прсмислов1 партП ' бур!в р1зного д1аметру для бур!ння мерзлих грунт1в та буровйх головок для буротнековых машин випус-кае Дослгднии завод ¡Ш HAH Укра'1ни.

Апробац1я роботи. Основн! положения допов1дались та одержали схвалення:

- на Республ1кансы<ому сем1нар1 "Ефективний Прничий поро-доруйн!вний инструмент" (м.КиЧв, 1986 р.);

- на Всесоюзное/ ceMlHapi з вуПльного машнобудувагаш Куз-басу (м.Кемерово, 1989 р.);

- на XIV М1жнародн1й науково-техн1чн1й конференцП з меха-н1зацП та автоматизацН 8емлер1йних poölr (м.Ки'1в, 1991 р.);

- на Всесоюзному сем!нар1 "Н0ве у теорМ, технологи та техн1ц! бур1ння" (м.Москва, 1991'ре);

- на М1жнародн1й конференцП1 "Вгергод1агностика" (м.Москва, 1995 р.);

- на 7-1й М1жнародк1й тонференчП* з механ1чних властивостей матер1ал1в (м.Гаага, Н!дерланди; 1995 р.).

Публ1кацП. Основн! матер!аш дисертац1йно1 роботи опубл1-кован1 у 48 друкованих роботах, у тому ч юл2 26 авторських св1-доцтвах та патентах* на вияах1д-. Результата досл1длень викладен1 також у 14 зв1тах- з НДР та ДКР,' у яких автор приймав безпосеред-ню участь.

ОСНОВНИЙ 3MICT РОБОТИ

Стан проблема: Задач! досл!джёнь. Шдвищення ефективност1 процесу руййування; г!рських пор1д е основним напрямком розвитку породоруйн16й0го 1нструменту.

Значний-внесок у розвитск тесрП- руйнування г1рських пор1д внесли-ЬС.Покровський, ¡.О.Остроушко, Л.О.Шрейнер, В.В.Царицин, Л/ПБйргогз. Л-.В.Глатман, е.З.Позин, 0.1.Сп1вак, О.Д.Ал1мов, ЛСТ! Дйорников, Г.В.Арцимович, О.Ф.Кичигин, 0.1. Протасов, Ef.fi.'Гетотаиов, е.В.Олександров, В.Г.Соколинський, е. 1-Иемякин, М.Р.Мавлютов, 1.Ф. Кагарманов, Р.М.Эйгелес, В.Н.Потураев, С.Я.Сологуб, О.Н.Зорин, О.Н.Мосьзльов, М.Г.Крапивин, Е.Б.ВДремов, В.М.'Усаченга, Л.М.Васильев, I.А.Свешн1коа.

Питаниям створення порсдоруйн1вного 1нструменту на основ! йптм- присвячен! роботи I.A. Свешйкова, Т.Ф.Еовчаковського,

е.М.Ф1нкельште:",на, О.и.Вочковсыюго, Г.Н.Суюшава, а такох ряд у вакордонних автор!в.

Проте для розширення галувей вастосування ПНТМ та створення 1нструмент1в нового техн!чного р1вня необх1дно поглиблення уяв-лення про ф1аичну сутн1сть процесу руйнування г!рських пор1д но-вими 1нструментальними матер1алами.

Вивчення стану проблеми дозволило сформулювати так! вадач1:

1. Теоретичн1 та експериментальн1 досл1дження процесу контактно! вэаемодП оородоруйн!вного 1нструменту з ПНТМ в масивом г1рсько! породи та обгрунтування вибору конструктщших параметра 1нструменту а пол1кристал1чних надтвердих матер1ал1в.

2. рззробка математично! модел1 процесу р1зання г1рських пор1д та зношування системи р18ц1в, реал!вац1я яко! дозволяв обгрунтувати Шенсиф1кац1ю процесу руйнування породного масиву при бур1нн1 багатор1зцевим 1нструментом в ПНТМ.

3. Досл!дження ыехан!зму руйнування г!рсько! породи пол1к-ристал!чними надтвердиыи матер1алами i закономерностей формуван-ня вон руйнування та передруйнування в результат! впливу ПНТМ у процес1 р1аакня.

4. Досл1дження впливу геометричних параметр1в ПНТМ та поро-доруйн1вного 1нструменту на основн! показники процесу р!зання Прських пор!д та оптим!зац1я конструкц!й р!зц!в обертального бур!ння.

Б. Теоретичн! та експериментальн1 досл!дження процесу pi-8ання мерзлих грунт!в 1нструментом 8 ПНТМ ! створення нових ефективних конструкц!й р1зц!в та бур1в бурильних машин.

6. На OCHOB1 проведении досл1джень ровробка породоруйн!вно-го !нструменту нового покол!ння для виконавчих орган!в бурових машин обертально! д11.

Методи лосл1джень. У теоретичних досл!дженнях використову-вались фундаментальн1 положения механ!ки руйнування г!рських по- р!д, теор!! пружност!, теор!! контактних задач. У експеримен-тальних досл1дженнях аастосовувались методи тензометр!!, комп'-ютерно! проф!лограф1!, стереоскоп!чно1 фрактоскоп!!. фотолюм!-несценцП. Bei стенди, як1 використовувались для досл!джень буди п!дкоочен1 до б им!рювально-обчислювадьного комплексу IBK-20. Тому об робка Ecix результат1в експериментальних досл1джекь проводилась на ЕОМ а використанням метод!в математично! статистики.

Теоретичн! досл!дження процесу вэаемодП породоруйнуючйх

елемент1в з г!рською породою.

Контакту взаемод!» инструменту э Прською породою можна охарактеризувати рядом геометричних, механ1чних та триботехн1ч-иих параметр1в. При цьому р!вц! роэглядались як жорстк! т1ла, як1, проте, можуть знашуватися. Тому умова контакту р!зця з породою моде бути представлена як сума перем1щень за рахунок зносу р1зця л*! (I) та перем1щень внаслздок деформаШ та руй-

нування в 1 пор (10 породи у вигляд! сШвв1дношення:

а) + и, + пшор а> - с а) . (1)

У вттадку ваданого осьового йусилля Ра) для визначення подач! сл1д додати умову р!вноваги N

Ра) - Е Р! Ц) соэфь 1-1

Спираючись на результата ро<51т М.В.Коровчинського, В.В.Па-насюка, 0.6.Андр!йкова, закон зкзшування р1зц!в приймався у виг- , ляд1 степенно'1 залежност! швидкосИ внашування Зи*1/ЗЬ в1д тиску яар1вЦ1 р! (Ь) та його лШййо! швидкост! ковзання VI:

« В

ЭтЛ'/ск К Р1УЬ (2)

де а, В - триботехн!чн1 характеристики пари, шр визначають-ся експершентально.'

Для визначення перем!щень породи рог.глянута контактна задача про взаемод!ю сисТемИ' бурових р1зц!в а г1рською породою. При цьоМу эадня поверхюг'буровйх р!зц1в може Сути представлена у вигляд! прямокутного майданчкка шириною 2а та довжиною 25.

використовувавея* загальний для теорП численного контакту П1дх!д, ввйжаяоеы .-цо пружн! перемещения породи п!д р!эцем скла- _ даютьбя'З Пйремадень *М11, аумовлених д!ею тиску Р1 , та додатко-вих перемщеяь-УгГ в!д д11 зосередженю: сил Pj, Д1)очих на 1ни1 р!зц!'Системи у точках з координатами (хь уО (1^3). При до-пущ&йШ'Л' щр'Порода виоо» може бути представлена у вигляд! изотропного-пруятог о п!впростору, механ!чн1 властивост! якого опису-ют*ей"ЯадулБм пружност! Е та коеф1ц!ентом Пуасона V, вираа для перёйНдеяь' Иц (&) при виконанн! умови 5 << а , як показано у роботах Л.0.Гал1на, мае вигляд:

а ■

- - 1г— Р*1 (3)

Л Е . 5

де р*1- тиск на одиницю довжини; додатков! переы1щення Ш ме*1 п1впростору визначались на основ1 формула Бус1неска: г- V2 к Р*(1-би)

И21(0--Е —; ■ (4)

«Е 1-1

3 сп1вв1дношень (3), (4) та умов контакту 1-го р!зця 1з ви-боем Иц (е.) + (е.) - т. (б)

де впровадаення у пружний п1впрост!р 1-го р!вця, випли-вае вираз для тиску р*»(&):

КЕ Щ 1 N 1

р%(0------Е - • (6)

2(1-у2) 1е(а/5) 2 1_г /(х13-02+Уги 1д(а/б)

Шсля 1нтегрування (6) та подальших леретворень отримано сп1вв!дношення ы!ж впровадженням тц та д!ючими на р1ец! наванта-женнями 1 я х11+а+/[Хи+а)2+у213

Цх +- £ (1-5и)ч11п-• (?)

22е(а/б) 1-1 хц-а+/(кц-а )2+у'21з

Р(1-У2)

Тут д1-р1соз4/Р. 1Н/ть. По--1е(а/б),

яЕасог^

де т»о" впровадаення у пружний п!впрост1р р1зця п1д д!ею си-ли Р, який мае ватуплення по задн1й поверхн! у в иг ляд! вузького пряыокутника !в сторонами 2а та 25 .

Як вишшвае 1з сп!вв!дношення (?) впровадаення дов!льного 1-го р!зця еалежить в1д розпод!лу осьового зусилля Р м1к вс!ма р18цякш. Швидк1сть л1н1йного зносу 1-го р1аця Н1 (I) у в1дпов1д-ност1 з сп1вв!дношенням (2) виэначаеться таким чином:

Р1(1) а & о к г- 1 и п. (8)

Для роэрахунку розпод!дення навантажень (I) м!ж р1зцями - використовув&лись сп1вв1дношення (7), ЯК1 у даному випадку 8 урахуванням сй1вв!дносення (2) матимуть вигляд: яф 1Са)-Н4а)1 1 н

---- £ (1- 51з) х

(1- V2) 1еа/б1(Ь) . г^а/е^р х 1п--- . (9)

Отриман1 сп1вв1дношення (7) - (9) разом з умовою р!вноваги (1) представляють собой повну систему р1внянь для досл1дження кинетики процесу зношування системи р!зШв бурового 1нструменту та перерозпод1лу навантажень м1я ними у процес! роботи.

Для лерев!рки адекватност! розроблено! математично! модел1 проведен1 експерименти по вивченню законом!рностей розподХлення навантаження у породоруйшвному !нструмент!. Анал1з отриманих результата показав, що залежност! зм!нювання складових сили р1-зання та навантатень на р!зцях в1д в!дстан! в1д ос! обертання мають г!пербол1чний характер, на який не впливае-величина прик-ладеного яавантаження. Роб61жл1схъ розрахунковнх та експеримен-тальних даних не перевщувала 142. що св!дчить про справедли-'-в!сть отримано'1 математично"! модел1 та можливост1 11 застосуван-ня для моделювання процесу руйнування г1рських пор1д р!зцевим 1нструментом. Це дозволило дал! використовувати И для прогнозу-вання процесу зношування р1зц!в та перерозпод!лу навантажень на породоруйнуючих елементах багатолезв!йного бурового 1нструменту.

При досл!дженн1 процесу контактно! взаемодП алмазно-твер-досплавних пластин в г!рською породою приймалосв, да у вон! контакту одночасно мають м!сце пружн! перемИдепня-я (х, у) вздовж ос1 г, що описуються р!внянням

1» (х, у) - к р (х, у), (10)

де р (х, и > 0 - контактами тиск у точЩ х поверхн! породи, що зб!гаеться а тиском у точц1 р!зц? к - х-УЬ у момент часу Ь (р (х, I) - р (е,, 1.)), а також необоротн! перемещения вздовж ос1 2 ц (х, I), як! шдпорядковуються сп1вв1дношенио du

— (х, О - ж (V) р (х, О. (11) Л

Необоротн! перемЩення характеризуете руйнування породи п1д р1зцем внасл!док виникнення зони передруйновано! поверхн1. Необ-х!дн1стЬ урахування в математичк1й модел! вказан их перем1щега> всталовлена на основ! вивчення процесу р1зання г1рсько! породи П1д електроннйм к!кроскопом на спец!альн1й тензоустановц1. Конк-ретний вид залежност! зе (V) повинен обиратись з урахуванням ме-хан!чних характеристик породи, то руйнуегься. Тому умова контакту р1вця з породою моде бути записано таким чином:

20 (х) - V (л, I) - и (х, I) - Г (х-'К.) - с (I). (12) У диференц1йн!й форм! з урачуваиням сШееьчкокнь (10) та

- 14 -

(11) це сп1ввЦ.-.юшеннз мае виг ляд:

ёр(хЛ) <1са) ае(У)р(х,и + к----

¿Г (Х-УЬЛ)

сЛ (И Л

Поруч з пружним деформуванням та виникненням вони передруй-нування при впровадженн! Инструменту мае ы1сце руйнування породи 8 Ыдокремленням фрагмент! в к1нцевих розм!р!в, Виникнення стружки в колу у ыасив! ПрськоЧ породи в!дбуваеться внасл1док роэвит-ку тр!щини, яке починаеться б1ля вершини р!зця. При ыодешванн! цього процесу приймадось, що в1докрешення стружки породи в1д-буваетъся у момент часу. 1", коли горизонтальна сюадова тиску у точц! С досягае критичного 8наченяя р*. тобто Р Ь") - р". (14) При щ>ому в точки X*- 6*+ VI* розвиваеться тр1щина. Вважаеться, що тр!щина являе собою ламану л!-н!ю 1 (х) (рис. 1). кут нахилу яко! е на цожяому В1др1аку Сх1, Хц.11 ДОВЖИНОЮ Дх-| 1 е ви-

падковою величиною, р!вном1рно роэпод1леною на в1др1гку [0; V). ос*- агсЬдг Ш (е., Ь) /си. представляв кут нахилу проф!ля р!зця до ОС1 X у ТОЧЦ1 X*.

Тр1шина розвиваеться аж до виходу на поверхню у деяк1й точ-Ц1 х3 1 (Хв) - го (Хв)I В!докремлення стружки призводить

до зи1нення форми меж! породи перед р!зцем: 2о (хЩ-^+о -1 (х). х* < х < Хб; 2о Сх) и-1Ь*+о -г (х)|сч*-о х > хэ. (15)

Для моделювання вносу Инструменту на основу ПН1М у процес1 р!зання г!рсько! породи використовувалось сп!вв1дношення, яке • авичайно застосовувть для опису абразивного еношування

- К*РП t) V, (16)

де /31 та Рп (Ь. Ь) - 1нтенсивн!сть енашувания та

контактний тиск по нормал! до поверхн1 тертя; V - швидк!сть выносного перем1щення т1ла, шр зношуеться, та абразивного середо-вища; К« - коеф!ц!ент вносу.

х'ЪЪЪ xs

Рис.1 Схема розповасдаення тр!щдаи.

Внходячи з геометр!чних м1ркувань, одержуемо V -V /соз («), Д) /¡к. - 3£ /дЬсоэ (сО, де-- а кут нахилу проф!ля р!зця до ос! х у К0ЖН1Й точц! е,; собСсО -Рп(^.Ь) - р на випадок в!дсутност1 сил тдртя м!ж р!зцем та

породою. Тод! зм!нення форми 1нструменту внасл!док зносу визна-чаеться таким сп!вв!дношенням:

ЭГ(г,Д) ЭГ

- V <1 + Г— (е

Эь Эё,

Сп!вв!дношення (12),- (14-17) дозво-ляють побудувати вваемопов'язану модель зносу р!зця при руйнуванн! МрськоТ породи. На основ! цього поОудована процедура розрахунку характеристик неста-ц1онарного процесу руйнування при одно-часному пружному деформуванн1 породи, виникненн1 вони передруйнувачня, в!дд!-ленн! стружки та еношенн! р1эця. Характерна форма р18ця, роврахована для р!й-них вначень параметра; модел!, наведена на рис.2 (крива 1 в1дпов!дае ав1/к-40 мм'" Ж1/к-40 мм аЕ1/к-20 мм

р° -0,28, р°*-0,14, р°*-0,28,

«1/к-10 мм 1).

крива крива крива

1тт-

б

Рйс." Рбзрахунков!' (а) та експериментаяьн! (б) форми'зносу ДТП.

Як видно з рис.2, форма-зношено! поверхн! 1нструменту !стотко- зв,"ежить в1д механ!чних характеристик породи, як! у дакзну вйпадку визначають'сп1вв1дношепня' пружньо! деформацН та'створених зон передруйноваш! та руйнова-но1 поверхонь. Н&Йт* пвраметр!в- модел! * як! "в!дпов!дають крйв1й 2, дають форму-зношено! поверхн! близьку до форми'р!зця, виэна-чено! експершенталвно. Кинетика зносу у цьому виггадку, як пока-зують розрахунгаг; у: деталях в1дтворюе кинетику-аносу реального р1эцяу ею св1дчитв про адекватн1сть розроблено1 модел1 д1йсним процесам-руййування;г!рських пор1д алмазно-твердосллавними пластинами-;*' Тбму розроблена математична модель дозволяв прогнозувати змШення"ф6рми зношено! поверхн! пол1кристача таскладсвих сили р1заяня- залежно в1д властивостей породного маоиву, а тако* в ефективним 1нструментом досл!дження процесу р!с-ання г1ра.кге< по-

р1д ПНТМ, оссЗливо у випадкз* вивчення швидкод!ючих процес1в, коли експериментально ваф!ксувати аШненни параметр1в р1зання практично неможливо.

Експеримецтальн! досл!дження процесу взаемодП ПНТМ а г!р-сьшо породою.

Досл1дження процесу руйнування Прських порШ р!зцями, оснащенный алмазно-твердосплавними та твердосплавними пластинами 1дентично1 форми, виконувалось при р1занн! пЮчано-цементних блок!в 1з 6СЖ- 20 МПа та абразнвШстю а-42 ыг та требовлянського Шсчаника (бс*-78 МПа, а-30 ыг) при р!зних режимах р18ання. Встановлено, ио с или р1вання при руйнуванн! Прських пород р!а-цями, оснатшш алмазно-твердосплавнми пластинами, у 1,2-2,7 рази нижч1 В1д аналог! чних параметров, да спостер!гаються при р!зани1 твердосплавним 1нструментом. Це можна пояснити дек!лькома причинами: б1льш 1нтенсивним вносом пластин 1в твердого сплаву, р!вними коеф1ц!ентами тертя у твердих сплав1в та АТП, а та-кож р!зним механ1змом руйнування Прських пор1д.

Для поглиблення уявлень про механ1зм руйнування Прських пор!д алмазно-твердосплавними пластинами були проведен! ориИ-нальн! досл!дження процесу р1зання аразк!в породи п1д електроним м1кроскопом на спец!альн!й тензометричн1й установц!. Це вперше дозволило бевпосередньо спостер!гати при багаторазовому аб!ль-шенн! вс1 стад!5 процесу руйнування Прських пор1д та виникнення вони передруйнування.

Спостереження ва процессом виникнення тр1щда показало, що при р!аанн1 алмазно-твердосплавними пластинами руйнування в!дбу-ваеться за рахунок переважаючого розвитку горизонтально! тр1щини зсуву, у той час. як при р1занн! твердосплавними р18цями виникнення тр!щини 1н1ц1юеться переважно за рахунок напруг стискання. Ней висновок Пдтвержувться також результатами вим!рювання пара-метр1в стружок, що створиоться при бур1нн1 Шсчаника алмаз-но-твердосплавними та твердосплавнми р1зцями. встановлено, що у останньому випадку середн1й ровьар стружок у 1,4- 1,5 рази мен-ший, н1ж при. використанн1 Шструменту з АТП.

Для пояснения мехшиему формування зони передруйнування вивчався процес мжрор!зання мЩних Прських пор!д м1крор1вцями, оснащеними АТП та твердим сплавом ВКбВ, виконаними у вигляд1 сектор1в диск1в д!аметром 13,5 мм. При цьому використовувались М1Крор1вц1, як в новими алмазно-тьердосплавними пластинами, так'

1 а пластинами, що мають площадки затупления на пол1кристал!чно-му иар1. Експерименти проводились на спец1альному прилад! для склерометричних досл!джень, виготовленому на баз! 1нструменталь-ного м!кроскопу У1М-21. Процес м1крор!эання зд1йснювався при пост1йнсму осьовому навантакенн! 1,0 Н та 1,5 Н. На одн1й трас1 довжиною 20 мм посл1довно наносилися р1зи до стабШзацП тан-гешЦально! складово! сили р18ання Рг. Встановлено, що при бага-торазовгалу посл1довному р1занн1 зразк1в породи '!х оп1р руйнуван-ню зменшуеться. Одночасно 1з зб!льшенням к1лькост1 проход!в вмЬ йоеться характер коливань 1ндентора (р1зця) при м1крор1занн1, При цьсму в1дбувасться зб1льшеи;я частки низькочастотних скляда-вчйх коливань, що св!дчить про пол1пыекня диспегування матер1а--лу.

Анал!з результата експеримент1в показуе, що при м1крор1-занн1 мармуру р1зцями з ДТП, як! мають сформовану ран!ше р1жучу крошку на пол1кристал!чному шар!. досягаеться- найб1льше зниження тангенц1ально'1 складово'1 сИли р!зання Рг, яке при третьему проход! становить 29 та 2&Х для иавантаження 1,0 та 1,5 Н, в1дпо-в1дно, у той час, як при робот! ново! АТП - 22 та 16 X, а твердим сплавом - 16 та 20%, в!дпов!дно. й'лзане зниження тангенЩ-ально! складово! сили р1зання Рг, очевидно, викликане виникнен-ням пошкодженого шару на поверхн1'породи.

У зв'язку з цим, спиргючись на викО'!ан1 експериментальн! досл!дження, для визначелня причини 0,лыа 1стотного зниження тангенц1алыго! складово'1 сили р1зания Рг при використанн! ^плас-тини, що працювала раи1ше, та пояснения механ!зму роботи ПНТМ була висунута г!потеза про те, щэ при р1занн1 м!цних ггрських пор!д пол1кристал1чними надтвердими матер1алами процес руйнуван-' ня зд!йснюетьСя не т1льки ус!ею пол1кристал1чною пластикою, але й м1кровййтупами ашаз1в, що фсрмуються на р1жуч!й кромц1 та задн1й поверхШ !нструменту. При цьому виступаюч! алмази при впровадженн1 у породу створюють висок! контакта! яалруги та до-даткову с1тку м1кротр!щин, як1 взавмод!ють з м1кротршшами, ар ствЬрюються в1д впровадження ус1е'! р1жучо'1 кромки пластини. У результат! вплизу одночасно двох чезалежних джерел * концентрат й напруг эб1льиуеться зона передруйяованого шару у масич! Нрських порхд, що призведить до биьи Штатного знпжгн.чд м1цкоси в по- _ р1внянн! з впливом т!льки одного по.Икрнсталя (у в и пялку ьаг.то-сування ново! пластини) а5о т!льки алмаз них а ' г при Сур1ии!

Р!вання твердим сплавом

Рхвшшя АТП, що працювала

алмааниы 1нструме^гом). Поля нал руг, що створюються п1д р!жучиш елементами з ПНТМ та твердого сплаву, схематично представлен! на рис.3. Р1ванна новою Р1вання míkpo-

Для п1дгвердження ей- АТП виступами АТП

суното! г1потези було проведено комплекс досл!джень по вивченню м!крорельефу р1*учо1 кромки та задньо! Поверхн1 пол!кристала, як1 контактують при р!ванн! в масивом ripcbKo'i поррди. фрактоскоп!чн!' досл1дження проводились в використан-ням методу растрово! електронноЗ м!кроскоп!5 на м!кроскоп!-анал!затор! "Camskan". Вивчення ПНТМ;, на електронному м!кроскоп! показуе, щр рельеф р!кучо!

поверхн! АТП та с!ндрила, Рис.3 Схема пол i в напрут при' що працовали, на в!ды!ну руйнуванн1 Нрських пор1д

в1д нових пластин мае чно- ПНТЫ та твердим сплавом

ленн1 м1кровиступи, створеин! на пол!кристал!чн!й поверхн!. Да-ний мШрорельеф формуеться на працочих ПНТМ, виготовлених в ал-маа!в bcíx зернистостей, у той час, як у вих!дному стан! м!кро- , виступи на поверхн! ПНТМ в!дсутн!. Для вцвчення м!крогеометрП торця ПНТМ було використано метод стереоскоп!чно! фрактоскопП, який дозволяв як!сно та к!льк!сно оц! нити особливосП деталей м!крорельефу. Побудова рельефа поверхн1 8Д!йсгаоеться еа даома фотографами стереопар, внятими п!д р!8ними кутами до напрямку вйомок на стереокомпаратор! "Stecometer-E" шляхом сум!щення воб-раження поз!рно! марки 8 точками рельефу поверхн!.

Анал!в стереопар р!хучих кромок нових алмазно-твердоеплав-них пластин та пластин, що працовали, а алмазами р!вно! вернис-т!, а таколс в!дпов!дних Тм проф!л!в, отриманих методом стереос-коп!чно1 фрактоскопП, показуе, т рельеф р!жучо! поверхн! нових алмазно-твердосплйвних пластин являее собою практично гладку поверхн» без будь-яких м!кровиступ!в алмаа!в на пол!кркстал!чному

ш?р1. У результат! створюеться гостра р1жуча кромка а рад!усам

округления 0,02-0,03 мм, я кою й зд1йсиоеться процес р!зання г!рсько! породи. Н1» тим р!жуча поверхня ДТП, що працювали, у результат! взаемодП в породою, що руйнуеться, завнае 1стотних 8м1нень, наОуваючи рельефну поверх™ э численними мжровистула-ми. Математична обробка результате вшЦрювань профШв робочо! поверхн1 пол!кристала, отриманих на стереокомпаратор!, показала, що висота вказаних мшровистушв внаходиться У межах 5-25 мкм. Характерно, що дан! м!кровиступи на р1жуч!й кромц! ПНТМ створю-ються на пол2кристалах, ьиготовлоних з алмзз!в будь-якин вернис-тостей. При дьому висота м1кровиступ1в практично не вачекить В1Д зернистост1 вих!дних .пшфпороишв, а вивначаеться умовами контактно! взаемодП а породою, що руйнуеться, оск1льки м!кровисту-пи являють собою не окрем1 алмазн! зерна, як1 е основою пол1к-ристала, а 1х конгломерати.

Таким чином, роботу вс!х пластин з пол!кристал1чних надтвер-дих матер!ал1в можна уявити як результат сумаркого впливу на породу р!жучо! поверхн1 полгкристала та м!кровиступ!в, розталюва-них на його ргжучзй кромц1. Це п!дтьерд;«уеться також результатами вивчення м!кропроф!ля р1за, створеного новою кромкою та кромкою, що рашше працювала, як! показують, що у остаиньому випадку м!кропроф!ль кр1м осноьно! канавки мае також мЗкровпадини на д!лянц1 затупления р!кучого полжристала, у той час, як при рЬ зани! новою пластиною, так! м!кровнадини В1дсутн1. Це св!дчить про активну участь у процес! формування пояерхн! р^зашш м!кро-виступ1Е р!жучо! кромки, як1 створюьть додатков1 пошкодження у поверхневому шар! породи, що прйэводять до його знем!цнення.

Для визначення ступени знемЩнення поверхового шару та його глибини була використана методика люм!несцентно'( дефектоскоп!! г1рських нор1д, яка розроблена I.А.Спеши!¡давим. Одночасно для оц1нки впливу силового фактору проводилась ревстрацхя складових сили р!эання Рг, Ру.

Встановлено, що глибина передруйнованого шару, який виникае у результат! впливу пластики, яка ран1ше прашвала, становить З-б мм, що у дек!лька раз1в леревшцуе глибину р1зання алмаз-но-твердоспдавними пластинами м1цник г!рських пор!д. У той час, як при р1занн1 гострою ЛТП глибина пошкодл^ного иару виявлясться у 2-3 рази меншою. При цьому складов! сили р1зання Рг, Ру на виладок використання пластини, що ран1ше пршшвала, були Ильки

-гона 30-50 У. вищ! за аналог!чн! параметри, що ф!ксуються при р!-занн! породи р1зцями з гострою р!жучою кромкою. Розм1ри вони пе-редруйнування, що створюеться у результат! впливу вставки АТП, яка працювала ран!ше, та твердоеплавко! близьк! м1ж собою, не дивлйчись на те, що в останньому випадку складов! сили р1зання у 1,7-2,5 рази вищ!.

Дан! законом!рност1 энайшли п!дтвердження у вс!х проведених експериментах, що св!дчить про активну участь м1кровиступ!в йа р1жуч1й кромц! ПНТМ у формуванн! новостворювано! поверхн1 г1рсь-ко! породи. Цё п1дтверджуе висунену ппотезу про те, що при рЬ эанн! м1цних г1рських 1тор1д пол!кристал!чними надтвердими мате-р!апами руйнування зд!йснюеться не т!льки вс1ею пол1крйстал!чною пластиною, але й м1кровиступами алмаз!в, як1 створюються на р!-жуч!й кромц! та задн!й поверхн! ПНТМ у процес1 роботи. Таким чином, при робот! системи р!зц1в, оснащених алмазно-твердосплавни-ми пластинами, необх!дно створити умови, при яких вабеэпечуеться взаемод!я вон передруйнованих поверхонь.

Для установления впливу геометричних параметра р!зц1в, ос-, нащених алмазно-твердосплавними пластинами, на силоМ характеристики процесу р1зання г!рських пор!д було проведено комплекс експериментальних досл1джень. Р1занпя зд!йснювалось спец!альними р1зцями, оснащеними АТП, д!аметром 13,5 мм в р!зними передн1ми та вадн!ми кутами, а також 1з эм1нюваним кутом нахилу головно'1 р1жучо! кромки. При цьому передн!й кут л зм1нювався в1д 0° до -25°. задШй кут в - В1д 0° до +26° 1 кут нахилу головно'1 р1жу-чо! кромки А - в1д 0° до - 12°.

У досл!дженнях використовувадись блоки породи в р1вйими ф1-8ико-механ!чними властивостями: газганський мармур (Ршт -730 МПа), вапняк (Ршт -960 МПа), требовлянський п!сковик (Ршт -1590 МПа), гран!т с!рий (Ршт -2200-2500 МПа). ШвидкЮть р!ваш:я у вс!х експериментах залишалась пост1йною 1 становила 1,5 м/с, що в1дпов!дае П середн!м значениям для породоруйн!вного 1нструмен-ту в надтвердих матер1ал1в. Глибина р1зання при цьому зм!нюва-лась в!д 1,0 до 7,0 мм.

Встаповлено, що !з вб!льыенням негативного переднього кута складов! сили р1зання Рг, Ру зростають незалежно в!д глибини р1-еання та властивостей руйнуемого матер!алу. При цьому м!н!мальн1 значения Рг, Ру набувають при « - -5...-10°. Оптималып значения куга нахилу р!жучо! кромки для АТП знаходиться у межах 5-8°.

М1ж тим при глиоиШ р1зання 1-2 мм р1зниця. у значениях складових сшш р1зання Р2, Ру при обробц! м'яких та М1цних пор1д невелика 1 становить 100-500 Н, ко св ¡дчить про молаивЮть об-робки псш1кристал1чними надтвердкми матер1алами не т!льки м'-яких, але й м1щшх nopifl типу гранггу та шсковика у вппадку п1дтримання стабильного теплового рекиму, який виключае катаст-роф1чний зное ДТП внасладок графтзацх I.

üai'QHOMipHooTi руйнування прськпх пор1д баг'атолезв1йним Инструментом з Ш'ГМ.

Вавуючись на результатах проведения досл5джень по вивченню процесу контактно"! вваемодП ППТМ з г!рсъкою породою, було роа-роблено ряд нових високоефективних конструкций 1нструменту, ос-нащеного алмазно-твердосплавними пластинами: pisul для оберталь-ного бурИння umypiB та виконавч! органи бурильних машин для руйнування мерзлих грунт!в, 1нструменти для р1вних тип!в камнер!в-них машин, як! знайшш ширске застосування у вуг1льн1й, камене-добувн!й та буд1вельн1й галузях промисловост!.

У основу створених ргзц1в для обертального бур1ння покладе-но уыову взаемодП вон передруйнуватш, п;о стЕорюються »а раху-нок р!жучих елементгв, роатаиованих на центральних та перлферш-них перах. Кксперименталыш встановлено, що величина аони перед-руйнування, яка створюеться у результат! ышшу Ш па маспв и1сковика, становить 3,0-6,0 мм. 3 урахуванкям передоачувано! глибини ржания (1,0-1,5 мм) та результатов досл!джешш зон пе-редруйнуваннй тд впливом ATI1, величина виступу центральнкх пер у осьовому налрямку приймалась 3-5 ш. Враховуючи особливост1 розподИлу навантажень на р1зщ та вьажаючи на мишеть алмаз-но-твердосплавних пластин, у центрально! частини р1вця АТП вста-новлюьались п1д кутом -20°, а на nepitfiepi'i - п1д 1сутом -15°. Усунетш негативного шишву динам1чних найаатажеиь на слос алмазно-твердосплаьних пластин досягалось зелльшенням ruioni контакту р!зця 1з ст1нкою шпура в результат! виконання на алмазно- твердосплавних пластинах лйсок розмгром (0,5-0,9) вгд дгамет-оу ЛТП та р-~м!и,ення етабШзатора у нижШй частини корпуса pia-iüi. С|(;Х'.'П,:;.?К ЗО1ЛЬ00ШИ IWOttf KGHYaKVy р j 3JW з гХрськш породой» piano амекшуеться р1вень в!брац)й тл кракчично в!дсуть1 «кгаи на pijr.yqnx кромка алмавно-твердосплаьнил пластин.

Гдаиею в головних умов ефбкгиыю! роОоти даних ргыць к piBHOMipimft зное р!жучих елеменпв та стабипаатсра. На л1дстал

- гг -

р1шення вадач! оптим!еац11 одержано сп1вв!дношення, йке являе собою л1н!йне д!ференц!йне р1вняння, що описув зм!нення тиску на елемент1 стаб1л1ватора як функцП часу:

dp(tj 2 S1/z dD(t)

-- + Ки p(t)v - -- , (18)

dt КфЁ» dt

l-vn2 l-vc2 -1

де Е» - {—— +- >,

. En Ec

S - площа елемента, En, Ec - модуль Юнга породи та матер1а-лу стабШзатора, vn, vc - коеф1ц1енти Луасона, К» - константа, що карактеризуе форму елемента.

Якщо режим зношубання р!вця D(t) заданий, то задача опти-Misaui'l вводиться до вибору геометрП :а матер1алу стабШзатора на ochobI к1льк1сного р1шення р1вняння (18). Необх1дно мати на ував!, що робота долота Ьуде б1лып стаб1льнсяо, якщо його внос по Д1аметру вЩбуваеться р1вном!рно (dD /dt - const).

При створенн! породоруйн1вного 1нструменту для обертального, бурИшя шпур!в врачовувалось, що Р1вц1, як1 мютять два або три р!жуч1 елементи, вабезпечують аначио кращ1 умови для виходу шламу та можуть бутй ефективно вйкористан1 при бур!нн1 М'яких пор1д м1цн1стю f-60...80 МПа. Тому було розробленб також ряд конструк-Шй двоя- та трьохперих р1зц1в для обертального бур1ння.

Для визначення област1 застосуваннй та встановлення оптимально режим1в бур!йня були проведен! пор!вйяльн! досл1дження працевдатност1 двох-, трьох- та чотирьохперих р1вц!в. Бстановле-но, що прй бур1нн! м1цних г1рських пород чотирьохперими р!зцями досягаеться найменша енергом1стк1сть, яка приОлизно на 40Х ниж-ча, й!ж при викорйстанн1 р1зц!й з двома або трьома алмагно-твер-досплавними пластинами. Це пояснюеться впливом 80H передруйну-вання, як1 виникають аа рахунок р1жучих елемент1в, роэташоБаних на центральная та лериферШих перах четирьохперих р1ец1в в в1дставанням 3,5 мм. Виходячи з умов м1н1М1зац11 енергом1сткост1 процесу бур!ння м1цних г1рських пор1д для трьохперих р!вц1в, не-доц1льно збШшення нап1рного зусилля понад 10,0 кН при п > 315 об/хв. Лналог1чн1 обмеления сл1д вводитй також для двохперих р1вц1в, оск1льки перевищення вказаних режимних параметр1в приводить до р1зкого Шдвищення питомо! енергом1сткост1 процесу бу-р1ння. Тому облает» застосування двох- та трьохперих р!8ц!в по-

- 23 -

винн! бути породи, м!цн!сть яких не перев¡щуе 100 Ша.

Необх1дно в!дзначити, що при зм!ненн! ф1зико-механ!чних властивостей породного масиву при постгйних значениях величин нап!рного зусилля та частоти обертання швидк!сть бур1ння зм1ню-валась у широкому д!апазон1: у одних випадках спостер1галось р1вке зниження швидкост1 бур1ння, а в шших Бона практично не зм1гаовалась протягом усього ресурсу роботи 1нсгруменга. Ярактог-раф1чн1 досл1Дження рхжучо! кромки та задньоЗ поверхт пол!крис-тала АТП, шшаяиих э р1зц!в обертального бур1ння, та пор1вняння рельефу р1хучо! поверхн1 пластин при зм!ненн1 швидкост! бур1ння дозволили встаяовити, що алмазно-твердосплавн1 пластини, бшшн! 3 р131йв, швидкЮть буршкя яких протягом всього щиту випробу-вань залишалась незм1нною, мають розвинений рельеф р1кучо! кромки та заднъо! поверхн! поткристала. Шж гам у р!эц1в, як! мають тенденцию до зниження швидкост1 бур!ння, м!кровиступи на пол!к-ристал! в1дсутн1. Тому формування м1кровиступ!в алмазгв на р1жу-ч1й кромц! пол1кристала е необх!дною умовою, що визначае експлу-атац!йн! показники 1нструмента, оснащеного АТП. Для забезпечення ефективно'! роботи даного 1нструменту сл1д прагнути до створеняя умов, при яких на р1жуч1й поверх^ пол1кристала винт-сають м!кро-виступи алмаз1в та забеэпечуеться IX в1дковлення у процесп екс-плуатацП. Це можливо при значенн! нап!рного зусилля не менш як 7,5 кН та частот! обер тання 300 -350 об/хв.

Досл1дження р1жучих кромок алмазно-твердосплавних пластин, випааних з р1зЩв обертального буршня, що працйьали при бур!нн1 м'яких пор1д, а також в умовах 1нтенсиьного тепловидхлення, при яких вгдбуеаеться граф1Т1зац!я алмазного слою, показало, що у дих випадках формування розвиненого м!крорельефу на р1жуч!й кромЩ та задн1й поверхн! пол1кристала не в!дбуваеться. В цьому випадку АТП працоють аналогично твердосплавним пластинам, що знкжуе ефективн1сть процесу бур!ння. Тому области ефективного застосування 1нструменту, оснащеного АТП, е породи а М1цн1стю 60-160 Ша, при бур!нн! яких в!дбуваеться формування м1кровисту-п!в на р!яуч!й кромц! та задн!й поверхн! пол!кристалу.

Досл1дження процесу р!занням мерзлих грунтов 1нструментом а

ПНТМ.

Процес бургння свердловин у мерзлих грунтах супроводжуеться значним и зм^нення^и температурного поля породного масиву, що може призводити до ровморожування та фазових перетворень у грун-

т1, у зв'язку в чим в1дбуваються р!зк1 вм!нення його ф!вико-ме-хан!чних властиЕостей. 0ск1льки бур!ння мерзлих пор!д вд!йснга-еться в умовах низьких температур, то при виход1 розморожено! маси грунту на денну поверхнго в!дбуваеться його повторне змер-зання в виконавчими органами Оурово'1 машини, що призводить до повного припинення процесу бур1ння.

Тому при створенн! нового 1нструменту для руйнування мерзлих грунт1в та встановлекн! оптимальних режим!в бур!ння необх1д-но враховувати законом!рност1 розпод1лення температурних пол1в у зруйнованому грунт1, який виноситься на денну поверхню. Для виз-начення температурного поля у систем! буровий 1нструмент-поро-да-шлам вир1шувалась така задача теплопров1дност1:

сИу (Л^гасИ1) - С^У^гасП" + 6(г-г*,2-2а)Г(г) - О,

Тут С1Р1Л! (1-1, 2, 3) - теплоемн1сть, щ1льн1сть та теплоп-ров1дн1сть матер1алу 1-1 зони; б (г-г», 2-2д) - дельта-функц1я (О < г* < гс); 2д и гс - ордината точки А та абсциса точки С; {(г) - задана функц1я рад!ально1 координата; а - коеф1ц1бнт конвективного теплообм1ну; 1?1 и Кг- коеф!ц!енти, як1 враховують ступ1нь теплового контакту шламу, що рухаеться з буром та ст1и-•кою свердловини, в1дпов!дно. Дан1 коеф!ц1енти визначались на основ! р1шення модельно! задач1 шляхом установления температурного поля суц1льного середовища, що рухаеться в осьовому напрямк/ м!ж двома сп!вв!сними неск1нченними цилшричними поверхнями.

У результат1 одержано вираз для розпод!лення температуря у пород1 (середовище 1) та шлам!, що рухаеться по шнеку (середови-ще 2) при бур!нн! свердловин у мерзлому грунт!:

Эт

- --« (Т-Тс), (г,г) ЕГв; Т-Тп, (г,г) ОБЕ;

Зп

Эт Зт Эт

(19)

М--. М--К1(Тг-Т1), (г, г) В8

Эп Эп Эп

Эт Эт Эт

- . --йгСТэ-Тг), (г,г) ср.

Эп Эп Эп

т

г < О

2 > О

де V* - С1р4У1 /х^.

3 отриманих вираз!в випливае, що 13 зб1льшенням швидкостей масоперенесення VI и частка тепла, яке поступав у породу, зб1льшуеться, а частка тепла, що поступав у шлам зменшуеться. При цьому майже все тепло в!д теплового джерела, що д!е у зон1 резання, витрачаеться на нагревания мерзлого грунту (да^). Частка тепла, що иде на нагр1вання шламу, незначно мала (42*0)-У цьому випадку температура шламу, який виноситься на денну по-верхню, визначаеться за формулою:

Тгол - Тс+ ч /СюгЬ. (21)

Зв1дси випливае, що 18 8б1льшенням швидкост1 бур!шш \'1 (при ф!ксованих ц, Си, температура шламу зменшуеться. Ос-к!льки зруйнований грунт перед транспортуванням по шнеку зазнав багаторазового перем!шування у простор! м1ж вибоем та транспор-туючою лопастю, то законом1рност1 розпод1лення теплового потоку по д1аметру свердловини не мають 1стотного значения. Визначаючою у цьому випадку е абсолютна к1льк1сть теплоти, шо вид1ляеться у зон! р1зання, яка залечить насамперед в1д конструкцП долота. Тому тепловий пот!к, що йде на нагр!в !нструменту та породи, в1дпов1дно, може бути визначений по формул! проф.Б.Б.Кудряшова. Враховуючи, що розморохування грунту в1дСуваетьси при 0°С, максимально припустила температура нагрхв'/ грунту не поьпнкл перевищувати абсолютна значения температуря оточуючого середови-ща Тс: ч

-- < (Тс!- (24)

С-1РIV!

У випадку переЕшцэння вказаяо! температури долото не моде бути використане - при бурели! мерзлих грунтав у даних уыовах, внасл!док вмерзания розмороженого грунту а виконавчим органом

бурово! мааини.

Таким чином, запропонований спсс!б анал1тичного визначення максимально припустимо! температури грунту, що виноситься на денну поверхню, е простим та ефективиим методом оц1ики працез-датност! бурового инструменту при бур!нн1 мерзлих грунт1в в умо-ьах ьизьких температур.

Спирались на результат виконьних :-шал!тичних та експери-ментальпях дссл1джень, було розрсблено ряц ориг1нальних конструкций 1нструмеиту для бур1ння мерзлих грунт!в, що враховують особливост1 розподелення навантажекня на його . породоруйнуючих

елементах та температурних пол1в у зруйнованому грунт1. При ць-ому для зниження нап1рного зусилля бурово! машини центральн! pleui максимально В1ддалялись в!д oci обертання, утворюючи керн у центральна частини вибою, який дад! руйнувався кернозламни-ком, а решта вибою руйкувалась перифер1йними р1вцями, в1ддалени-ми один в!д одного на розрахункову в!дстань, при як!й в!дбува-еться зколення Щлик1в. У результат! досягнуто зниження енерго-mIctkoctI процесу руйнування пор1дного масиву, шр одночасно дозволило р!зко зменшити зношувакня бурових р!зШв.

Доел 1 дно-промислова перев!рка та впровадження результата досл!джень. На основ! реал!зац1! основних положень роботи було створено ряд високоефективних породоруйн!вних 1нструмент1в, ос-нащених пол!кристал!чними надтвердими матер!алами.

Р1зц! для обертального бур!ння шпур!в. Для проходки л1дго-товчих г1рських виробок створен1 ков! високоефектнвн! р1вц! для обертального бур!ння шпур!в типу РШ-140Э, ИЙ-152, РШ-153. оснащен! алмазно-твердосплавними пластинами. На основ! Jx широкого впровадження на шахтах М1вуглепрому У крайни встановлено, що швйдк!сть бур1ння р1зцями РШ-140Э пор!д м1цн1стю до 160 МПа перевищуе аналог1чн! показники сер!йного 1кструменту у 1,5-2,8 рази, а зносост!йк!сть при цьому зростае у 70-120 раз1в. У результат! р1зкого зб1льшення ст!йкост1 1нструменту та швидкост1 бур1ннл було досягнуто п1двищення темп!в проходки п1дготовчих Прських виробок, що е 1стотним резервом для зб!льшення видобут-ку вуг!лля. Висок1 експлуатац!йн1 показники розроблених р1зц1в дозволили аначно розширити область застосування обертального способу бур1ння у вуг1льн!й промисдовосИ та використовувати бу-ров1 установки типу БУЭ-1М та ЭЕГП-1М при бур1нн! пор!д м!цн1стю 140-160 МПа, щр п1дтверджуеться результатами лабораторних дос-л1дженъ та зробленого на 'lx ochobI висновку про можлив1сть.ефек-Тивного руйнування м1цних Прських пор!д пол!кристал!чними надтвердими матер1апами.

Р1зц1 для камнер!зних машин, оснащен! алмазно-твердосплав-ними пластинами. Новою области застосування полi кристал1чних надтвердих матер!ал1в е створен1 на основ! проведених досл!джень р1ьц! типу PK для камнер!зних машин, призначених для видобутку каменю. ВироСнич! випробування та широкомасштабне впровадження нового 1нструменту показали, що ст1йк!сть створених р!зц!в у 140-180 раз!в вища, н!ж ст!йк1сть твердосплавсих. При цьому

зб!льшуеться лродуктивн1сть камнерШю'1 машини, знижуеться на-вангатсення на головний двигун та з'йвляеться шжлив1сть розробки породних масивХв, видобуток каменю у яких ран!ше ¿зва^ався еконо-м1чно недоЩльним ("Кржово-2").

1нструмент для обертального бур1ння свердловин великого д1-аметру. Використовуючи комб!нований принцип руйнування породи, було розроблено ряд конструкШй 1нструменту, оснащеного р1зцями РБ-12? з алмазно-твердосплавними пластинами та призначеного для обертального бур!ння свердловин диаметром 220 , 320, 430 , 450, 470 та 500 мм у мерзлих грунтах. Застосування даних бур!в на Шдприемствах híbhomí Тшеил та ЯкутП, ¡до виконують буд1вель-но-монта»:н! роботи, забезпечуе п!двищення продуктивное^ у 2-3 рази в пор1внянн1 з сер!йним 1нструментом та 8б1льшення ст!йкос-т1 р!зц1в у 30- 60 раз!в.

Комб1новане руйнування вибою, покладене в основу !нструмен-ту для бур1ння мерзлих грунт1в, було успИпно використане при створенн! виконавчих орган!в бурошнекових комплекс1в, призначе-них для безлюдного видобутку вуПлля у тонких шарах, розробка яких ран!ше вважалась безперспективною. Виробнич1 випробування створених виконавчих орган1в бурошнекових машин проведен1 на шахт! "Моспинська" В0"Доиецьквуг1лля" показали, що застосування нового 1нструменту дозволяв не ильки зменшити енергом1стк1сть процесу бур!ння та зд1йснюватн видобуток вуПлля у тонких шарах на глибкну до 100 м, аде й внасл1док руйнування вибою великими в1дколами Шдвицити сортшсть вуПлля. що видобуваеться.

Розроблен1 hobí 1нструменти широко впроваджеН! на Шдприемствах вуНльно! та каменевидобувно! галузей промисловост! Укра'1-ни -та Kpa'iii СНД. Ix випуск орган!зований на Досл1дному завод! ICM HAH Украши та НВП 'Чнструмент алмазний". Загальний еконо-М1чний ефект в1д широкомасштабного впровадження нового !нстру-менту становить понад 20,0 млн руШв, дольова участь автора -б1льше 7.0 или рубл!в (у ц1нах 1991 р.).

ЗАК I НЧЕННЯ

В результат! проведения досл!джень вир1шено важлиьу науко-ьо-техн1чну проблему, що лолягае у п1двищенн1 ефективност! руйнування Нрських пор1д iнструментом а пол1кристал1чних надтвер-дих матерХалгв на п1дстав! вивчення ix взоемодП з Нрничим ма-сивом. Це стало базою для створення, виготовлення та широкомас-

штабного впровадження у виробництво Прничого породоруйн1вного 1нструменту нового покол!ння для вуг!льно! та каменевидобувно! галувей промисловост!, що мае велике народно-господарське значения.

Основн! науков! та практичн! результати виконаних досл!д-жень полягають у сл!дуючому:

1. Вперще запропоновано та обгрунтувано нове уявлення про механ1зм руйнування м1цних г1рських пор1д пол1кристал 1чними надтвердими матер1алами, яке полягае у тому, що процес руйнування 8д!йснюеться не т!льки пол1кристал1чною пластиною як твердим т!лом, але й дискретними м1кровиступами алмаз1в, що формуються на вадн1й поверхн! та р1жуч!й кромц1 пол1кристала, як1 при впро-вадженн! у породу створюють висок! контактн1 напруги та додатко-ву с1тку м!кротр1ида, як1 взаемод!ють ь м1кротр1щинами, до ство-ртться п1д д1ею вс!е! р!жучо! кромки пластини. У результат! впливу одночасно двох незалежних !ндентор!в зб!льшуеться зона передруйнованого шару у масив! г!рсько! породи, що призводить до 1стотного зменшення И м!цност! та, як насл!док, до !нтенсиф!ка-. ц!1 процесу р1зання.

2. Використання методу стереоскоп!чно'1 фрактоскоп!! вперше довволило дати к1льк!сну оц1нку величин! м!кровиступ1в алмаз1в, ИР створюються на р1жуч1й кромц! та задн!й поверхн! пол!криста-ла, та установити, що висота м!кровиступ!в, яка становить 5-25 мкм, залежить не в1д розм1ру 8ерен вих1дних шл!фпорошк.!в, а виз-начавться умовами контактно! взаемодИ пол!кристала з породе», що руйнуеться.

3. У результат! сумарного впливу на породний масив р!жучо! поверхн1 пол1кристала та м1кровиступ1в, що формуються на його р!жуч!й кромц! та задн!й поверхн!, створюеться деструктований шар породи глибияою 3,0 - 6,0 мм, який перевищуе глибину р!,зання у 5-10 раз!в, що призводить до зниження сили р!8ання у пор1внян-н! 8 твердосплавним 1нструментом у 1,5 - 2,0 рази та сприяе 1н-тенсиф!кац!1 процесу руйнування породи 1нструментом з ПНТМ.

4. Показано, що при р!занн! м'яких пор!д, а також у випадку 1нтенсивного тепловид!лення у зон! р!зання формування м!кровис-туп!в на р1жуч1й кромЩ та задн1й поверхн! пол!кристала не в!д-буваеться, а ПНТМ працюе аналоПчно твердосплавн!й пластин!, що энгскуе ефективн!сть процесу бур!ння.

5. Шдвищення ефективност! процесу руйнування Прських по-

р!д багатолезв1йним 1нструментом з пол!кристал1чних надтвердих матер! ая1в досягаеться на основ1 використання ефекту взаемодП зон передруйнування за рахунок р1жучих елемент!в у сум!жних л1-н1ях р1зання, установления раЩональних розм1р1в керну у центральной частили вибога та оптим!зац!'1 конструкцП 1нструменту, шр забезпечуе р1вном1рний зное р!жучо! частини долота та стабШва-тора.

6. Базуючись на встановлених контактних характеристиках процесу взаемодП алмазно-твердосплавних пластин 8 г!рською породою, вперше побудовано модель деформування та руйнувания портного масиву п1д вплпвом ШТМ. що доеволяе розрахувати величину тиску у зон! контакту р!зця з породою та визначати формовм!-нення поверхн! р!зця у процес! зношування. Розроблена модель взаемодП АТП з породи™ масивом одночасно враховуе пруясне деформування, виникнення зони передруйнування та крихке руйнувания породи.

7. Досл1дженнями особливостей зношування пол!кристал!чних надтвердих матер!ал1в установлено, що зное ПНТМ в!дбуваеться шляхом в!дколу м1кровиступ!в на р!жуч!й кромц! та 8адн!й поверх-н! пол1кристала, що одночасно е необх!дною умовою ефективно! робота породоруйнхвного 1нструменту з ПНТМ.

8. Експериментально доведено можлив1сть обробки полшриста-л1чними надтвердими матер!алами м1цних г!рських пор1д типу гранату та п1сковика при п!дтриманн1 стабгльного теплового режиму, який виключае катастроф!чний зное ПНТМ внасл1док графШзацП; показано, що 13 збШшенням негативного переднього кута складов1 сили р!занпя Рг, Ру зростають незалежно в1д глибини р!8ання та властивостей руйнуемого матер!алу, при цьому м!н1мальн1 значения Р2, Ру набувають при а - -5...-10°.

9. На основ1 виконаного математичного моделювання законо-м1рностей розпод1ления теплових поток1в при бур1нн1 мерзлих грунтов запропоновано новий метод оцхнки ефективност! роСоти бурового !нструменту, що полягае у анал!тичному встановленн! максимально припустимо! температури зруйнованого грунту, що вино-гиться на денну поверхню, яка виключае його розморажування.

10. В основу створених 1нструмент1в для бур1ння мерелих грунтхв покладено принцип комб!нованого руйнувания вибою, що пе-редбачае формувакня та подальше вколовшим керну у центральна частани вибою та руйнувания периферП э виникненням ц!лик!в.

- so -

розм1ри яких визначаються м!цн1стю грунту, геометричними параметрами р1жучого 1нструменту та режимами р!зання.

11. На п1дстав1 використання основних наукових положень ро-боти розроблено та широко впроваджено на п1дриемствах вуПльно! та каменевидобувно! галузей промисловост1 Укра"1ни та Kpaï н СНД новий високоефективний породоруйн1вний 1нструмент, оснащений по-л1кристал1чню,м надтвердши матер1алами. 1стотне зб1льшення екс-плуатацШих показник1в розробленого 1нструменту, п1дтверджене великим обсягом виробничих випробувань та широкомасштабним впро-вадженням, дозволяе оц!нити створен1 конструкц!ï plsuiB на осно-в1 ПНТМ як 1Нструменти нового покол1ння.

QcHOBHl положения Д1сертац11 опубл1кован! в роботах:

1. Породоразрушащий инструмент для бурения мерзлых и веч-номерзлых грунтов / В.Г.Красник, A.B.Лельничук, В.Л.Давыденко, В.В.Коршуков//Синтетические сверхтвердые материалы в геологоразведочном бурении. - КиеВ: ИСМ АН УССР. - 1987. - С.106-109.

2. Красник В.Г., Мельничук A.B. Исследование износостойкости буровых резцов при резании мерзлых грунтов // Синтетические сверхтвердые материалы в буровом инструменте. - Киев: ИСМ АН УССР. - 1988. - С.101-107.

3. Красник В.Г., Сосевич Ю.В., Доброскокин А.И. Выбор инструментального материала для оснащения буровых резцов при резании мерашх грунтов //Механизация и автоматизация земляных работ в строительстве. - Киев: КИСИ. - 1988. - С.26-27.

4. Красник В.Г., Коршунов В.В., Степанец А.Н. Бурение мерзлых грунтов инструментом из сверхтвердых материалов // Энергетическое строительство. - 1989. - N 8, с.41-42.

5. Красник В.Г. Высокостойкие резцы для бурения . мерзлых грунтов, оснащенные алмазно-твердосплавными пластинами. - (Информационный листок. - Киев: УкрНИИНТИ, 1989, - N 89-038).

6. A.C. 1452794 СССР МКИ Е21В 7/14. Устройство для бурения скважин / И.А.Свешников, Ю.д.Кособродов, В.Г.Красник, А.И.Доб-роскокин, С.А.Селезнев, А.Д.Дондуков, В.А.Кузнецов. Опубл. 23.01.89, Вол. N 3.

7. Свешников H.A., Красник В.Г., Олейников Б.А. Резцы для вращательного бурения шпуров, оснащенные алмазно-твердосплавными пластинами // Тез. докл. семинара по.угольному машиностроению Кузбасса. - Кемерово: НТО Машпром, 1989, с.37-42.

8. A.C. 1472623 СССР МКИ Е21В 10/42. Долото для вращатэль-

ного бурения/И.А.Свешников, В.Г.Красиик. Л. Н.Вировец,А.И.Доброе кокнн, Р.Д.Тохунц, В.И.Смирнов. - Опубл.15.04.89, Btofl.N 14.

9. A.C. 1463761 СССР МКИ Е21В 7/24. Спиральный бур /Ю.А.Ко-собродов, И.А.Свешников, В.Г.Красник, А.И.Доброскокин, В.А.Бес-сараб, А.Д.Дондуков, В.В.Баринов. - Опубл.05.07.89, ßott.N 26.

10. A.C. 1559096 СССР МКИ Е21В 10/44. Долото для вращательного бурения/В.Г.Красник. И.А.Свешников, Ю.А.Кособродов, Л.Н.Вировец. В.В.Коршунов, П.И.Ткаченко. - Опубл.23.04.90, Бюл.М 15.

11. A.C. 1613561 СССР МКИ Е21В 7/24. Долото для бурения скважин большего диаметра / И.А.Свешников. ¡0.А.Кособродов, В.Г.Красник, Д.Н.Вировец, А.И.Доброскокин, С.А.Селезнев, А.Д.Дондуков, Б.М.Родин. - опубл.15.12.90, Бюл. N 46.

12. A.C. 1625663 СССР МКИ B23Q 17/09. Устройство для мгновенного прекращения процесса резания / В.Г.Красник, Г.И.Рудник.-Опубл.07.02.91. Бюл. N 5.

13. A.C. 1627651 СССР МКИ Е21В 10/44. Долото для вращательного бурения / В.Г.Красник, Ю. А.Кособродов, В.В.Коршунов, П.И.Ткаченко. - Опубл.23.05.91, Бюл. N 6.

14. А.С.1633033 СССР МКИ Е21В 10/44. Спираиьное долото ДЛЯ нращательного бурения / Ю.А.Кособродов, В.Г.Красник, И.А.Свешников, А.И.Доброскокин, А.Д.Дондуков. - Опубл.07.03.91, Еш.М 9.

15. Красник В.Г. Влияние вертикальной стенки скважины на изменение свойств породного массива. //Международная научно-техническая конф. "Механизация и автоматизация »емляных работ".

- Киев: КИСИ, 1991, с.27-29.

16. Красник В.Г. Метод оценки эффективности бурового инструмента при разрушении мерзлых грунтов //Синтетические сверхтвердые материалы в геологоразведочном бурении. - Киев: ИСМ АН УССР. - 1991. - С.67-71.

17. Красник В.Г., Степанец А.Н., Уцаповский Ю.П. Расчет конструктивных параметров кернопроиемных устройств буровых исполнительных органов // Горные, строительные, дорожные и мелиоративные машины. - 1991. - N 44. - С.68-72.

13. А.С.1653908 СССР МКИ В23В 49/00. Устройство для получения корьи стружки / В.Г.Красник, Г.И.Рудник. - Опубл.07.06.91, Бюл.Н 21.

19. A.C. 1657588 СССР МКИ Е21В 7/2-1. Устройства для бурения скважиз /В.Г!. Головань, Ю.А.Кособродов, В.Г.Красник, В.А.Смирнов. А.Ю.Вольтере, А.И.Доброскокин. - Опубл.23.Об.91, Бмл.Н 23.

20. A.c. 1668620 СССР МИ Е21В 10/46. Долото для вращательного бурения /И.А.Свешников, Б.А.Олейников, В.Г.Краснйк, Л.Н.Ви-ровец, В.И.Павленко, Ю.Ф.Литкевич, Н.Г.Петров, Н.С.Родйонов, В.А.Пащевский, Ю.А.Медовый. - Опубл.0?.08.01, Вол. N 29. ,

21. A.C. 1686il4 СССР МНИ Е21В 10/46. Резец Для вращательного бурения / В.И.Павленко, Ю.Ф.Литкевич, Б.А.Олейников, И.А.Свешников, В.Г.Краснйк, Л.Н.Вйровец, В.И.Анохин.

- Опубл.23.10.91, Бюл.Ы S9.

22. Исследование и создание Нового бурового инструмента на основе применения алмазно-тйердосплавных материалов. И.А.Свешников, В.А.Олейников, В.Г.Краснйк, С.В.Смекаленков // Новое в теории, технологии и технике бурения. - М. • ИГД им. Скочинского, 1991. - С. 47-48.

23. Резцы для вращательного бурения, армированные элмазнот-вердосплавными пластинами. Н.С.Родионов, Н.Г.Петров, В.Г.Краснйк И др. // Новое в теории, технологии и Технике бурения.- М.: ИГД им. Скочинского, 1991. - С.48-49.

24. Красник В.Г. Особенности контактного взаимодействия режущего бурового инструмента с горной породой // Новый породораз-рувающий инструмент иэ сверхтвердых Материалов. - Киев: ЙСМ АН Украины, 1992. - С.4-11.

25. Горячева И.Г., Красник В.Г., Чекина О.Г. Сопротивление породы проникновению штампа вблизи стенки скважины // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1992.

- N1. - С. 39-44.

26. Свешников Й.А., Олейников Б. А., Краснйк В.Г. Резцы нового поколения для вращательного бурения шпуров // Уголь Украины, 1092. - N 3. - С. 56-59.

27. А. С. 1765347 СССР МКИ Е21В 10/04. Долото для вращательного бурения / В.Г.Краснйк, Ф.Ф.Бондаренко, В.И.Чернецкий, А.В.Лушаков, А.Э.Форш. - Опубл. 30.09.92, Бш. N 36.

28. Квасник В.Г., Кущ В.И., ДуТка В.А., Будяк A.A. Закономерности распределения температур при бурении мерзлых грунтов резцовым инструментом // Совершенствование техники и технологии бурения скважин. - Киев: ИСМ АН Украины, 1993. - С.52-68.

29. Патент Укради N 54 МКИ Е21В 10/46. Долото для обер-тачьного бур1ння / I.A.Свешников, Б.А.Олейн1ков, В.Г.Красн1к. -Опубл.в бюл. Промислова власШсть, 1993," N 1.

30. Патент России N 2007540 Е21В 10/42. Резец для вращательного бурения / И.А.Свешников, Б.А.Олейников, В.Г.Красник, ■С.Д.Заболотный, С.В.Смекаленков. - Опубл. 15.02.94, Вюл.НЗ.

31. Патент России N 2012765 Е21В J0/42. Долото для вращательного бурения /В.Г.Красник. - Опубл.1Ъ.0Ъ.94, Бюл. N 9.

32. Свешников И.А., Красник В.Г. Основные закономерности разрушения горных пород поликристадлическими сверхтвердыми материалами //Сверхтвердые материалы. - 1995. - N 6. - С.40-47.

33. Красник З.Г., Свешников И.А. Модель контактного взаимодействия многолезвийного породоразрушающего инструмента с горной породой //Сверхтвердые материалы. - 1996. - N 1. - С.28-34.

34. Красник В.Г., Смекаленксв С.В. Область применения резцов вращательного бурения, оснащенных алмазно-твердосплавными пластинами // Уголь Украины. - 1996. - N 1. - С.21-22.

35. ЧекинаО.Г., Горячева И.Г., Красник В.Г. Моделирование изнашивания бурового инструмента //Материалы первой Международной конференции "Энергодиагиостика". - Москва: ИРЦ РАО ГАЗПРОМ, Т.З. - 1995. - С.95-102.

36. Sveshnikov I.A., Krasnlk V.O. Special features of hard rock destruction mechanism by pollcrystalline materials. 7th International Conference on Mechanical Bihaviour of Materials. The Niderlands.. 1995, pp.811-812.

37. Checkina O.G., Soryacheva i.G., Krasriik V.G.'ihe model for tool wear in rock cutting // Wear. - 1996. - 179.

АННОТАЦИЯ

Красник В.Г. Закономерности процесса разрушения горных пород инструментом из поликристаллических сверхтвердых материалов. Автореф.дис. ...докт.техн.наук по специальности 05.15,11 - "Физические процессы горного производства". Институт гидромеханики HAH Украины, г.Киев. - 1996. - 35 с.

Впервые предложено и обосновано новое представление о механизме разрушения прочных горных пород поликристаллическими сверхтвердыми материалами, заключающийся в том, что процесс páa-рушешш осуществляется не только поликристаллической пластиной как твердым телом, но и дискретными микроьыетупами алмазов, формирующимися на задней поверхности и режущей кромке поликристалла. Впервые построена модель деформирования и разрушения породного массива под воздействием АСТМ, позволяющая рассчитать вели-

чину давления в зоне контакта резца с породой и определить формоизменение поверхности резца в Процессе износа; разработанная модель взаимодействия ШТМ с породным массивом учитывает одновременно упругое деформирование, образование воны предразрушения и хрупкое разрушение породы. Предложен новый метод оценки эффективности работы бурового инструмента для бурения мерзлых грунтов, заключающийся в аналитическом установлении максимально допустимой температуры разрушенного грунта, выносимого йа дневную поверхность. Создан и внедрен на предриятиях угольной и камнедо-бывающей отраслей промышленности Украины й стран СНГ новый высокоэффективный породоразрушающий инструмент, оснащенный поликристаллическими сверхтвердыми Материалами. Существенное увеличение эксплуатационных показателей разработанного инструмента, подтвержденное большим объемом производственных испытаний и широкомасштабным внедрением, позволяет оценить созданные конструкции резцов на основе ПСТМ как инструменты нового поколения.

ANNOTATION

V.G.Krasnik, Regularities of the Process of Rock Destruction with Tools of Polycrystalllne Superhard Materials. Author's Abstract of Dr. Sci. (Eng.) Dissertation in Speciality 05.15.il "Physical Processes of Mining". Institute of Hydromechanics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 1996.

А пей concept of a mechanism of hard rock destruction by polycrystalllne superhard materials (PCSM) is suggested aid substantiated for the first time. The mechanism implies that the process of destruction is executed not only by" ё polycrystalllne plate as by a solid body, but also by discrete microprotrusions of diamonds, that are formed on the back surface and cutting edge of a polycrystal. A model of rock deformation and destruction under the effect of PSHM, was first constructed. The model enables the pressure in the zone of the cutter-rock Interaction to be calculated and the tool wear to be determined. The developed model makes allowance for the elastic deformation, formation of a predestruction zone and the brittle fracture of the rock. A new method is suggested of evaluation of the efficiency of augers for freesed soils that lies In an analytical determination of the highest acceptable temperature of the taken out destructed soil. A new

highly-efficient rock-destructive tool tipped with PCSM has been developed and Introduced in coal and stone working industries of Ukraine and CIS countries. The essential improvement of performance of the developed tool that was supported by both a great number of field tests and wide' application in the mining industry gives grounds to think of the developed designs of PSHM cutters as the tools of a new generation.

Кличптзi слова: лолжристал1чн1 нэдтверд1 матер!али, алмаз-но-твердссплавн! пластини, г!рська порода, бур1ння, вони перед-руйнування, породоруйнуючш хнструмепт.

Щдп. до друку 26.03.96, Формат 60x00/16. Пагйр пте. li I Друг. офо, Ум. ддок. арк. 2,0. Ум.ф.-оидб. 2,0. 00л.-вид. Тнгпж j 00 мя. Зам. » 228. 1*зплотио.

lijoniTyf s i да î;61 ;Д м ате р i ал i в Ш УкргДЧш ¿О'Ш/4, tvKiB-74, «ул. Автозаводом«!, 2 Ротапринт Mi НАЛ УкраЬт