Разработка буровых резцов, армированных кубическим нитридом бора, и методологических основ для их испытания

Изложены результаты испытаний экспериментальных конструкций буровых резцов, армированных кубическим нитридом бора. Осуществлена сравнительная оценка ресурса, скорости и энергоемкости бурения разработанным инструментом, а также серийными резцами. Установлено, что ресурс наиболее эффективной конструкции экспериментального бурового резца превышает ресурс стандартного резца с вольфрамокобальтовыми режущими пластинами более чем в 9 раз. При этом скорость бурения экспериментальным и серийным инструментом практически не отличаются. Установлено, что энергоемкость бурения разработанными резцами и серийным резцом отличается в пределах доверительного интервала. Исключение составляет экспериментальный резец с тремя перьями. Показана возможность повышения точности определения области применения инструмента посредством использования экспресс-метода оценки прочности горных пород, в которых производятся его исследования. Экспресс-метод был разработан на основе эмпирической зависимости между усилием, необходимым для внедрения индентора в стенку скважины, и прочностью горной породы. Приведены результаты испытаний горных пород и описание прибора для реализации разработанного экспрессметода. Показаны преимущества предложенного экспресс-метода и представлены его существующие аналоги. Результаты проведенных исследований свидетельствуют, что использование разработанного экспресс-метода обеспечивает определение прочности осадочных и метаморфизованных горных пород с доверительным интервалом ±22%.

Корнеев В. А. Разработка буровых резцов, армированных кубическим нитридом бора, и методологических основ для их испытания // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 11-1. – С. 116–129. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_ 111_0_116.

Корнеев Виктор Александрович — канд. техн. наук, доцент, Сибирский государственный индустриальный университет, e-mail: korneev_va@list.ru, ORCID ID: 0000-0001-9135-4418.

1. Корнеев П. А., Корнеев В. А. Особенности процесса разрушения углепородного массива при вращательном бурении инструментом, оснащенным твердосплавными вставками // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. — 2019. — № 3. — С. 39—46.

2. Rostamsowlat I., Richard T., Evans B. An experimental study of the effect of back rake angle in rock cutting // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2018, vol. 107, pp. 224—232. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2018.04.046.

3. Voyiadjis G. Z., Yaneng Zhou Numerical modeling of frictional contact between a blunt tool and quasi-brittle rock // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2019, vol. 52, no. 10, pp. 3771—3790. DOI: 10.1007/s00603-019-01800-0.

4. Тимофеев Е. Г., Теплякова А. В., Жуков И. А., Голиков Н. С. Автоматизированный метод проектирования бойков ударных машин по физико-механическим свойствам разрушаемых объектов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 12-2. — С. 259—271. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_122_0_257.

5. Теплякова А. В., Жуков И. А., Мартюшев Н. В. Применение бурильных машин с ударным кулачковым механизмом в различных горно-геологических условиях // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 3(53). — С. 501—511. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-3-501-511.

6. Aydin A. ISRM suggested method for determination of the schmidt hammer rebound hardness: Revised version // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2009, vol. 46, pp. 627 — 634. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2008.01.020.

7. Le Tien-Thinh, Skentou Athanasia D., Mamou Anna, Asteris Panagiotis G. Correlating the unconfined compressive strength of rock with the compressional wave velocity effective porosity and schmidt hammer rebound number using artificial neural networks // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2022, vol. 55, no. 11, pp. 6805—6840. DOI: 10.1007/s00603-022-02992-8.

8. Jamshidi Amin A comparative study of point load index test procedures in predicting the uniaxial compressive strength of sandstones // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2022, vol. 55, no. 7, pp. 4507—4516. DOI: 10.1007/s00603-022-02877-w.

9. Wang M., Wan W. A new empirical formula for evaluating uniaxial compressive strength using the Schmidt hammer test // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2019, vol. 123, pp. 1—11. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2019.104094.

10. Aydin A., Basu A. The Schmidt hammer in rock material characterization // Engineering Geology. 2005, vol. 81, no. 1, pp. 1—14. DOI: 10.1016/j.enggeo.2005.06.006.

11. Прокопов А. Ю., Гергарт Ю. А. Апробация и оценка точности неразрушающего экспресс-метода определения прочностных свойств породного массива в условиях реконструкции Рокского тоннеля // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2015. — № 4. — С. 101—107.

12. Харисов Т. Ф. Оценка предела прочности пород в образце с использованием молотка Шмидта // Известия ТулГУ. Науки о Земле. — 2020. — № 4. — С. 304—314.

13. Харисов Т. Ф., Панжин А. А., Харисова О. Д. О проблемах экспресс-метода определения прочности горных пород // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2019. — № 7. — С. 86 — 91. DOI: 10.25635/q9637-9421-1804-p.

14. Singh V. K., Singh D. P. Correlation between point load index and compressive strength for quartzite rocks // Geotechnical and Geological Engineering. 1993, vol. 11. pp. 269—272.

15. Bieniawski Z. T. The point-load test in geotechnical practice // Engineering Geology. 1975, vol. 9, no. 1. DOI: 10.1016/0013-7952(75)90024-1.

16. Машуков И. В., Раац В., Залеская О. В., Малофеев Д. В., Кравченко А. Е. Исследование прочностных свойств горных пород методом сосредоточенной нагрузки на горнорудных предприятиях // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. — 2014. — № 1. — С. 101—104.

17. Машуков И. В., Залесская О. В., Малофеев Д. В., Матвеев А. В. Исследование прочностных свойств горных пород методом сосредоточенной нагрузки (PLT) / Сборник трудов XV Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности». — Кемерово, 2013. — С. 41—44.

18. Ануфриев В. Е., Денискин Н. Ф., Федоринин В. Н., Цыцаркин В. Н. Экспресс-метод определения прочностных и деформационных свойств пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2004. — № 2. — С. 77—82.

19. Черданцев Н. В., Преслер В. Т., Ануфриев В. Е. Обоснование способа определения механических характеристик массива горных пород в натурных условиях // Вестник КузГТУ. — 2011. — № 6(88). — С. 6—12.

20. Абрамов И. Л., Майоров А. Е. Совершенствование средств оперативного измерения контактной прочности горных пород приконтурной зоны массива // Вестник НЦ ВостНИИ. — 2018. — № 4. — С. 74—79.

21. Корнеев В. А., Корнеев П. А., Крестовоздвиженский П. Д., Пугачев Е. В. Совершенствование конструкций буровых резцов // Горный журнал. — 2020. — № 12. — С. 67—70. DOI: 10.17580/gzh.2020.12.15.

22. Анохин А. С., Стрельникова С. С., Кукуева Е. В., Шипков А. Н., Ткаченко В. В., Никитенко С. М. Cвойства крупноразмерных заготовок сверхтвердых композитов на основе кубического нитрида бора // Стекло и керамика. — 2015. — № 8. — С. 26—29.

23. Kolodnits’kyi V. M., Bagirov O. E. On the structure formation of diamond-containing composites used in drilling and stone-working tools (A review) // Journal of Superhard Materials. 2017, vol. 39, no. 1. URL: https://link.springer.com/article/10.3103/S1063457617010014. DOI: 10.3103/S1063457617010014.

24. Никитенко С. М., Кольба А. В., Анохин А. С., Кукуева Е. В. Перспективы применения сверхтвердых материалов и износостойких сплавов для породоразрушающего инструмента // Стекло и керамика. — 2015. — № 12. — С. 27—34.

25. Dvornikov L. T., Kushin V. I., Nikitenko S. M., Korneyev V. A. Experimental designs of a combined tool using superhard composite materials for effective destruction of mine rocks // Eurasian Mining. 2018, vol. 1, no. 29, pp. 22—26. DOI: 10.17580/em.2018.01.05.

26. Третьяк А. А., Гроссу А. Н., Борисов К. А. Влияние конструктивных особенностей коронок, армированных алмазно-твердосплавными пластинами, на эффективность бурения горных пород // Горный журнал. — 2018. — № 2. — С. 85—90. DOI: 10.17580/gzh. 2018.02.12.

27. Теплякова А. В., Азимов А. М., Алиева Л., Жуков И. А. Обзор и анализ технических решений для повышения долговечности и улучшения технологичности элементов ударных узлов бурильных машин // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 9. — С. 120—132. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_9_0_120.