Классификация технических алмазов
Следует иметь в виду, что из всех видов алмазного инструмента, применяемого в промышленности, алмазная буровая коронка работает в наиболее тяжелых условиях. Это объясняется неоднородностью свойств разбуриваемых горных пород, наличием сложного сочетания знакопеременных нагрузок, характер которых в условиях забоя скважин мало изучен, и, самое главное, отсутствием постоянного оперативного контроля за состоянием режущей части коронки. Поэтому правильный выбор качества алмазов, используемых для армирования матрицы, существенно влияет на работоспособность алмазного породоразрушающего инструмента.
Выбор алмазов
Классификационные признаки
Основными классификационными признаками алмазов по системе «SITY» являются:
- размерность
- форма и степень искажения формы
- характер поверхности граней
- дефектность (качество)
- цвет
Размерность алмазов
Размерность алмазов характеризуется условными ситовыми классами, весовыми группами в грейнерах и весовыми группами в каратах.
Форма и степень искажения алмазов
По форме алмазы подразделяются на целые кристаллы и их обломки, двойники и их обломки, сростки кристаллов.
Степень искажения формы алмазов характеризуется
отношением максимально различных размеров по осям симметрии третьего порядка или
по осям наибольшего искажения. В зависимости от степени искажения формы алмазы
относятся к той или иной основной позиции (подгруппе).
Степень искажения формы определяется образцами. Характер поверхности граней алмазов (рельефность) классифицируется по наличию и степени проявления различных внешних морфологических особенностей и определяется по образцам. В зависимости от характера поверхности граней алмазы относятся к той или иной основной позиции (подгруппе). Каждая основная позиция (подгруппа) подразделяется на позиции дефектности (качества) и позиции цвета. Сортировка алмазов по качеству и цвету производится в соответствии с утвержденными образцами.
На работоспособность алмазной коронки большое влияние оказывает размерность алмазов, которая определяется по числу зерен, приходящихся на 1 кар., т. е. числом близких по размеру камней, входящих в навеску, равную 1 кар. (табл. 2.5).
Таблица 2.5. Соотношение размерностей алмазов
| Условный ситовой класс | Ситовой класс, мм | Размерность, шт/кар. | Размерность, грайнеры | Размерность, караты |
| -0,5 | -0,5+0,4 | 800-600 | 2 | 0,45-0,65 |
| -0,6+0,5 | 600-400 | 3 | 0,66-0,89 | |
| -0,7+0,6 | 400-200 | 4 | 0,90-1,19 | |
| -1+0,5 | -0,8+0,7 | 200-150 | 5 | 1,20-1,39 |
| 150-120 | 6 | 1,40-1,79 | ||
| - 1,0+0,8 | 120-90 | 8 | 1,80-2,49 | |
| -2+1 | - 1,0+0,8 | 90-60 | 10 | 2,50-2,79 |
| -3+2 | - 1,2+1,0 | 90-60 | 3 размер, кар | 2,80-3,79 кар |
| 60-40 | 4 размер, кар | 3,80-4,79 кар | ||
| -4+3 | 50-30 | 5 размер, кар | 4,80-5,79 кар | |
| -5+4 | - 1,6+1,2 | 6 размер, кар | 5,80-6,79 кар | |
| -6+5 | 30-20 | 7 размер, кар | 6,80-7,79 кар | |
| -7+6 | -2,0+1,6 | 20-12(12-8) | 8 размер, кар | 7,80-8,79 кар |
| -9+7 | -2,4+2,0 | 12-8(8-5) | 9 размер, кар | 8,80-9,79 кар |
| - 11+9 | -2,8+2,4 | 8-5(5-4; 4-3) | ||
| + 11 | -3,3+2.8 | (4-3; 3-2; 2-1) |
Зернистость алмазных порошков по стандартам России, США, Англии и Германии, применяемых для оснащения алмазного инструмента, приведена в табл. 2.6.
Таблица 2.6.Зернистость алмазных порошков по различным стандартам
ГОСТ 9206—80
«Порошки алмазные» (Россия)
Отверстия сит по ИСО
565
Стандарт ФЕПА
Британский стандарт
BS 1987
Стандарт США, AST
МЕШ
Стандарт Германии
DTN 848
серия 2
серия 1
Широкий диапазон
зернистостей
1600/1000
-
-
-
-
-
-
-
1180/850
1182
14/18
16/20
-
-
1000/630
-
-
-
-
-
-
-
850/600
852
18/25
20/30
-
700
630/400
600-425
602
25/36
30/40
-
500
400/250
425/300
427/302
36/52
40/50
-
350
250/160
150/180
252
60/85
60/80
-
-
Узкий диапазон
зернистостей
1600/1250
-
-
-
-
-
-
1250/1000
1180/1000
1182
14/16
16/18
-
1100
1000/800
1000/850
1001
16/18
18/20
-
900
800/630
850-710
851
18/22
20/25
-
700
-
710/600
711
22/25
25/30
-
700
630/500
600/500
601
25/30
30/35
550
500
500/400
500/425
501
30/36
35/40
450
500
400/315
425/355
436
36/44
40/45
-
350
-
355/300
356
44/52
45/50
-
350
315/250
300/250
301
52/60
50/60
280
250
250/200
250/212
251
60/72
60-70
220
250
200/160
212/180
213
72/85
70/80
180
150
-
180/150
181
85/100
80/100
160
150
160/125
150/125
151
100/120
100/120
140
150
125/100
125/106
126
120/150
120/140
110
100
100/80
106/90
107
150/170
140/170
90
100
-
90/75
91
170/200
170/200
90
70
80/63
75/63
76
200/240
200/230
65
70
63/50
63/53
64
240/300
230/270
55
50
Примечание. В числителе - наибольший размер зерен основной фракции, в
знаменателе наименьший размер зерен основной фракции.
Размер
объемных и подрезных алмазов, закладываемых в коронку, определяется
структурой горной породы и ее твердостью. Установлено, что максимальная скорость
бурения достигается тогда, когда в процессе разрушения горной породы образуются
крупные частицы шлама. Поэтому величина алмазов в коронке должна быть такой,
чтобы отделять от забоя частицы породы по возможности более крупных размеров и
одновременно обеспечивать достаточный зазор между матрицей коронки и породой
забоя для выноса отдельных частиц породы промывочной жидкостью из-под торца
коронки без их дополнительного переизмельчения. Таким образом, чем больше
выступающая из матрицы часть алмазов соответствует частице, которую предстоит
отделить от породы, тем лучше будет работать коронка. Поэтому для бурения в
мягких крупнозернистых породах следует выбирать коронки, армированные более
крупными зернами алмазов, а в мелко- и тонкозернистых породах - мелкими зернами
(табл. 2.7).
Таблица 2.7. Размеры алмазного зерна и порошков
Число алмазов в 1 кар
Линейные размеры, мм
Средний условный диаметр,
мм
Алмазное зерно
3
3,50-3,80
3,65
3-2
3,30-3,50
3,40
4-3
3,00-3,30
3,15
10-5
2,80-3,00
2,90
20-10
2,50-2,80
2,65
30-20
2,0-2,50
2,25
40-30
1,60-2,00
1,80
60-40
1,50-1,60
1,55
90-60
1,25-1,60
1,43
150-120
1,00-1,25
1,13
300-200
0,80-1,00
0,90
800-400
0,63-0,80
0,72
Алмазные порошки
1200-800
0,50-0,63
0,57
2000-1200
0,40-0,50
0,45
Величина алмазов
должна соответствовать твердости горной породы. Чем тверже порода,
тем более мелкие зерна алмазов следует использовать для ее бурения.
В
породах VI-VIII категории по буримости, как правило, применяют коронки с
алмазами размером 20-12 шт/кар.
В породах VIII-IX категорий - 60-20
шт/кар.
В породах IX-X категорий-150-60 шт/кар.
В очень
твердых породах XI-XII категорий- 600-150 шт/кар. и более.
Для повышения качества низкосортных алмазов разработан ряд технологических
процессов.
Путем искусственной обработки кристаллам алмаза (рис.
2.1) придают изометричную и овальную форму, отбраковывают трещиноватые
и дефектные камни, полируют поверхность ранее обработанных или естественных
кристаллов, металлизуют зерна алмазов путем нанесения на их поверхность
металлических покрытий (никель, титан, вольфрам и др.), повышают прочность
алмазов путем снятия внутренних напряжений в кристаллах при нагревании их в
инертной среде и др.
Рис. 2.1. Основные формы кристаллов алмаза.
а - куб; б - октаэдр; в - ромбододекаэдр; кривогранные кристаллы: г - гексаэдроид; д - октаэдроид; е - додекаэдроид.
Избирательное дробление низкосортных алмазов проводится для придания кристаллам изометрической формы и устранения трещиноватых и дефектных алмазов. Дефектные зерна дробятся преимущественно по направлению трещин, по включениям, по зонам внутренних напряжений. Алмазы, обработанные методом избирательного дробления, используются при изготовлении буровых коронок в качестве объемных алмазов.
Овализация низкосортных алмазов проводится с целью получения зерна
овальной изометрической формы и разрушения трещиноватых и дефектных алмазов.
В процессе обработки алмазы раскалываются, острые углы и вершины
кристаллов притупляются; алмазы получают округлую форму,
их прочность повышается. При длительной обработке можно получить
алмазы практически шаровой формы, при кратковременной - слегка
округленной формы. Поверхность овализованных алмазов - матовая, шероховатая. При
изготовлении коронок овализованные алмазы используются в качестве
подрезных.
