Секрет базальта: порода не твердая, но быстро изнашивает резцы – разбираемся подробно!

В сфере горных и тоннельных разработок базальт получил прозвище «твердая кость» у руководителей строительных площадок из-за огромного расхода режущего инструмента. Однако это ошибочное суждение. По сравнению с гранитом и кварцитом базальт можно отнести к относительно «мягким» горным породам.

Сегодня специалисты компании Mailinmate на основе многолетнего полевого опыта детально анализируют особенности эксплуатации на базальтовых пластах. Мы поможем выявить слабые участки породы для точного разрушения скалы, продлить ресурс эксплуатации резцов и кардинально повысить производительность строительных работ.

Почему условно «мягкий» базальт создает сложности при разработке?

Как гласит старая мудрость: зная себя и противника, вы всегда одерживаете победу. Чтобы эффективно работать с базальтом, сначала изучите три ключевые особенности этой породы:

базальт

Высокая плотность исключает разрушение по естественным трещинам

Базальт имеет малопористую плотную структуру, объемная плотность достигает 2,8–3,0 г/см³. В массиве породы практически отсутствуют зоны слабости. Резцам приходится разрушать породу исключительно за счет резания, без расширения природных трещин. Поэтому даже при умеренной твердости базальта постоянное трение и сдавливание быстро приводят к износу режущего инструмента.
Повышенная абразивность, эффект как от наждачной бумаги

Порода насыщена твердыми минеральными включениями: пироксеном и плагиоклазом. Эти мелкозернистые минералы обладают высокой твердостью и действуют как множество миниатюрных напильников. При скоростном трении резца о породу происходит интенсивный истирающий износ головки резца. Кроме того, выделение тепла при трении вызывает перегрев, ускоряющий выход резца из строя. Это основная причина повышенного износа буровых зубьев.
Комбинация хрупкости и вязкости – внезапные ударные нагрузки

Вязкость базальта занимает промежуточное положение между гранитом и известняком. При механическом резании порода не обрушается крупными фракциями, как чисто хрупкие скалы, наблюдается вязкий тип разрушения: при врезании нет обрушения массива, при фрезеровке порода плохо отделяется, поэтому резец длительное время скользит внутри породы. Данная особенность в сочетании с локальной неоднородностью структуры формирует резкие пиковые ударные нагрузки, провоцирующие сколы и поломку резцов. Частые ударные воздействия также усугубляют внутренние микроповреждения твердосплавной головки.

Эксплуатационные проблемы: при разработке базальтовых пород разрушение резцов реализуется в четырех типовых формах, для каждой характерна определенная причина дефекта. Специалисты компании Melinmate разработали эксклюзивные рекомендации по подбору инструмента и оптимизации строительной технологии для практического применения:

Трещины твердосплавной головки – недостаточная ударная вязкость

Проявление повреждения: сколы и отслоение частей головки резца, мгновенная потеря режущей способности.

Причина: При изготовлении резца из обычной марки твердого сплава или сплава с крупнозернистой структурой инструмент хрупко разрушается как стекло при воздействии сильных ударных нагрузок.
Быстрое истирание и затупление сплавной головки – недостаточная красностойкость при высоких температурах

Проявление: Укорачивание режущих вершин, рост энергопотребления оборудования, замедление скорости проходки.

Причина: Скоростное трение резца о породу вызывает интенсивный нагрев. При слабой красностойкости сплава (способности сохранять твердость при повышенных температурах) режущие кромки быстро скругляются и затупляются, что приводит к резкому падению эффективности горных работ.
Отслоение твердосплавной головки – паяной шов не выдерживает длительный нагрев

Проявление: Полное отпадение сплавной головки. Это приводит не только к потере расходного инструмента, но и создает угрозу повреждения режущего рычага проходческого комбайна.

Причина: Постоянный высокотемпературный режим при разработке базальта. Нарушения технологии пайки (неравномерные зазоры паяного шва, остаточные внутренние напряжения) либо низкая жаростойкость припоя приводят к размягчению и растрескиванию соединения сплавной головки с корпусом резца и полному отслоению головки.

Внешне целый резец с потерей функциональности – внутреннее повреждение от перегрева

Проявление дефекта: головка резца визуально целая, без затупления, но скорость проходки постепенно снижается. Внешних повреждений нет, однако инструмент уже непригоден для эксплуатации.

Причина: Длительное резание базальтовой породы вызывает постоянный тепловой нагрев от трения, что снижает красностойкость твердого сплава. Наружная поверхность сохраняет целостность, но твердость внутренних слоев значительно падает. Формируется скрытый дефект: видимого износа нет, но рабочие свойства утрачены полностью.

Методы решения задачи: не применять набор решений для гранита при подборе резцов. Исходя из преобладания абразивного износа при работе на базальте, скорректируйте принципы подбора инструмента:

Главный критерий – общая износостойкость корпуса резца

Рекомендуемые конструктивные решения для базальтовых условий:

Наплавка передней части корпуса резца высокотемпературным износостойким покрытием (толщина покрытия 2–3 мм);
Усиление корпуса резца износостойкими материалами, например высокохромистым чугуном;
Плавное изменение твердости по длине резца для исключения локальных участков с пониженной твердостью.

Параметры твердосплавной головки: приоритет ударной вязкости перед сверхвысокой твердостью

Использование сверхмелкозернистого твердого сплава. Мелкозернистая плотная структура эффективно рассеивает ударные нагрузки, существенно повышает стойкость к образованию трещин и успешно выдерживает пиковые ударные импульсы при резании базальта.

Прочность паяного шва: исключение отслоения головки при сохраненном корпусе резца

При частичном износе корпуса резца открывается паяной шов. При недостаточной прочности соединения твердосплавная головка отпадает полностью даже при незначительном износе инструмента. Компания Melinmate применяет технологию вакуумной пайки. Паяной шов надежно фиксирует головку даже при предельном износе корпуса резца.
Форма резца: предпочтение коническим резцам

Конические резцы обладают отличной способностью к самоповороту, эффективно противостоят эксцентричному износу и оптимально подходят для работы на сильно абразивном базальте.
Оптимизация технологии строительных работ

Специалисты Mailinmate обращают внимание: при ведении горных работ важна рациональная техника, а не грубая силовая нагрузка, требуется своевременная корректировка режимов работы оборудования.

Регулировка подачи инструмента: умеренно снизить скорость вращения резания, увеличить глубину врезания в породу. Исключите длительное трение резца в одной точке для снижения тепловыделения. Данный прием предотвращает падение красностойкости твердого сплава, уменьшает износ корпуса резца и размягчение паяного шва от перегрева.

Своевременный технический осмотр: при разработке базальта сколы резцов и скрытые внутренние повреждения являются типичными дефектами. Помимо визуального контроля износа и сколов резцов отслеживайте производительность проходки. При снижении эффективности разрушения породы производите оперативную замену резцов, чтобы предотвратить бесполезный расход расходных материалов и повреждение зубчатых гнезд.

Итоговое резюме

Производитель буровых комплектующих Mailinmat

Базальт не относится к самым твердым породам, но является одной из наиболее абразивных скал. Правильный подбор резцов – это половина успеха, а грамотная технология ведения работ станет финальным штрихом.

Компания Mailinmat много лет специализируется на производстве инструментов для тоннелепроходки, накопив богатый практический опыт работы с такими сложными породами, как базальт и гранит. Если на вашем объекте вы столкнулись с проблемой интенсивного износа резцов при работе на относительно мягкой породе, оставьте запрос для консультации – мы вместе подберем эффективные решения для разрушения скал.