Контактовая зона красного и белого песчаника по праву считается «врагом резцов» при проходке горных выработок и шахт. Степень износа резцов напрямую влияет на производительность и себестоимость проходческих работ. Почему песчаник, который на первый взгляд легко поддается разработке, оказывается сложнее твердых пород? Как решать задачу при встрече с такими пластами? Специалисты Merinmate, опираясь на геологические особенности происхождения пород и основные механизмы износа, предлагают комплексное решение, которое позволяет снизить износ резцов, увеличить проходку и сократить затраты по существу.
- Почему контактовая зона красного и белого песчаника является «зоной максимального износа» проходческого режущего инструмента?
Контактовая зона красного и белого песчаника представляет собой комплексную породу с чередованием мягких и твердых слоев, резким изменением состава и высокой абразивностью. Три её «фатальные особенности» создают препятствия для проходки горных выработок:
Содержание кварца в белом песчанике часто превышает 60 %, порода твердая и сильно абразивная. Во время проходки резцы вращаются вместе с режущей головкой на высокой скорости, подвижные кварцевые частицы непрерывно царапают твердосплавную головку и корпус резца, вызывая абразивный износ. Резец не разрушает породу ударом, а постепенно стирается под действием породных частиц. Твердосплавные головки стандартных резцов быстро затупляются и изнашиваются, теряя способность эффективно разрушать породу. Приходится часто останавливать оборудование для замены резцов, что серьезно замедляет темпы проходки.
Мягкий красный песчаник и твердый белый песчаник залегают чередующимися слоями. При каждом обороте режущей головки резец испытывает резкое изменение нагрузок: резание мягкой породы → удар о твердый слой → снова резание мягкой породы. Обычные резцы плохо выдерживают переменные нагрузки, на сварных швах появляются трещины, что приводит к отслоению и скалыванию твердосплавной головки, а также к излому корпуса резца. Неравномерное нагружение режущей головки вызывает её перекос, усиливает односторонний износ резцов и приводит к повреждению самой режущей головки.
При разрушении красного и белого песчаника образуется большое количество мелкой кварцевой породной пыли. При высокоскоростном вращении режущей головки возникает эффект высоконапорной пескоструйной эрозии, наносящий двойной вред резцам. Под действием скоростного потока частиц снижается прочность корпуса резца и державки, корпус стачивается до формирования «тонкой шейки». При переходе с красного песчаника на белый ударная нагрузка удваивается, что часто приводит к излому корпуса резца. Возникает ситуация: твердосплавная головка цела, а корпус сломан, что увеличивает расходы на расходные материалы.
- Ключ к решению проблемы: правильный подбор резцов, оптимизация режущей головки и корректировка рабочих параметров
При проходке контактовой зоны красного и белого песчаника работа «на износ» только увеличивает потери. Необходим точный подбор решений.
Стандартные резцы не выдерживают работы в данных породах, поэтому необходимо выбирать усиленные специализированные модели с комплексом свойств: высокая износостойкость, ударопрочность и стойкость к эрозии. Основные технические характеристики:
Применяется сверхкрупнозернистый твердый сплав (размер зерна WC ≥ 6 мкм) или многокомпонентный сплав с твердостью HRA ≥ 92. Износостойкость повышается в 2 раза, ударопрочность – на 30 %. Подходит для условий с чередованием мягких и твердых слоев. Используется конструкция увеличенной твердосплавной головки для роста износостойкого объема и удлинения интервала между заменами резцов.
Корпус изготовлен из конструкционной легированной стали 42CrMo с термообработкой (закалка с отпуском + глубокая закалка). Вязкость хвостовика HRC35‑38, износостойкий слой рабочей части HRC48‑52, реализуется принцип «внутри вязкий, снаружи твердый». Дополнительно возможно нанесение легированных вставок или керамических покрытий для повышения поверхностной износостойкости и предотвращения стачивания и излома корпуса.
Вакуумная сварка исключает дефекты сварного шва, прочность соединения твердосплавной головки и корпуса резца составляет ≥500 МПа, риск отслоения снижается более чем на 60 %, что обеспечивает устойчивость к переменным ударным нагрузкам. Оптимизирована точность сопряжения хвостовика резца и державки, предусмотрены канавки для свободного поворота резца. Это гарантирует равномерное распределение нагрузки и снижает односторонний эксцентриковый износ.
Асимметричное расположение с переменным шагом обеспечивает, чтобы в зоне контакта пород одновременно работало только 1‑2 резца, что рассеивает ударные нагрузки;
Увеличить угол наклона боковых резцов с 45° до 50‑55°, чтобы усилить предварительное разрушение породы и снять нагрузку с основных резцов;
При проходке контактовой зоны временно увеличить количество резцов на 15‑20 % для снижения нагрузки на один резец.
Соблюдать принцип «три снижения, одно усиление» (снижение нагрузки, снижение частоты вращения, снижение величины проходки, частые осмотры). В сочетании с технологическими приемами это позволяет снизить износ резцов.
3.Итог
При работе в контактовой зоне красного и белого песчаника, являющейся «зоной повышенного износа резцов», недопустимы хаотичные действия, требуются научно‑обоснованные и регламентированные режимы эксплуатации. Только профессиональный подбор резцов, рациональная схема их расположения и грамотная технология проходки позволяют превратить этот сложный участок в зону высокоэффективной разработки и реально добиться снижения расхода инструмента при росте производительности.