Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Алмазы встречаются в природе в виде кри­сталлов или их обломков и сростков различных кристалличе­ских форм. Размеры природных кристаллов различны и ко­леблются от десятых долей миллиметра до 6 мм. Редко встре­чаются крупные алмазы в виде кристаллов, достигающих размеров нескольких сантиметров.

Кристаллы алмаза имеют различную форму: куба, октаэд­ра, ромбододекаэдра или переходных между ними форм.

Форма кристалла алмаза определяется строением его кри­сталлической решетки. Пространственная решетка алмаза представляет собой систему одинаковых плотно уложенных параллелепипедов, вершины которых называются узлами. Плоскости, проходящие через три узла, составляют плоскую сетку. В природных алмазах вершины кристаллов соответст­вуют узлам, грани — плоским сеткам, а ребра — рядам узлов. Поскольку межплоскостные расстояния в алмазах разных форм различны, то алмаз легче раскалывается по плоскостям или его граням. По другим направлениям алмаз колется труд­нее. Свойство алмаза раскалываться по определенным на­правлениям называется спайностью.

Алмаз — самый твердый минерал, является кристалличе­ским углеродом с очень плотной атомной решеткой. При вы­сокой температуре алмаз превращается в графит — минерал с резко отличающимися от алмаза механическими свойствами.

Алмаз имеет твердость по шкале Маоса, равную 10; его микротвердость находится в пределах 95 000-100 600 МПа, т. е. алмаз является наиболее твердым минералом, что определяет его применение для бурения хрупких абразивных и твердых пород. Твердость алмаза на разных гранях кри­сталла различна — наименьшую твердость имеет грань куба. Несколько большей твердостью обладает грань ромбододэка — эдра и самой высокой твердостью — грань октаэдра. Это свойство алмаза объясняется неравномерным расположени­ем атомов в плоских сетках алмазов различных форм й назы­вается анизотропией. Анизотропия твердости учитывается при изготовлении алмазного породоразрушающего инстру­мента с ориентированной установкой алмазов в буровых ко­ронках.

Плотность алмазов зависит от включений и примесей в нем, а также от пористости и колеблется от 2,9 до 3,55 г/см3.

Стойкость алмаза находится в прямой зависимости от ко­эффициента теплопроводности X. Чем больше значение X, тем меньше нагрев алмаза, тем менее интенсивно проходят окис­лительные процессы на поверхности его режущих кромок. Коэффициент теплопроводности алмаза А, = 1,465-102 Вт/(м-°С), или в 2,5 раза больше, чем у твердого сплава ВК8. Поэтому при соответствующем охлаждении алмазами можно вести бу­рение с очень высокими окружными скоростями без их гра — фитизации.

Графитизация алмаза в обычной атмосфере начинается при 900-1000 °С. В кислороде алмаз сгорает полностью; в среде водорода, азота и глубоком вакууме алмазы можно на­гревать до 1300-1500 °С. Алмаз имеет высокий показатель преломления, который придает ему алмазный блеск. Показа­тель- преломления алмаза зависит от цвета лучей. Для красно­го цвета его значение составляет 2,402, для желтого — 2,417, для зеленого — 2,427 и для фиолетового — 2,465. Показатель преломления воздуха равен 1, воды — 1,33, топаза — 1,62, ко­рунда — 1,77, фианита — 2,2. Отсюда видно, что алмаз обладает наиболее высоким показателем преломления среди прозрач­ных тел.

При действии катодных, рентгеновских и ультрафиолето­вых лучей прозрачные алмазы начинают светиться различ­ным цветом. Это свойство называется люминесценцией. Цвет люминесцирующих алмазов колеблется от зеленого и желтого до голубого или синего и несветящегося. Исследования пока­зали, что алмазы с различным свечением имеют разные фи — зико-механические свойства. Наиболее высокая статическая прочность на сжатие у несветящихся алмазов, затем у голу­бых, зеленых, желтых и розовых. Наибольшая динамическая прочность у кристаллов с розовым, затем с зеленым, желтым и голубым свечением. Наименьшую прочность на удар имеют несветящиеся алмазы. Исследования алмазов с различным свечением на истирание установили, что алмазы, светящиеся зеленым цветом, имеют наибольшую износостойкость.

Механические свойства алмазов и других твердых мате­риалов приведены в табл. 6.1.

У алмаза низкая прочность на изгиб, поэтому требуется хо­рошая защита алмазов в матрицах буровых коронок. Алмаз — очень хрупкий минерал. При ударе он легко раскалывается по плоскостям спайности, параллельным граням октаэдра. Поэто­му в процессе бурения с алмазным породоразрушающим инст­рументом нужно обращаться весьма осторожно.

Износостойкость алмазов по различным кристаллографи­ческим направлениям колеблется в широких пределах; сред­няя износостойкость в несколько раз выше износостойкости широко известных абразивных материалов — карбида крем­ния и карбида бора. Абразивная способность материала оп­ределяется отношением массы сошлифованного материала к массе израсходованного абразива. Если принять абразивную способность алмаза за единицу, то абразивная способность карбида бора составит 0,5-0,7, карбида кремния — 0,2-0,4, а электрокорунда — 0,15.

Алмаз не смачивается водой, но обладает способностью прилипать к жировым смесям. Поэтому применение поверх­ностно-активных веществ, эмульсий улучшает смачиваемость алмаза и предохраняет его от абразивного износа. Кислоты, даже самые сильные, не действуют на алмаз.

По назначению алмазы делятся на ювелирные и техниче­ские. К ювелирным относятся алмазы кристаллической фор­мы, прозрачные, без трещин и включений, пятен и других изъянов. К техническим алмазам относятся остальные камни кристаллической формы, а также агрегатные разновидности.

Технические алмазы высокого качества (XV группа) при­меняют в коронках без предварительной обработки. Техниче­ские алмазы низкого качества (XX группа) обязательно пред­варительно обрабатывают с целью разделения по форме и размерам, а также для выделения алмазов с более высокими прочностными свойствами. При этом алмазы подвергают дроблению, овализации, полированию, термической обработ­ке и металлизации.

Технические алмазы подразделяют на три группы, харак­теризующие их морфологические особенности и буровые ка­чества: карбонадо, балласы и борты.

Карбонадо — минералы светло-серого, коричневого или черного цвета, тонкозернистые, с тусклым или металлическим оттенком. Благодаря скрытокристаллическому строению и отсутствию спайности они отличаются большой прочностью, вязкостью и надежны в работе.

Балласы — мелкозернистые агрегаты округлой формы, мут­нобелого, серого и коричневого цвета, отличающиеся лучистым крупнокристаллическим ядром и мелкозернистой твердой обо­лочкой. Вследствие высокой твердости оболочки балласы ши­роко применяют в расширителях и однослойных коронках.

Борты представлены кристаллами неправильной формы или сростками. Борты окрашены в желтый, коричневый и серый цвета. Они являются основным сырьем для армирования ал­мазных коронок.

Комментарии запрещены.