БУРОВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ

Принцип и теория вращательного бурения

При (вращательном бурении шпуров рабочим инструментом яв­ляется резец, которому буровая машина сообщает через буровую штангу вращательное и поступательное движение.

Принцип вращательного бурения заключается в следующем. Под непрерывным действием силы Р (рис. 82), создающей посту­пательное движение, резец углубляется в породу, раздавливая ее лезвием. Под действием силы Q, создающей вращательное движе­ние, резец снимает стружку породы толщиной h. Разрушенная порода выдается из шпура витками спиральной буровой штанги или потоком воды.

Процесс снятия резцом стружки породы происходит следующим образом. В начале бурения плоскость забоя перпендикулярна оси вращения (направлению подачи) резца. Затем при вращении и осе­вом перемещении резца она станет наклонной, а перед передней гранью каждого пера резца будет уступ высотой h, называемый толщиной стружки. Передняя грань пера резца соприкасается с по­родой не по всей толщине стружки; площадь соприкосновения — величина переменная. В начальный момент после скалывания оче­редного элемента стружки площадь соприкосновения незначительна (рис. 82, положение /). Затем по мере вращения резца (при этом происходит смятие породы передней гранью) и осевого перемеще­ния (при этом происходит разрушение породы под лезвием пера резца) площадь соприкосновения передней грани с породой увели­чивается до тех пор, пока возникающее при этом усилие не превзой­дет предела прочности породы по плоскости скалывания. В этот мо­
мент происходит образование нового элемента стружки (рис. 82, положение II). Откол элементов стружки происходит под углом скалывания <р, который равен 150—160° и не зависит от крепости породы и геометрической формы резца [15].

Скорость бурения зависит от ряда факторов, главными из кото­рых являются: осевое усилие, скорость вращения резца, крепость

Породы, форма и материал рез­ца и способ удаления разру­шенной породы.

Вследствие сложности во­проса общепризнанной теории бурения еще нет, но имеется ряд рабочих гипотез [21, 22, 24].

Согласно гипотезе проф. Л. А. Шрейнера [15], при вра­щательном бурении каждая точка лезвия резца описывает в шпуре винтовую линию. Тол-

R, 00 п щина снимаемой стружки (тол-

Рис. 82. Схема разрушения породы рез - „ r 4____

Цом при вращательном бурении Щина скалываемого слоя поро­ды) и скорость бурения зави­сят от осевого усилия на единицу длины лезвия Рі и числа оборотов резца. Усилие Pi и давление резания Qi, отнесенные к единице дли­ны лезвия, определяются из формул:

P1 = amF1 + fmbcCK:; (93)

Qi = mbaCK - f - faBAFi, (94)

Где аЕД — сопротивление породы вдавливанию;

Fі — площадь контакта лезвия с породой (на единицу длины

Лезвия): f — Коэффициент трения; Ь — толщина стружки;

Оск — сопротивление породы скалыванию;

1

Т =

Sin Є' (sin 6 — / cos 6) '

6 — угол между передней гранью резца и плоскостью скалы­вания;

6'= 90°-г 6 (см. рис. 82).

Вследствие сложности расчетов теоретическими формулами обычно не пользуются.

При расчете производительности или скорости бурения, а также при выборе режима бурения (осевого усилия и скорости вращения резца) пользуются данными практики или экспериментов.

На рис. 83 приведены кривые зависимости скорости бурения и потребляемой мощности от осевого усилия Р и скорости враще­ния п при бурении в тонкозернистом песчанике (данные исследова-
ний ДонУГИ). Из кривых видно, что скорость бурения повышается с увеличением числа оборотов, но до известных пределов. Так, мак­симальная скорость бурения получена при 250—300 об/мин и при осевом усилии 830 кГ. При меньшем числе оборотов скорость буре­ния и энергетические затраты снижаются, а при большем числе обо­ротов (более 300) скорость бурения снижается, а энергетические за­траты на единицу длины или объема шпура повышаются. Это объяс­няется действием фактора времени — при большем числе оборотов

Рис. 83. Кривые зависимости скорости бурения v (сплошная линия) и потреб­ляемой мощности N (пунктирная линия):

А — от величины осевого усилия Р-, б — от скорости вращения п

Уменьшается продолжительность действия внешних сил по контак­ту между режущим инструментом' и породой в каждом данном положении [15]. Кроме того, большое значение имеет интенсив­ность удаления из-под резца разрушенной породы.

При определении рационального режима бурения можно руко­водствоваться ориентировочными данными, приведенными в табл. 22, составленной на основании работ А. Д. Имаса (ДонУГИ).

Таблица 22