ТОННЕЛЕСТРОЕНИЕ И БУРЕНИЕ ШПУРОВ

В результате широких теоретических, лабораторных и шахтных исследований выявлены зависимости между параметрами вращательного бурения, получены значения крутящих моментов, необходимых в различных условиях для вращения инструмента, изменение их значений от осевого усилия. Выявлено, что практически частота вращения не оказывает влияния на величину крутящего момента и энергоемкость процесса бурения пород различной крепости. Определены факторы, ограничивающие применение вращательного способа бурения. Сделан вывод, что применение вращательного способа бурения в породах с коэффициентом крепости более f=10 возможно, но при изыскании более прочных материалов коронки бура.

Уже в пятидесятых годах были исследованы основные процессы разрушения породы под резцом. В частности, в / 169 / приводятся уравнения для определения параметров резанья. Установлено, что процесс резанья непрерывный, а режим резанья динамичный, скачкообразный. Отрыв породы происходит после уплотнения некоторого объема (ядра) породы под резцом. Коэффициент динамичности характеризуется двух-трех, а то и пятикратным значением от средней величины нагрузки резания. Основными параметрами, влияющими на производительность бурения, являются глубина резанья и ширина резца. Предлагаются методы сверления крепких пород и теоретические обоснования таких методов / 73 /.

В этот же период исследования вращательного способа бурения проводились методом скоростной киносъемки в Днепропетровском горном институте. Автор делает выводы / 170 /:
1) разрушение хрупкой породы происходит в основном за счет усилий отрыва, сопротивление которому для горных пород в 2 - 5 раз меньше, чем сопротивления сдвигу;
2) с увеличением глубины резанья порода разрушается более крупными частями пластинчатой формы;
3) повышение скорости резанья ведет к увеличению степени дробления породы;
4) законы разрушения проявляются в одинаковой степени для всех разновидностей хрупких тел: механизм разрушения одинаков при различном заглублении резца, скорости и переднем угле резанья;
5) энергоемкость разрушения снижается с увеличением крупности частиц породы, отделяемой резцом при разрушении;
6) инструмент для разрушения породы следует конструировать так, чтобы он обеспечивал разрушение ядра уплотнения с минимальной затратой энергии на эту работу.

На основании теоретических исследований ряд ученых в 30-х годах XX века считал, что пройдет 10 - 15 лет и этот способ бурения вытеснит все другие и, конечно, ударно-поворотный. Однако прогнозы не оправдались.

В некрепких породах, сланцах, угле, соли вращательный способ действительно вытеснил другие способы бурения, но в крепкой породе он не смог конкурировать с постоянно совершенствоваемыми ударно-поворотным и вращательно-ударным способами бурения.

Препятствием к успешному применению вращательного способа бурения в крепких породах была проблема стойкости инструмента, коронок бура. Эта проблема существовала, как известно, еще в период внедрения сверла Брандта и не снята до сего времени.

Существо проблемы в общих чертах довольно простое. Производительность вращательного способа бурения зависит от частоты вращения сверла (бура) и усилия подачи на бур. С увеличением крепости породы пропорционально растет эффективное усилие подачи (до нескольких тонн). Однако, при сохранении частоты вращения бура коронка сверла быстро выходит из строя, и конструкторы колонковых сверл вынужденно уменьшали число оборотов бура, с 1500 до 300 - 400, и, соответственно, падала производительность бурения настолько, что применение сверл с увеличением крепости пород становилось нерациональным. По результатам, в частности, исследований при бурении в породах различной крепости Рурского бассейна стойкость бурового инструмента при вращательном бурении в крепких породах на порядок ниже (рис. 3.25), чем при бурении вращательно-поворотным способом и значительно меньше при бурении вращательно-ударными пневматическими машинами / 179 /.

Рис. 3.25
 далее
Навигация по книге: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109