Разрушение горных пород при вращательном бурении резанием

Теоретические расчеты при этом виде бурения сводятся к определению осевого давления и глубины внедрения, а движение самого резца происходит по винтовой линии.
За каждый оборот бурового става с забоя срезается слой породы толщиной h (рис. 2.10). Резец в заглубленном состоянии удерживается осевым усилием Poc, порода разрушается в результате сложения крутящего момента Mкр и осевого давления Poc. Этому давлению препятствует сопротивление породы N1 и N2 соответственно с задней и передней граней резня. С этих же направлений действуют силы трения F1 и F2.

Силы сопротивления породы по граням равны:

где σсж и σск - предел прочности породы сжатию и сдвигу;
Sk, S'k - площади контакта с задней и передней стенками.
Силы трения пропорциональны коэффициенту трения f:

где f=tgφ, φ - угол трения.
Разрушение породы наступит, когда:

Разложив усилия N1 и N2 с учетом угла заточки резца а или спроектировав последнее соотношение на горизонтальную и вертикальную плоскости, получим:

где h - глубина внедрения резца; L - длина лезвия резца.
Заменив N1, получим осевое усилие:

Связь глубины внедрения с осевым усилием представляется в виде:

Скорость бурения будет равна:

где n - скорость вращения, об/мин; m - число резцов в коронке (долоте).
Величина крутящего момента, необходимого для вращения бурового става под нагрузкой определяется как:

или

где Kз - коэффициент на степень затупленности резца.
Объем породы, разрушаемый долотом:

где Kp - коэффициент разрыхления породы.
Для обеспечения транспортировки разрушенной породы объемом V1 по шнеку необходимо, чтобы выполнялось условие V>V1:

где D и d - соответственно диаметр шнека и его вала;
К - коэффициент на просыпание породы в зазор между шнеком и стенками скважины;
Ψ - коэффициент заполнения шнека;
nвр - частота вращения шнека;
no - критическая частота вращения;
S - шаг винта шнека.
Подъем разрушенной массы по шнеку возможен при условии nвр>n0:

---