Способы бурения шпуров и скважин. Вращательное бурение (часть 2)

Наиболее целесообразно вращательное бурение вести в режиме объемного разрушения. Для этого необходимо, чтобы удельное осевое усилие (Рос/S) было больше предела прочности на вдавливание. На практике, когда осевая нагрузка у конкретной бурильной машины — величина ограниченная, объемное разрушение вследствие износа породоразрушаюшего инструмента и увеличения торцевой площади контакта его с породой может переходить в поверхностное истирание, которое, не говоря уже об усталостном режиме, не эффективно. Таким образом, чем выше прочность породы, тем большим должно быть и осевое усилие. Это предопределяет очень жесткие требования к прочности породоразрушающего инструмента.
На рис. 16.1 приведена принципиальная схема взаимодействия лезвия резца с породой при вращательном бурении.

Внедрению резца в породу будет препятствовать сопротивление породы — силы N1 и N2 соответственно на задней и передней гранях резца. Кроме того, на этих же гранях будут возникать силы трения F1 и F2. Проецируя систему сил на горизонтальную и вертикальную оси, можно получить решение, связывающее осевое усилие и глубину внедрения h:

где L — длина лезвия; α — угол заточки резца; φ — угол трения породы по материалу резца (φ=15—27°).
Выражение (16.1) позволяет при известном значении осевого усилия рассчитать углубление лезвия за один оборот инструмента и, следовательно, механическую скорость бурения, м/с

где m — число резцов; n — частота вращения породоразрушающего инструмента, св-1.
Область рационального применения вращательного способа бурения — малоабразивные породы с коэффициентом крепости f≤6—8. В более крепких породах даже армированный твердым сплавом породоразрушающий инструмент довольно быстро изнашивается.
К достоинствам вращательного способа бурения относятся непрерывность процесса разрушения породы и возможность обеспечения высокой производительности; невысокие удельные энергозатраты; низкая степень запыленности рабочей зоны; отсутствие опасной вибрации бурильной машины в процессе работы. Недостаток способа — ограниченная по крепости пород область применения.

---