Ударно-поворотное и ударно-вращательное бурение

При ударно-поворотном бурении инструмент клиновидной или иной формы внедряется в породу на забое шпура под действием значительной по величине, но кратковременной динамической нагрузки, направленной по оси инструмента. Осевое усилие обеспечивает в момент удара только контакт инструмента с породой, поэтому оно невелико. После каждого удара вследствие упругости инструмента и породы, а также незначительного осевого усилия инструмент отскакивает от забоя и специальным механизмом бурильной машины поворачивается на некоторый угол, обычно не превышающий 10—20°. Тем самым обеспечивается обработка забоя по всей площади. Образующуюся породную мелочь удаляют из шпура водой или сжатым воздухом.
Динамический процесс внедрения инструмента в породу можно представить следующим образом. На начальной стадии внедрения инструмента под лезвием 1 (рис. 16.2) формируется зона 2, в объеме которой порода находится в тонкоизмельченном состоянии. За пределами этой зоны образуется зона трещиноватости, в которой криволинейными трещинами порода разбита на отдельности 3 неправильной формы. У свободной поверхности зона трещиноватости проявляется в форме скола отдельных элементов. Толщина зоны трещинообразован ия и размеры зоны скола определяются свойствами породы, энергией удара, скоростью приложения нагрузки, размерами и формой породоразрушающего инструмента.

При разрушении каждого последующего слоя породы используют эффект частичной разгрузки, т.е. ослабления породы в процессе разрушения предыдущего слоя.
Приближенно скорость бурения, м/с, при ударно-поворотном способе можно рассчитать по формуле

где Ауд — энергия единичного удара, Дж; n — частота ударов, св-1; α — угол заострения лезвия коронки, град; d — диаметр коронки, м; σсж — предел прочности породы на сжатие, Па; fт — коэффициент трения стали о породу fт=0,3÷0,5).
При ударно-вращательном бурении, как и при ударно-поворотном, породоразрушающий инструмент углубляется в породу только под динамическим воздействием, т. е. в момент удара. Вращение же бурового инструмента осуществляется непрерывно от самостоятельного, работающего независимо от ударного механизма, двигателя. При этом инструмент и после удара по нему остается прижатым к забою статическим усилием, составляющим 0,5—1,0 кН на 1 см длины лезвия инструмента.
Ударно-вращательное бурение, как и ударно-поворотное, применяют в породах с коэффициентом крепости f=6÷20.
Вращательно-ударное бурение отличается от ударно-вращательного тем, что буровой инструмент внедряется в породу не только в момент удара, но и в промежутках между ударами под действием значительного статического осевого усилия, достигающего 1,5—2,0 кН на 1 см длины лезвия бурового инструмента. Этот способ бурения применяют в породах f=6÷14. В более крепких породах осевой нагрузки, создаваемой вращательно-ударными
машинами, недостаточно для статического внедрения инструмента в породу и использования эффекта резания, поэтому процесс разрушения переходит в режим ударно-вращательного.
Для уменьшения абразивного износа инструмента осевую нагрузку необходимо уменьшить до значений, соответствующих осевой нагрузке ударно-вращательных машин.

---