7.5.3. Рекомендации по режиму ударно-вращательного бурения
При ударно-вращательном бурении главными факторами, определяющими эффективность разрушения породы, являются величины ударных импульсов забойной машины – энергия и частота ударов. С увеличением расхода промывочной жидкости резко возрастают энергия единичного удара и частота ударов в 1 мин, т.е. забойная мощность гидроударника, в результате чего обеспечивается более интенсивное разрушение породы. Зависимость механической скорости бурения от расхода подаваемой промывочной жидкости носит характер, близкий к линейному.
Для эффективного разрушения твердых пород сила ударов должна превышать предел прочности породы. Если сила удара меньше предела прочности, объемного разрушения породы не происходит, а породоразрушающий инструмент интенсивно изнашивается. При этом он работает в наиболее тяжелых условиях, так как с увеличением затупления резцов сопротивление породы (критическое усилие) также возрастает, и вся энергия удара забойной машины расходуется на упругие деформации снаряда, в том числе и коронки. В практике гидроударного бурения такие случаи наблюдаются при чрезмерном увеличении длины рейса.
Технологическими параметрами при ударно-вращательном бурении являются:
энергия удара, приходящаяся на единицу площади соприкосновения резца с породой;
число ударов за один оборот коронки;
расстояние между насечками от двух смежных ударов;
закон изменения силы удара во времени.
Энергия удара, отнесенная к единице длины лезвия коронки, должна находиться в пределах 1-2 Дж/м. Расстояние между насечками в зависимости от твердости и абразивности пород должно составлять 5-7 мм.
Рациональная частота вращения коронки, как функция расстояния между ударами и числом ударов, определяет объем сколотой породы при перемещении резца в промежутке между ударами и его износ. Расстояние между ударами находится по формуле:
где d1 – наружный диаметр коронки; nоб – частота вращения коронки: nуд – число ударов в 1 мин; Y – число ударов за один оборот коронки.
Величина l берется на основании опытных данных, а по приведенной формуле подсчитывается частота вращения коронки.
Число ударов, наносимое за один оборот коронки,
i = Y K/
где К – число резцов в коронке; - общий наибольший делитель чисел Y и К.
Осевая нагрузка при ударно-вращательном бурении относительно слабых и средней твердости пород (слабые известняки, доломиты, глинистые сланцы и др.) выполняет практически те же функции, что и при вращательном бурении, обеспечивая наряду с ударными импульсами заглубление резцов в забой и поддерживая непрерывность процесса резания породы в периоды между ударами.
В более твердых и очень твердых породах разрушение осуществляется преимущественно ударным сколом, осевая нагрузка выполняет несколько иные функции – сохраняет в процессе бурения постоянный контакт резца с породой, благодаря чему улучшаются условия передачи ударных импульсов и обеспечивается стабильная работа гидроударной машины (предохранение от раскрытия шлицов под действием реактивных усилий отдачи гидроударника).
Частота вращения снаряда при ударно-вращательном бурении характеризует с одной стороны общий путь трения резцов и, следовательно, их износ, а с другой стороны – путь пробега каждого резца между двумя последовательными ударами. Последний фактор зависит от соотношения частоты вращения снаряда и частоты ударов гидроударника. В зависимости от физико-механических свойств пород рациональные значения пути пробега резца между ударами должны составлять 5-7 мм (7 мм соответствует наиболее слабым, неабразивным породам).
В табл. даны рекомендации по режиму ударно-вращательного бурения в различных комплексах горных пород .