Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

При разработке кольцевого инструмента малого диаметра (на­пример, менее 0,127 м) оборудовать его опережающей центральной конусной частью нецелесообразно. Рассмотрим закономерности по­гружения кольцевого инструмента в валунно-галечниковый грунт, обладающий упругопластическими свойствами.

Описанная ниже теория также базируется на использовании теоремы об изменении кинетической энергии и теоремы об изменении количества движения механической системы при ударе. Задача решена также для случая, когда /г = 0. Формула для определения величины погружения инструмента за удар имеет вид

I Pi+Pi—Fa—Ft _ l[Pi + P2-FJ,‘-Ff, Y m]vz ,t,

h= m wL so, J +sch/«;+w2),( }

где Р1 и P2 — вес активной (ударной) и пассивной (инструмента) частей снаряда; Fn, F6—сопротивления грунта по торцовой (лобовой) и боковой поверхностям стакана; S—площадь торца стакана; С2 — условный удельный коэффициент жесткости породы; ти т2 — масса активной и дассивной частей снаряда; v—скорость движения активной части в момент удара.

Выражение (11.12). однако, не содержит параметра, учитывающего наличие в грунте твердых включений. Влияние этих включений может быть учтено следующим образом. Пусть С—содержание по объему твердых включений в данном объеме грунта. По площади содержание ‘ 213

твердой фракции будет таким же. Предположим, что любая частица, попавшая под торец стакана, вся или какой-то своей частью увеличивает в плане общую площадь торца стакана на выступающую свою часть. При С= 1 общая торцовая площадь стакана будет

S^^nDcb + InD^d*, (11.13)

где Dcр—средний диаметр стакана, £>со = 0,5 (D-r-d); 8—толщина стенки стакана (башмака); d4—диаметр частицы (в первом приближе­нии будем считать, что все частицы крупной фракции имеют одинаковый диаметр).

Заметим, что частица под торцом стакана (в плане) может занять любое положение—от совпадающего с серединой торца стенки стакана до любого крайнего положения, когда торец стакана только касается контура частицы. Каждое положение частицы в этом случае равновероятно. Следовательно, дополнительная площадь (за счет крупной фракции) по мере продвижения стакана в грунт может изменяться от какого-то минимального предела до максимального.

Если ал^о. минимальный предел соответствует 0, если d4>b, простой расчет показывает, что этот предел будет равен itDcp(d48). Средняя дополнительная площадь будет представлять собой средне­арифметическое минимальной и максимальной площадей, а общая площадь торца в последнем случае будет

-тг Л

S’ = rtZ>c08+~^(3</4-8). (11.14)

£

Очевидно, не вся дополнительная площадь будет занята крупной фракцией, а только часть ее, соответствующая содержанию фракции по площади, т. е. С. С учетом этого действительная площадь торца

71L)

S=nDcpb+-js-(3d4-b)C. (11.15)

В этом случае

тг П

FJI = ]nDcp5+—^(3d4-5)CR, (11.16)

Z —

где R—постоянное удельное сопротивление по торцовой поверхности стакана (может определяться по табл. 2.40).

Боковое сопротивление определяется выражением

Fb=nW + d)lf (11.16а)

где D, d—соответственно наружный и внутренний диаметры стакана; I—величина заглубления стакана в грунт; /—удельное сопротивление грунта по боковой поверхности стакана (может приниматься по табл. 2.41).

214

После подстановки выражений (11.16), (11.16а), (11.15) в (11.12) Получим

(11.17)

Выражение (11.17) однозначно определяет величину погружения породоразрушающего инструмента за удар в зависимости от парамет — > ров ударного снаряда и грунта. Наиболее важным в этом выражений является учет содержания крупной твердой фракции. Рассмотренная ‘ задача представляется весьма характерной в смысле возможного, моделирования крупнообломочного грунта и его силового воздействия на внедряющийся породоразрушающий инструмент.

Проведенные экспериментальные исследования полностью подтвер­дили теорию [19 ]. Величина Л погружения стакана за удар существенно зависит от содержания крупной твердой фракции. Увеличение содер­жания приводит к уменьшению погружения за удар. Уменьшение носит нелинейный характер. Интенсивность уменьшения значительна на начальных интервалах изменения содержания С. Для увеличения эффективности бурения валунно-галечниковых отложений ударным способом необходимо по возможности уменьшать площадь торца породоразрушающего инструмента и увеличивать энергию единичного удара.

В процессе проведения экспериментов было выявлено интересное обстоятельство. При использовании зубчатых башмаков по сравнению ■ с плоскими заостренными величины погружения инструмента за удар заметно снижаются. По-видимому, это связано с тем, что наличие на башмаке зубьев приводит к защемлению между ними гальки, в результате чего затрудняется процесс внедрения стакана. В круп­нозернистых песках зубчатые башмаки имеют лучшие показатели, чем плоские.

Комментарии запрещены.