Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Бурение шарошечными долотами при проход­ке разведочных скважин применяется по вмещающим поро­дам при детальной разведке месторождений, когда геологиче­ский разрез достаточно хорошо изучен. Также этим способом проходятся гидрогеологические скважины, скважины техни­ческого назначения и др.

Характер разрушения горных пород шарошечным долотом во многом зависит от его конструктивных особенностей, что определяет кинематику его работы на забое.

Особенность кинематики работы шарошки долота состоит в том, что каждая шарошка участвует в сложном вращатель­ном движении: относительном движении вокруг собственной оси и переносном вращательном движении вокруг оси долота. В результате сложения двух вращательных движений в каж­дый момент времени шарошка совершает вращение вокруг некоторой мгновенной оси. Долото, вращаясь вокруг своей оси, вызывает перекатывание шарошки по забою, которая может опираться либо на один, либо на два зуба, изменяя по­ложение оси шарошки в пространстве. Высота перемещения оси шарошки зависит от многих факторов, и в частности, от высоты зубьев и расстояния между ними (шаг), а также от свойств породы, которая деформируется под зубом долота.

Благодаря колебательному движению зубья шарошки оказывают на породу не только статическое воздействие, определяемое нагрузкой на долото, но и динамическое, зави­сящее от скорости вращения долота и конструкции его рабо­чей части.

Если мгновенная ось вращения шарошки не проходит че­рез линию контакта шарошки с забоем, то шарошка только перекатывается по забою, нанося удары зубьями по породе. В таком режиме работают долота дробящего действия.

Если мгновенная ось вращения шарошки пересекается с линией контакта шарошки с поверхностью забоя, то при вращении шарошки зубцы будут проскальзывать по забою, производя скол породы при одновременном нанесении ударов по забою. Такой режим работы соответствует долотам дро- бяще-скалывающего действия.

Рассмотрим схему работы шарошечного долота (рис. 4.6).

При числе зубьев шарошки т в одном ряду

Ф = -2 ж/т (4.28)

или

5г = 2і?8Іп2я/2лі. (4.29)

Энергия удара, наносимого зубом шарошки по забою, оп­ределяется выражением:

= РуЪ, (4.30)

где Py — удельная нагрузка на один зуб.

Подставив в формулу (4.29) значение 8Z, получим

w3 = Py2J? sin27t/2i7i. (4.31)

Отсюда видно, что эффективность разрушения пород ша­рошечным долотом зависит от величины удельной осевой на­грузки, радиуса и числа зубьев одного венца шарошки.

Большое влияние на разрушение горных пород будет ока­зывать осевая нагрузка на долото. Очевидно, ее величина должна быть такой, чтобы удельная нагрузка, приходящаяся на зуб шарошки, превышала прочность горной породы.

Величину осевой нагрузки, обеспечивающей объемное разрушение породы, определяют из выражения

Р = a HmFK, (4.32)

где а — опытный коэффициент, зависящий от типа породы; Нш — твердость горной породы по штампу; FK — площадь кон­такта долота с забоем.

Площадь контакта долота с забоем, по данным B. C. Федо­рова, рассчитывается по формуле:

FK = ЩЪ/2, (4.33)

где D — диаметр долота, мм; г| — коэффициент перекрытия за­боя; 8 — притупление зубцов, мм.

Коэффициент перекрытия забоя представляет собой от­ношение суммы длин зубцов, выделенных по одной обра­зующей на каждой шарошке, к радиусу долота.

Разрушение горной породы долотом дробяще-скалывающе — го действия происходит в основном за счет ударов, наноси­мых зубьями шарошки по породе. Энергия удара будет зави­сеть от величины осевой нагрузки Р и высоты зуба 8Z.

В процессе бурения долото вращается с некоторой скоро­стью п. За счет вращения происходит частичное скалывание породы в результате проскальзывания шарошки.

Однако эффективное разрушение породы возможно толь­ко при достаточном времени контакта каждого зуба с поро­дой. При определенных значениях конечной скорости удара и осевой нагрузки время контакта должно быть таким, чтобы обеспечить полную передачу статических и динамических нагрузок на породу и процесс ее объемного разрушения. Время контакта зубьев шарошечного долота с породой можно изменить главным образом за счет их шага и частоты враще­ния соответственно долота.

Согласно исследованиям B. C. Федорова, рациональную частоту вращения долота для обеспечения минимально необ­ходимой продолжительности контакта tK3 зубьев с породой можно определить из выражения

п = 0,6-10s—-—, (4.34)

t*.3mD

где d — диаметр шарошки; D — диаметр долота; £кз — вре­мя контакта; т — число зубцов на периферийном венце ша­рошки.

Таким образом, формирование энергии, необходимой для эффективного разрушения породы инструментом дробяще — скалывающего действия можно осуществить за счет осевой нагрузки Р и частоты вращения инструмента п.

Комментарии запрещены.