Вращательное (шнековое) бурение

При вращательном бурении разрушение происходит под действием крутящего момента и осевого усилия Ро. Схема нагрузок при бурении приведена на плакате. Крутящий момент преодолевает сопротивление сил Nх, N1, F1, F2. Под действием крутящего момента перед передней гранью коронки образуется ядро уплотнения. Сила сопротивления сколу передней грани резца Nх возрастает до тех пор, пока не произойдет скол породы, нагрузка уменьшается, почти до нуля, а затем цикл разрушения повторяется снова (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Схема сил, действующих на резцовую коронку при вращательном бурении

Nх= 0,5 D h Кк σб.м

На схеме: N1 – сопротивление сколу задней грани резца, F1и F2 - соответственно силы трения передней и задней граней, D - диаметр коронки, h - толщина стружки, ωв -скорость вращения инструмента.

Толщина стружки определяется

h = 2K1Ро / σв D, где σв - предел прочности породы вдавливанию

Кк - коэффициент, учитывающий неполноту контакта передней грани с породой

К1 - коэффициент, учитывающий все виды трения при бурении Крутящий момент, участвующий в разрушении породы определяется

М1 = 0,25D Zп(Nх+ μ Ро)

Крутящий момент, необходимый для подъема породы по шнеку будет

где Zп – число перьев коронки,

М2 = К2 0,5Dшmпg (tg β + μ2)

К2 - коэффициент трения шнека о стенки скважины, Dш - диаметр шнека,

β - угол подъема винтовой линии шнека, μ2 - коэффициент трения породы о породу, mп - масса породы на шнеке.

Подъем породы по шнеку возможен только при условии:

nв ≥ D2Kрvб.max/(Dш2 – d2)S ψ + nо

d - диаметр вала шнека, S - шаг шнека,

ψ - коэффициент заполнения шнека, Kр - коэффициент разрыхления,

nо - критическая частота вращения шнека, vб.max – максимальная скорость бурения.

где r - радиус шнека.

nо = (1 / 2π) √((sinβ + μ1cosβ)g / μ2r)

Теоретическая скорость бурения определяется

nв - частота вращения инструмента,

vб = h Zп nв

h - глубина внедрения лезвия коронки в породу, Zп - число перьев коронки.

Техническая скорость вращательного бурения определяется

D2), м/ч

Контрольные вопросы

1. Факторы, влияющие на скорость ударного и ударно-вращательного бурения.

2. Факторы, влияющие на скорость шарошечного бурения.

3. Факторы, влияющие на скорость вращательного бурения.

4. Определение теоретической скорости ударно-вращательного, шарошечного и вращательного бурения.

5. Определение технической скорости ударно-вращательного, шарошечного и вращательного бурения.

Литература

1. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. М.: Недра, 1985