Ударно-вращательное бурение. 
Взрывные работы

При увеличении значений ударного импульса силы, статического усилия прижатия бурового инструмента к забою и крутящего усилия по сравнению с вращательно-ударным бурением разрушение породы средней крепости (/'= 6. .2) переходит в режим ударно-вращательного бурения.

Широкое распространение получили станки ударно-вращательного бурения с погружными пневмоударниками, у которых ударный и вращательный механизмы независимы, что позволяет создать на коронке большой крутящий момент. Коронка пневмоударника, находясь под большим осевым усилием и непрерывно вращаясь с большим крутящим моментом, лезвием срезает стружку породы. Кроме того, под действием поршня-бойка пневмоударника коронка наносит по забою скважины удары, разрушая породу, как при ударном бурении, вызывая в породе трещинообразование, ослабляющее сопротивление породы резанию.

При ударно-вращательном бурении поверхность забоя шпура имеет ступенчатую форму, наклонную к оси шпура. Схема разрушения породы представлена на рис. 1.40.

Углубление бурового инструмента в забой шпура происходит не только в момент удара под действием силы Р_уя, но и в промежутках между ударами под действием осевого статического усилия Р. Скорость бурения ударно-вращательными машинами в породах с/= 9…2 в несколько раз выше, чем бурильными молотками. С повышением коэффициента крепости породы /до 14 эффективность ударно-вращательного бурения снижается, его скорость становится меньше, чем при бурении перфораторами. Это объясняется тем, что сопротивление породы вдавливанию инструмента превосходит по величине осевое статическое усилие прижатия Р, т. е. контактное давление па лезвии коронки недостаточно для статического разрушения породы. Механизм разрушения приближается к ударному. При этом разрушение пород малоэффективно и носит характер абразивного износа.

Режим ударно-вращательного бурения определяется давлением сжатого воздуха Р, осевым усилием Р_ос, частотой вращения инструмента п (рис. 1.41). С возрастанием крепости пород оптимальное осевое усилие, обеспечивающее максимальную скорость бурения, незначительно увеличивается. Рациональная частота вращения в зависимости от крепости пород меняется в широких пределах: от 20 мин ¹ в весьма крепких породах (/= 14…18) до 90 мин⁴ впородахниже средней крепости (/'=8…10).

Ниже приведены средние данные о сменной производительности различных станков ударно-вращательного бурения на подземных и открытых горных работах.

Рис. 1.41. Зависимость скорости бурения от осевого усилия, давления сжатого воздуха и частоты вращения инструмента при ударновращательном бурении

Рис. 1.40. Схема разрушения пород при ударно-вращательном бурении

Подземные горные работы:

коэффициент крепости пород,/ 6… 10 12… 14 14… 18

сменная производительность станка

НКР-ЮОМ по бурению, м 8… 17 6… 12 4,5…6

Открытые горные работы:

коэффициент крепости пород,/ 2…4 4…4 6… 10 10… 12 12… 14

сменная производительность станка

СБУ-125 побурению, м 70…90 20…40 15…25 12… 18 8… 13

Основные резервы повышения производительности буровых станков — увеличение механической скорости бурения путём оптимизации режимных параметров и улучшение использования станка на основной работе, для чего решающее значение имеет повышение износостойкости и надёжности коронок.

Бурильные машины ударно-вращательного действия характеризуются следующими величинами силовых компонентов, воздействующих на инструмент: Руд = (10…20) ньютон на 1 см лезвия коронки; Р = (1500…2000) ньютон на 1 см лезвия; крутящие усилия F= (6000. .8000) ньютон.

Механическая скорость бурения пневмоударника на заданной глубине скважины

где и₀ — начальная механическая скорость бурения; L — глубина скважины; - коэффициент уменьшения скорости бурения с увеличением глубины скважины.

Сменная производительность (м/смену) при бурении веера скважин.

где В — стойкость долота на одну заточку, м; L — длина штанги, м; t" — продолжительность навинчивания или развинчивания одной штанги, мин; ?, — время, затрачиваемое на замену долота, мин; Г" - время, затрачиваемое на передвижение установки с одного веера на другой, мин; Т_с — время, затрачиваемое на переход от одной скважины к другой, и время на забуривание, мин; m — число скважин в веере или его части; L — глубина скважины, м.

Контрольные вопросы

• 1. В чём состоит разница процессов разрушения пород при ударновращательном и вращательно-ударном бурении?
• 2. Каковы рациональные параметры ударно-вращательного бурения?
• 3. В каких условиях применяется данный способ бурения?