К вопросу о теории ударного бурения

В статье «Теория ударного бурения» горный инженер И. С. Покровский, опровергая основные положения наиболее распространенной в настоящее время теории ударного бурения Н. С. Успенского, по-новому трактует этот вопрос.

По мнению И. С. Покровского, процесс разрушения породы при бурении происходит в три стадии:

1) выкалывание породы в виде трехгранной призмы (ABC) под лезвием бура;

2) выкалывание двух других трехгранных призм (АСК и BCL), расположенных по обе стороны от первой под действием на породу призмы ABC как клина;

3) скалывание еще двух призм по плоскостям ДК и EL под действием сжимающей нагрузки от ранее выколотых призм. И. С. Покровский считает, что на лезвии бура обязательно должна быть площадка, перпендикулярная направлению удара, и что угол скалывания для данной породы является величиной постоянной.

На этом основании И. С. Покровский приходит к выводу, что оптимальная ширина площадки лезвия при пневматическом бурении должна быть 0,3-0,5 мм, а угол поворота бура после каждого удара должен способствовать одинаковому сколу породы по обе стороны лезвия.

Разрушение (износ) лезвия бура, по мнению И. С. Покровского, происходит аналогично разрушению хрупких горных пород. В связи с этим для предохранения головок буров от быстрого износа автор рекомендует углы приострения лезвий делать, возможно, большими.

Вопрос о пересмотре существующей теории ударного бурения поднят И. С. Покровским своевременно, так как эта теория действительно не объясняет физической сущности процесса разрушения горных пород при бурении, а ее расчетные формулы не соответствуют практическим данным. Но, опровергая теорию Н. С. Успенского, И. С. Покровский сам неточно объясняет процесс разрушения породы при воздействии на нее лезвия бура, что приводит его к неверным выводам в отношении оптимальной геометрии головки бура и ее износа.

Ошибки теории И. С. Покровского заключаются о следующем:

1.             При графическом построении угла скалывания породы И. С. Покровский не учитывает направление сжимающей силы и поэтому; неправильно откладывает углы сдвига. По теории же скольжения, которая в настоящее время подтверждена на практике, угол сдвига (скалывания) зависит от направления сжимающей силы, вызывающей сдвиг, и заключен между направлением этой силы и плоскостью сдвига.

2.             Утверждение И. С. Покровского о том, что на лезвии обычного бура должна быть площадка, перпендикулярная его оси, неверно. В действительности замеры лезвий различных буров при увеличении их в 45 раз при помощи бинокулярной лупы показывают, что лезвие нового бура не плоское, а всегда несколько закруглено. Величина хорды, стягивающей закругление жала лезвия у буров, армированных пластинками победита, обычно 0,02- 0,03 мм; у обычных углеродистых буров после заправки их на буро-заправочном станке — 0,1-1 мм.

3.             Процесс разрушения лезвия бура И. С. Покровский рассматривает как процесс разрушения хрупкого тела, воспринимающего определенное давление при ударе его о породу. В связи с этим он считает, что разрушение лезвия так же, как и разрушение породы, состоит из выкалывания и скалывания трехгранных призм. Такое объяснение не соответствует действительности, так как известно, что лезвия обычных углеродистых буров подвержены одновременно механическому и термическому износу, и поэтому рассматривать их, как тела, находящиеся в хрупком состоянии, нельзя.

4.             Разделяя процесс разрушения породы под действием лезвия бура на три последовательные стадии, И. С. Покровский так же допускает ошибку. Он считает, что первая стадия разрушения породы — это выкалывание призмы, основанием которой служит треугольник ABC.

Непонятно, почему порода под лезвием бура будет выкалываться. В действительности она уплотняется за счет пористости и дробится на мелкие зерна, причем зона дробления не ограничивается, только призмой с основанием ABC, а распространяется значительно шире и ее границы при всех прочих равных условиях зависят от формы и состояния лезвия бура.

Рассматривая скалывание породы по плоскостям ЦК и EL, автор не учитывает действия щечек лезвия, а относит скалывание только за счет работы ранее выколовшихся призм. В действительности же после некоторого дробления и уплотнения породы в соприкосновение с ней вступают щечки лезвия. С этого момента и до скола породы по плоскостям ДК и £К действуют одновременно скалывающие силы как от раздробленной подушки, распространяющей свое давление равномерно во все стороны подобно сыпучим телам, так и от щечек лезвия, действующих как клин.

Таким образом, процесс разрушения породы при первом ударе бура слагается из двух стадий: дробления и скалывания. Эти стадии, чередуясь, повторяются до полного использования кинетической энергии удара бойка молотка по буру.

 

 

Записи горного дела