Файл: Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых..pdf

коэффициент передачи энергии от инструмента в породу равен 0,78. Отраженная энергия частично переходит в ударник, сообщая ему скорость отскока 1,68 м/с, а частично остается в штанге, сообщив ей скорость отскока от забоя 0,03 м/с.

а

Рис. 23. Анализ осциллограмм процесса разрушения гематито-

1 — начальный импульс;

Кривые действующих усилий между лезвием коронки и породой в осях Р — t (рис. 23, б) и Р — s, где t — время, s — глубина вне­ дрения коронки в породу, полученная алгебраическим вычитанием усилий в отраженной волне от усилий в начальной волне, показы­ вают, что вначале действующие усилия растут до величины 7353 кгс, а затем происходит резкий спад до 5550 кгс. Вслед за этим начи­ нается новый рост до 6351 кгс и окончательный спад до нуля.

Диаграмма v — t находится геометрическим вычитанием ампли­ туд отраженного импульса из амплитуды прямого импульса с после­

30

в стали, Е — модуль упругости стали; F — сечение штанги. Диа­ грамма отражает закон перемещения во времени лезвия бура при разрушении породы. Вначале скорость скачком поднимается до 2,03 м/с и затем падает до 0,79 м/с; в этот момент происходит рост усилия на диаграмме Р — t. В момент, когда усилие будет падать, скорость снова растет до 1,58 м/с и затем надает до нуля и снова приобретает отрицательное значение: порода за счет упругого вос­ становления выталкивает лезвие инструмента назад.

6

S,mm

магнетптового роговика при внедрении долотчатой коронки

2 — отраженный импульс

Зная диаграмму v — t, находят перемещение лезвия (заглубле­ ние) в породу по формуле

на 0,246 мм. В результате упругого восстановления породы (отрица­ тельной скорости) лезвие перемещается в обратную сторону до глу­ бины 0,234 мм. Непосредственным замером установлено, что средняя

31

глубина внедрения составляет 0,25 мм. Если из-под лезвия инст­ румента удалить разрушенный материал, то глубина лунки разру­ шения равна 0,40 мм, т. е. в 1,6 раза больше глубины внедрения

Энергия начального или отраженного импульса определяется выражением

где ст — напряжение в штанге.

Энергия, перешедшая в породу, определяется как разность энер­ гий начального и отраженного импульсов, а к. п. д. удара — по

Наибольший интерес для анализа процесса разрушения горной породы под лезвием инструмента представляет диаграмма Z — S, характеризующая изменение сопротивления породы инструменту с глубиной внедрения. Значение сопротивления породы внедрению находится как отношение действующего усилия к скорости внедре­

ния, т. е. Znop =

За единицу величины Z принимается произведение волнового сопротивления штанги и ее поперечного сечения:

глубине 0,003 мм (точка 1, рис. 23, г), после чего падает до 0,45 2 ШТ, затем удерживается некоторое время па постоянном уровне и уже с глубины 0,03 мм (точка 2) вновь начинает расти. Ступенчатое воз­ растание сопротивления внедрению продолжается до значения 4,15 Zm на глубине 0,123 мм, которое сменяется небольшой горизон­ тальной площадкой (до точки 5), после чего следует резкий спад до 1,65 Zux (точка 6) на глубине 0,2 мм. После этого сопротивление внедрению вновь начинает расти и становится бесконечно большим на глубине 0,246 мм. В это время лезвие остановится, а затем будет выталкиваться породой до глубины 0,234 мм от поверхности забоя.

Такой характер диаграммы Z — S объясняется тем, что перво­ начальный рост сопротивления породы внедрению соответствует преодолению упругого сопротивления породы. В момент достиже­ ния предела прочности происходит первый акт разрушения, который сопровождается спадом на кривой Z — S . Далее происходит частич­

32

ное вытеснение и уплотнение разрушенной породы, чему соответ­ ствует новый рост сопротивления. Этот рост происходит ступенчато: уменьшение крутизны кривой сопротивления внедрению чередуется с увеличением, что соответствует отдельным моментам разрушения породы без значительных выколов. Упругому сопротивлению соот­ ветствуют участки с наибольшим углом наклона кривой, величина которого примерно равна величине угла при первоначальном скачке кривой сопротивления.

Максимальное значение сопротивления на глубине 0,12 мм от поверхности горизонтального участка и дальнейший глубокий спад соответствуют преодолению упругих сил породы и развитию трещин при усилии 7353 кгс (см. рис. 23, б) и, наконец, крупному выколу породы, после чего лезвие стремительно продвигается в раз­ рушенном массиве с вытеснением и очередным уплотнением мате­ риала. Последнему соответствует выполаживание кривой, а затем происходит новый рост сопротивления, приводящий к остановке инструмента и его отталкиванию от забоя упругими силами.

Диаграммы и — S и W — S (рис. 23, д) дают предстапление, как меняются скорость движения лезвия долота при его внедрении в породу во время удара и энергия начального и отраженного им­ пульсов.

Интересна диаграмма Р — v. Она показывает изменение сил на коронке и скорости движения лезвия инструмента, что позволяет определить характерные моменты поведения инструмента во время удара.

Приведенные результаты анализа процесса разрушения породы показывают, что рост сопротивления сил с глубиной внедрения имеет более сложный характер, чем линейный, особенно для пород, разрушение которых сопровождается выколами.

Для того чтобы лучше использовать энергию ударного импульса, необходимо придавать импульсу такую форму, чтобы она соответ­ ствовала силам сопротивления среды во времени. Чем больше это соответствие, тем меньше отраженной энергии и тем меньше потерь.

Так как энергия удара является величиной, зависящей от ампли­ туды и продолжительности импульса, то, учитывая характер зави­ симости энергоемкости разрушения породы от этих составляющих, можно показать, что зависимость энергоемкости от энергии удара носит гиперболический характер с характерным перегибом в точке А кр (см. рис. 22), при меньших значениях работы удара удельная работа разрушения возрастает очень быстро. Это объясняется тем, что если энергия удара уменьшается в результате снижения скорости удара, т. е. снижается амплитуда импульса, то увеличивается доля неиспользованной энергии, которая отражается в виде импульса сжатия.

Если энергия удара уменьшается в результате уменьшения массы ударника при постоянной скорости удара, то будут иметь место два случая. При уменьшении массы за счет диаметра снизится амплитуда импульса, что приведет к увеличению отраженной

различных направлениях. Пустотелая сталь для бурения была'применена Георгом Лейнером в 1896 г. Им же было предложено несколько конструкций клапанов и механизмов вращения, что позволило увеличить число ударов поршня с 300—400 до 1800 в минуту, чем была создана возможность конструирования буровых машин малого веса. Затем последовала автоматизация подачи перфоратора.

В России первые американские перфораторы заводов Рэнд стали

странах, имеющих тяжелую индустрию, и в настоящее время пред­ ставляет крупную отрасль горного машиностроения [147].

2.КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕРФОРАТОРОВ

ВСССР изготовление перфораторов регламентируется государст­ венными стандартами. В зависимости от условий применения и

массы перфораторы подразделяются на три группы: ручные, теле­

36