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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 101

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

86

 

 

 

 

йй

2

•\Р

 

 

sP

Порода

 

 

Л

О.

 

 

0s”

 

 

О.

Z

 

 

а

 

 

 

СО

СО

 

 

со

 

 

 

0

а

iKP

 

0

 

 

 

хк

*

XX

*

 

W

Мрамор ...............................

4—6

36

18

4,0

28

0,20

 

28

Песчаник ...........................

9 -1 2

62

34

6,5

35

0,15

 

31

Бурый железняк ................

До 10

10

25

2,8

35

0,25

 

28

Гранит серый ...................

14-16

125

22

28,6

25

0,33

23

Кварцит шокшннский

. .

16-18

130

25

72,0

31

0,6

30

Кварцит криворожский . .

18—20

128

25

45,0

28

0,65

33

Окварцоваяный роговик

 

До 18

151

30

115,0

28

0,4

24

Джеспилит...........................

18-20

160

28

81

37

0,45

35

В замкнутом виде уравнение (222) решается в случае

(t)

=

= const (прямоугольный

импульс)

при клиновом

наконечнике.

В случае импульсов произвольной формы и других видов наконеч­ ника уравнение (222) решается методом конечных разностей.

Вообще для решения рассматриваемой задачи можно использо­ вать и уравнение (216). Однако для этого необходимо найти функции F (и), соответствующие полученным зависимостям Z (и).

Для участка внедрения с сопротивлением, описываемым (220), будем иметь

р _ (0 ^2*^ (и). (993)

а для участка с сопротивлением, описываемым (221),

(2 2 4 )

Переход от участка, описываемого (223), на участок (224) про­

исходит после того, как усилие достигнет

величины

F = x f g - F г (*)•

(2 2 5 )

Анализируя полученные выражения для функции F (и), можно сделать следующие выводы:

1) процесс внедрения инструмента в породу, помимо упругого взаимодействия, сопровождается по крайней мере, еще двумя от­ личными по своей природе видами разрушения — разрушением, зависящим от величины и характера приложенной нагрузки F x (t), и разрушением, не зависящим от нагрузки (как показывают специ­ альные исследования, в первом случае разрушение происходит с интенсивным трещинообразованием и многократными актами хрупкого разрушения, а во втором случае разрушение характери­ зуется только смятием породы), причем первый вид разрушения

(223)обычно предшествует второму (225);

2)при малых глубинах внедрения зависимость (223) почти не от­

личается от линейной, чем объясняется характерная ошибка

361


эмпирического описания этого участка кривой F (и) в виде линейной функции, не зависящей от приложенной нагрузки Fx (г);

3)при больших глубинах внедрения зависимость (223) стано­ вится также почти линейной, но с меньшим наклоном, чем в начале внедрения при эмпирических исследованиях определяется обычно как второй линейный участок F (ц);

4)точка перегиба кривой (223) с увеличением амплитуды сме­

щается вверх;

это смещение при эмпирическом исследовании зави­

симости F (и)

объяснялось запаздыванием сигнала

о разрушении

породы, хотя

в действительности это объясняется

зависимостью

функции от нагрузки F t (t)\

5) точка перехода от зависимости (223) к зависимости (224), как видно нз (202), зависит также от приложенной нагрузки F х (t) и свойств породы £. Из этого следует, что при малых для данной породы нагрузках процесс внедрения может • сопровождаться воз­ никновением очень малого участка (223) и перейти в основном в про­ цесс смятпя по зависимости (224), чем и можно объяснить часто получаемые при клиновом наконечнике экспериментальные зави­ симости, близкие к линейным и не зависящие от приложенной на­ грузки.

Перечисленные выводы объясняют характерные особенности экс­ периментальных результатов. Их получение оказалось возможным только с использованием и изучением зависимости Z (и). Кажущаяся сложность физического представления этой зависимости объяс­ няется только непривычностью оперирования понятием сопроти­ вления Z вместо понятия силы сопротивления F. Использование функций Z (и) и связанного с ним уравнения (222) представляет

определенное удобство,

так как при расчетах по уравнению

(216)

с использованием F (и)

в случае, когда F x (t) Ф const, т. е.

пада­

ющий импульс не прямоугольный, возникают трудности аналити­ ческого характера с определением точки перехода с участка (223) на участок (224), так как сама величина F, определяемая в (225), будет переменной и зависеть от F 1 (/). При использовании функции Z (и) значение точки Z* перехода с одного участка на другой по­ стоянно п не зависит от приложенной нагрузки.

Таким образом, объединяя решение задачи о формировании

ипередаче импульса по инструменту при соударении с решением

опередаче импульса в породу (222), получаем комплексную мате­

матическую модель системы ударник — инструмент — порода. Блок-схема программы расчета данной системы на ЭЦВМ показана на рис. 201. По этой программе можно рассчитывать ударные системы, максимально приближенные к реальным. Причем, учитывая воз­ можности ЭЦВМ, можно повышать точность расчетов, уменьшая шаг счета и увеличивая степень разбиения сложных форм соударяющихся тел на ступени.

Модель системы ударник — инструмент — порода замкнута, т. е. в ней осуществляется обратная связь — влияние реакции породы через отраженные импульсы на процессы формирования импульсов

362



в точке соударения, которые, в свою очередь, влияют на эту реакцию вследствие зависимости последней от формы падающего импульса,

согласно (220) и (221).

Н иж е приводится пример расчета схематической системы удар ­ ник — инструмент — порода по описанной выше методике.

Пример 4. (рпс. 202). Для расчета системы ударник — инструмент — порода примем условия ударного взаимодействия бойка с инструментом теми же,

что и в примере 2.

Это позволит нам пользоваться найденными значениями F n ,

которые представляют

собой падающий на породу пмпульс.

0 , 3 3 3 0 , 6 6 7

/

О

Рис. 202. К расчету системы ударник — инструмент — порода (пример 4)

Решение

основного уравнения взаимодействия инструмента с породой

в численном

виде (по методу Эйлера) имеет следующий вид:

 

м»= И£_1-(-Ди/,

где

2F

A t

( + при Znop > 0,

Дщ == ±

 

Zmi“H Znop (Щ -1) I

при Znop < 0);

здесь для гладкой штанги F ( 1 ) i = F n при шаге счета Дг, соответственно равном

шагу разбиенпя ударной системе на участки А х = a A t . В общем случае F ( 1 )

кусочная волна, идущая в сторону породы на последнем участке инструмента,

т. е. участке, прилегающем к породе.

 

 

 

Импульс F u=х дойдет

по инструменту до породы через время п = 6 (см.

рис. 202). Для нахождения

и г

имеем

и 0 =

0.

 

2цн—Р“51 — SX1

2,0 -10е кгс/см2 -5 см2

= 20 кгс • с/см;

 

 

500 000 см/с

 

2Пор («о) = 0;

F-i =

1480 кгс;

 

м1 = 0-+

2•1480 • 1 • 10-6 =

1,48-10-4

см.

 

 

20

 

 

 

Отраженный от породы импульс определяется как

 

I Znpp (ц|) I — Zhh

 

 

I Z n o p ( u i )

I+Z|1H F (1) (i—1) •

363


Так как F„ = 0, то и /+ = 0.

Усилие на контакте определяется как сумма падающего и отраженного импульсов:

 

Ft = F t - i + Fi,

для г = '1, / ’i = 0.

Для определения

и2 находим

 

 

v

\

2 ц н 542‘5 к (u l )

 

^пор vulJ—-------^------ •

 

 

 

2/'х

Рассчитываем клиновой наконечник с лезвием длиной L = 2 см и углом

заострения у = 90°.

Тогда

 

 

5 К(hi) = 2L tg -у и =

2 • 2 • 1 • 1,48 • Ю"* = 5,9 ■10"» см2;

для гранита при внедрении в забои скважины

 

х3 = 28,6-102 кгс/см3;

 

, ч

20 - 28,6-102 - 5,9-10-»

= 0,014. ,

^nop(Hi)—

2-1480

 

Проверяем условие Z < ;= > Z * , где Z* = £Z„H0,33-20 = 6,6 (для гра­ нита с, = о,зз).

Znop (Ml) < Z*,

следовательно, продолжаем считать Znop (и) по формуле (220). Глубина внедрения для i — 2

us = 1,48 •Ю "» + 2 ‘2303^00 1(j'l4°~6 = 1’48 •10"J + 3’37 ’ 10-4 = 4 '85 •10-4 сы-

где Fо = 3370 кгс.

Отраженный от породы импульс

0,014 —20 1480 = —1478 кгс.

0,014 + 20

Усилие на контакте в момент i - 2

F2 = 1480— 1478 = 2 кгс.

Дальнейший расчет проводится в такой же последовательности. После достижения сопротивлением Znop (и;) величины Z* расчет продолжаем по фор­ муле (221), которая в случае численного счета имеет вид

Zi+х

------- при Z(+1 > Z*.

2 fr-i

t

,xi5Ku/+i

Здесь следует иметь в виду, что для определения SK используется величина

где для клина

М/+1 = М/+ ДМ('+1,

 

 

 

7=о —

Z* Л -!

= const.

 

Xi (Zhh+ Z*) L tg

 

 

 

364