Основы эксплуатации горнопроходческих машин

2) При ударно-поворотном бурении инструмент клиновидной или иной формы внедряется в породу на забое шпура под действием значительной по величине, но кратковременной динамической нагрузки, направленной по оси инструмента. Осевое усилие обеспечивает в момент удара только контакт инструмента с породой, поэтому оно невелико. После каждого удара вследствие упругости инструмента и породы, а также незначительного осевого усилия инструмент отскакивает от забоя и специальным механизмом бурильной машины поворачивается на некоторый угол, обычно не превышающий 10–20°. Тем самым обеспечивается обработка забоя по всей площади. Образующуюся породную мелочь удаляют из шпура водой или сжатым воздухом.
Динамический процесс внедрения инструмента в породу можно представить следующим образом. На начальной стадии внедрения инструмента под лезвием 1 (рис. 2.2) формируется зона 2, в объеме которой порода находится в тонкоизмельченном состоянии. За пределами этой зоны образуется зона трещиноватости, в которой криволинейными трещинами порода разбита на неправильной формы отдельности 3. У свободной поверхности зона трещиноватости проявляется в форме скола отдельных элементов. Толщина зоны трещинообразования и размеры зоны скола определяются свойствами породы, энергией удара, скоростью приложения нагрузки, размерами и формой породоразрушающего инструмента.
При разрушении каждого следующего слоя породы используют эффект частичной разгрузки, т. е. ослабления породы в процессе разрушения предыдущего слоя.
Приближенно скорость бурения (м/с) при ударно-поворотном способе можно рассчитать по формуле
(2.3)
где – энергия единичного удара, Дж; – частота ударов, с-¹; – угол заострения лезвия коронки, град.; – диаметр коронки, м; – предел прочности породы на сжатие, Па; – коэффициент трения стали о породу ( =0,3–0,5).
3) При ударно-вращательном бурении, как и при ударно-поворотном, породоразрушающий инструмент углубляется в породу только под динамическим воздействием, т. е. в момент удара. Вращение же бурового инструмента осуществляется непрерывно от самостоятельного, работающего независимо от ударного механизма, двигателя. При этом инструмент и после удара по нему остается прижатым к забою статическим усилием, составляющим 0,5–1,0 кН на 1 см длины лезвия инструмента.
Ударно-вращательное бурение, как и ударно-поворотное, применяют в породах с коэффициентом крепости .