Основы эксплуатации горнопроходческих машин

1) При вращательном бурении порода разрушается под действием осевой нагрузки и вращающего момента, передаваемого бурильной машиной нородоразрушающему инструменту в виде резцов или шарошечных долот.
При использовании резцов осевая нагрузка должна превышать сопротивление породы внедрению режущих лезвий, а вращающий момент – сопротивление сколу (сдвигу) участков породы, прилегающих к передним режущим граням резца. В результате непрерывного вращения под действием момента М_вр и поступательного перемещения под действием осевой нагрузки, или усилия подачи, Р_ос все точки породоразрушающего инструмента в пространстве движутся по винтовой траектории.
П ри вращательном бурении порода разрушается в одном из трех режимов: 1) усталостном, 2) поверхностном и 3) объемном. Режим разрушения зависит от соотношения между величиной осевой нагрузки и прочностью породы на вдавливание. Условия разрушения для всех трех режимов могут быть записаны следующим образом: I. ‑усталостное; II. ‑ поверхностное III. ‑ объемное, где –предел прочности породы на вдавливание; – площадь контакта инструмента с породой; – коэффициент пропорциональности.
Наиболее целесообразно вращательное бурение вести в режиме объемного разрушения. Для этого необходимо, чтобы удельное осевое усилие ( ) было больше предела прочности на вдавливание. На практике, когда осевая нагрузка у конкретной бурильной машины – величина ограниченная, объемное разрушение вследствие износа породоразрушающего инструмента и увеличения торцевой площади контакта его с породой может переходить в поверхностное истирание, которое, не говоря уже об усталостном режиме, не эффективно. Таким образом, чем выше прочность породы, тем большим должно быть и осевое усилие. Это предопределяет очень жесткие требования к прочности породоразрушающего инструмента.
На рис. 2.1 приведена принципиальная схема взаимодействия лезвия резца с породой при вращательном бурении. Внедрению резца в породу будет препятствовать сопротивление породы – силы и соответственно на задней и передней гранях резца. Кроме того, на этих же гранях будут возникать силы трения и . Проектируя систему сил на горизонтальную и вертикальную оси, можно получить решение, связывающее осевое усилие и глубину внедрения :
(2.1)

где – длина лезвия; – угол заточки резца; – угол трения породы по материалу резца ( =15-27°).

Выражение (2.1) позволяет при известном значении осевого усилия рассчитать величину углубления лезвия за один оборот инструмента и, следовательно, механическую скорость бурения:
(2.2)
г де – число резцов; – частота вращения породоразрушающего инструмента, c^-I.
Область рационального применения вращательного способа бурения – малоабразивные породы с коэффициентом крепости . В более крепких породах даже армированный твердым сплавом породоразрушающий инструмент довольно быстро изнашивается.
К достоинствам вращательного способа бурения относятся непрерывность процесса разрушения породы и возможность обеспечения высокой производительности; невысокие удельные энергозатраты; низкая степень запыленности рабочей зоны; отсутствие опасной вибрации бурильной машины в процессе работы. Недостаток способа – ограниченная по крепости пород область применения.