При цьому гвинтова лопать реалізує через прикладений до нього крутний момент тягове зусилля, що дозволяє заглиблювати інструмент вглиб. У міру занурення руйнує частини гвинтовий лопаті 4 остання за рахунок збільшеного діаметру і кроку починає працювати як клин, вдавлюють в стінку свердловини, в результаті чого відбуваються зсувні деформації в площині, нормальній до площини обертання, що дозволяють здійснювати великий скол фунта, укладеного між витками лопаті і стінками утвореною свердловини. З гвинтовий лопаті бурового інструменту зруйнований мерзлий грунт подається на лопать шнека, який транспортує його зі свердловини на поверхню.
Рис. 3. Гвинтовий бур для мерзлих грунтів
Таблиця 1.
Технічна характеристика бурового інструменту
ПоказательІнструмент шнекового буреніяДіаметр утвореною свердловини (гвинтовий лопаті), мм 150 165Частота обертання гвинтового бура, хв - 1 40 40Техніческая швидкість буріння, м/хв 1,10 1,20
Результати польових випробувань показали також, що новий буровий інструмент з тяговим гвинтовим наконечником зношується менш інтенсивно за рахунок зміни характеру взаємодії робочих поверхонь інструменту з грунтом і через відсутність ріжучих крайок. Так, у порівнянні зі штатними долотами марки З-ДРШ - 165, використовуваними для буріння свердловин в умовах вічної мерзлоти, ресурс нового інструменту перевищив ресурс існуючого інструменту більш ніж в 2 рази.
4. Технічна пропозиція до проектованої машині
При бурінні свердловин долотом ріжучого типу руйнування грунту в забої свердловини відбувається під дією осьового зусилля Ріс, що прикладається до долоту, і дією крутного моменту М. Осьове зусилля забезпечує заглиблення інструмента в грунт, а дія крутного моменту призводить до крихкому руйнуванню грунту проти передньої грані інструмента.
Подача ріжучого інструменту під дією сили Р супроводжується руйнуванням грунту шляхом його зминання і роздавлювання. Глибина впровадження залежить від осьового зусилля, площі поверхні контакту з грунтом і опірності породи. Під дією крутного моменту реалізується окружне зусилля Р на лезі ріжучого долота.
Дія крутного моменту призводить до крихкого руйнування і супроводжується періодичним сколюванням грунту передньою кромкою леза. При бурінні пластично-мерзлих грунтів окремі елементи руйнується матеріалу можуть зберігати між собою досить міцну зв'язок, що сприяє утворенню стружки перед передньою кромкою леза.
Схема процесу взаємодії леза ріжучого долота з грунтом представлена ??на рис. 4.
Рис. 4. Схема взаємодії ріжучого долота з грунтом при обертальному способі буріння.
Осьове зусилля Ріс при бурінні суцільним забоєм визначається з умови опору грунту вдавленням ріжучої кромки лопаті бура в фунт і тертю об грунт:
Рос=(N1 Sin? + N2 Cos? + f N1Cos a) m,
де N1 - нормальне зусилля, створюване на передній грані леза долота; - опір грунту вдавлюванню майданчики притуплення леза;
?- Кут нахилу передньої грані леза;
?- Кут нахилу ріжучої кромки передній грані долота до вертикалі; - коефіцієнт тертя фунта про породоразрушающий елемент (f=0.1 .... 0.4); - число лез.
Опір грунту вдавлюванню майданчики притуплення:
=Р0 Sлоб,
де Sлоб - площа лобовій поверхні леза долота, впроваджуваної в грунт;
Р0 - питомий опір грунту вдавлюванню тіла робочого органу.
Для інструменту з суцільною кромкою леза:
лоб =? ,
де D - діаметр свердловини;
?- Товщина леза бура.
Зусилля N1 розкладемо на складові N11 і N12. Одна складова N11 паралельна площині сколювання і створює в грунті напруги зсуву? , Інша N12 нормальна до поверхні сколювання і створює напруження стиску породи? см.
Силу тертя породи про передню грань леза долота
=f N1
також розкладемо на складові: F11 - нормальну і F12 - паралельну площині сколювання:
=F1 sin (? - a),=F1 cos (? - a),
де?- Кут між площиною сколювання і вертикаллю.
Векторна сума складових N12 і F12 дає сумарну сколював силу
=N12 - F12=N1 cos (? - a) [tg (? - a) - f],
Опір породи сколюванню:
=Scr -? ,
де Scr - площа сколювання (зсуву);
