9.4 Розрахунок потужності при горизонтальному бурінні
При горизонтальному бурінні ріжучий інструмент здійснює поступальний і обертальний рух, зрізуючи ґрунт, який потім виноситься транспортером або іншим способом.
За
час
торцьова
ріжуча кромка вісьовим зусиллям
(рис.9.14)
врізається в ґрунт на величину
,
при цьому бокова ріжуча кромка під дією
колового зусилля Р
знімає стружку перерізом
.
Рисунок 9.14 – Схема врізання торцевої ріжучої кромки в ґрунт при горизонтальному бурінні
При поступальному і обертальному русі ріжучої головки лезо зрізає ґрунт у вигляді безперервної гвинтової стрічки кроком . Величина кроку рівна подачі бурової головки за час одного обертання. Із-за малого зчеплення ґрунта, в тонкому шарі фактично відбувається не зріз, а руйнування ґрунту, який знаходиться у складному напруженому стані під дією зусилля Р.
Сила при заглибленні різця долає силу опору ґрунта зминанню по контору АВС і силу опору тертя різця об ґрунт. Сила Р викликає зминання ґрунта у площині АС, а потім зсув і витиснення шарів ґрунта, чому сприяє також і сила .
У
результаті сила Р
руйнує породу по площадці
рівній
(рис. 9.14), а сила
зминає
і руйнує породу на площадці
,
рівний
.
Рисунок 9.15 – Епюри окружних швидкостей бокової грані різця бурової ріжучої головки
Величина сил і визначається з умови:
. (9.5)
, (9.6)
де
–
напруження руйнування породи при
складному напруженому стані, МПа;
–
подача за один оберт, м;
–
радіус свердловини, м;
в
– ширина леза різця на границі заглиблення
в ґрунт, м,
що залежить від кута заточки різця
і глибини його заглиблення у породу.
. (9.7)
Підставивши замість середнє значення величини подачі за один оберт у вираз для В, отримаємо:
,
або
. (9.8)
При
бурінні м’яких ґрунтів
.
Тоді
.
(9.9)
Повна потужність, що витрачається на буріння, може бути визначена за формулою:
,
(9.10)
де
–
число різців;
–
число оборотів бурової головки, об/хв.,
–
коефіцієнт тертя різців бурової головки
об породу ґрунту.
Потужність, що витрачається на транспортування ґрунту, можна визначити за формулою:
, (9.11)
де
–
продуктивність шнека в т/год.;
- довжина скважини, м;
– коефіцієнт опору руху ґрунту по
поверхні шнека;
–коефіцієнт, що враховує обертання
секції шнека безпосередньо в патроні,
а не в підшипниках
.
9.5 Віброударне буріння
9.5.1 Проходка вібробурінням
При вібробурінні ґрунт розробляється за рахунок енергії вібрації, що передається вібробуром (вібратором).
Подача патрона разом з вібратором здійснюється залежно від розробки ґрунта лебідкою, трактором або трубоукладачем.
Під дією вібрації частинки ґрунта переходять у вимушене коливання і внаслідок сил інерції починають переміщуватися, ущільнюючи ґрунт.
Циліндричний вібробур розміщується всередині патрона з невеликою щілиною (не менше 10 мм). Всередині вібратора знаходиться де баланс з електродвигуном.
Величина сили збурення вібратора регулюється поворотом елементів дебалансу, який є генератором коливань.
Ущільнення
при вібробурінні не залежить від напрямку
вектора коливань і при незмінній частоті
визначається тільки амплітудою коливань.
Зона коливань обмежується поверхнею
еліпсоїда з піввісями
.
Зону
проробки ґрунта можна визначити при
припущенні, що вона має форму кулі з
радіусом
,
а не еліпсоїда.
Тоді радіус пророблення ущільненої маси визначається за формулою
, (9.12)
де – вага робочої частини вібратора; – питома вага ґрунта.
Якщо
метод вібробуріння прийнятний до
розроблення свердловини то радіус
проробки ґрунту
повинен
бути меншим віддалі від вісі свердловини
до поверхні полотна дороги
.
Найбільший діаметр отвору , що отримується при вібробурінні за рахунок усунення пор в ґрунті (ущільнення), визначається за формулою
, (9.13)
де – коефіцієнт пористості ґрунта.
Він
повинен бути більшим діаметра скважини
,
або діаметра патрона
.
Спосіб ударного вібробуріння
При ударному вібробурінні ґрунт руйнується і видаляється під дією високочастотного направленого віброударну. У попоєднанні з крутильною вібрацією у цьому випадку у 3-5 разів знижуються сили тертя на ділянках дотикання патрона до ґрунту.
Патрон з наконечником протискується у ґрунт одночасно з бурінням. Тягове зусилля створюється трубоукладачем або іншим обладнанням.
До складу установки для вібробуріння входять вібромолот і два вібратори (рис. 9.16).
1– якір; 2 – кільцевий наконечник; 3 – патрон; 4 – отвір для видалення ґрунта; 5 – електродвигун вібраторів направленої дії;
6 – кріплення при роботі на режимі вібратора; 7 – амортизатор електродвигуна; 8 – електродвигун вібромолота; 9 – карданний вал; 10 – вібромолот (вібратор); 11 – амортизатор вібромолота;
12 – амортизатор талевої системи; 13 – талева система
Рисунок 9.16 – Схема експериментальної віброустановки