5. Методика расчета основных параметров процесса водоструйного бурения горных пород

Определяется рациональная частота вращения водоструйного инструмента, мин^-1

, (5.1)

где s_сж – предел прочности породы на одноосное сжатие, МПа.

Находится диаметр отверстия струеформирующей насадки d₀, (мм) при задаваемой скорости бурения V_п, (мм/с).

. (5.2)

Полученное значение d₀ округляется до ближайшего меньшего значения из стандартного ряда. В нашем случае стандартный ряд значений d₀ (мм) следующий: (0,10; 0,15; 0,20; 0,25; 0,30; 0,35; 0,40; 0,45; 0,50; 0,55; 0,60; 0,65; 0,70; 0,75; 0,80; 0,85; 0,90).

Определяется давление воды перед насадкой (МПа) по зависимости

(5.3)

где D - диаметр пробуриваемого отверстия (шпура), мм.

Если, расчетное давление высоконапорной воды превышает максимально конструктивно возможное для данной конструкции преобразователя давления, то в дальнейших расчетах в качестве рабочего следует принимать максимально возможное конструктивное давление.

Определяется реализуемая на водоструйном инструменте гидравлическая мощность N_г, Вт

, (5.4)

где - коэффициент расхода струеформирующей насадки (определяется по технической характеристике насадки, и находиться в пределах 0,6 – 0,95).

Сопоставляется реализуемое на водоструйном инструменте значение гидравлической мощности N_г и гидравлическая мощность привода N₀.

При N_г > N₀ уменьшается N_г до заданной величины N₀.

Если по технологическим соображениям необходимо достичь заданной скорости бурения, то следует увеличить приводную гидравлическую мощность N₀. В этом случае выходные параметры источника воды высокого давления выбираются по типоразмерному и параметрическому ряду источников воды высокого давления (Приложение 2).

Однако, если возможность увеличения N₀ отсутствует, необходимо снизить P₀ до выполнения условия N_г = N₀. При этом скорость бурения уменьшится.

Определяется фактическая скорость бурения по зависимости (5.6), при этом первоначально определяется диаметр струеформирующей насадки

_. (5.5)

Округляется d₀ до ближайшего значения из стандартного ряда.

Определяется фактическая скорость бурения V_п по формуле

, (5.6)

где V₀ - скорость истечения струи воды из струеформирующей насадки, м/с.

Скорость истечения струи воды из струеформирующей насадки находится из выражения

, (5.7)

где  - плотность воды (1000 кг/м³).

Определяется расход воды Q₀ (м³/с) по зависимости

. (5.8)

6. Варианты индивидуальных заданий к работе

При исходных данных, приведенных в табл. 6.1, выполнить расчет параметров водоструйной бурильной машины при бурении отверстия диаметром D в горной породе с пределом прочности на сжатие _сж, при максимальном давлении воды Р₀ и при скорости бурения V_п. Водоструйная бурильная машина оснащена одной струеформирующей насадкой. Приводная гидравлическая мощность источника воды высокого давления составляет N₀. В расчетах принять коэффициент расхода струеформирующей насадки = 0,95. По полученным расчетным данным сделать выводы по работе.

Таблица 6.1

№ варианта	Диаметр пробуриваемого отверстия D, мм	Предел прочности горной породы на сжатие сж, МПа	Скорость бурения Vп, мм/с	Мощность источника воды высокого давления N0, кВт	Максимальное давление воды преобразователя давления P, МПа
1	2	3	4	5	6
2	10,0	20,0	2,0	17,0	95,0
3	12,0	25,0	2,5	35,0	120,0
4	14,0	27,5	3,0	50,0	120,0
5	16,0	30,0	3,5	70,0	65,0
6	18,0	32,5	3,75	110,0	65,0
7	20,0	35,0	4,0	140,0	180,0
8	22,0	37,5	2,0	220,0	260,0
9	24,0	40,0	2,5	17,0	65,0
10	26,0	42,5	3,0	35,0	95,0
11	28,0	48,0	3,5	50,0	95,0
12	30,0	52,0	3,75	70,0	120,0
13	10,0	55,5	4,0	110,0	20,0
14	12,0	65,2	2,0	140,0	150,0
15	14,0	28,0	2,5	220,0	300,0
16	16,0	100,0	3,0	17,0	120,0
17	18,0	60,0	3,5	35,0	65,0
18	20,0	70,0	3,75	50,0	180,0
19	22,0	80,0	4,0	70,0	95,0
20	24,0	82,5	2,0	110,0	120,0
21	26,0	42,5	2,5	140,0	260,0
22	28,0	35,7	3,0	220,0	350,0
23	30,0	28,0	3,5	17,0	20,0
24	10,0	80,0	3,75	35,0	75,0
25	12,0	78,5	4,0	50,0	150,0