БИЛЕТ 1

1 Вопрос

По мере удаления от поверхности влияние штампа на поперечную деформацию конуса уменьшается, и на некоторой глубине раскрытие трещины оказывается не­возможным. При дальнейшем нагружении штампа попереч­ная деформация конуса будет ограничиваться окружающей его породой и, будет увеличиваться давление со стороны конуса на окружающую породу (матрицу) (рис. 4.1б), которое стремится сдвинуть или оторвать матрицу. При достижении некоторого крити­ческого давления со стороны конуса в матрице возникает бо­ковая трещина отрыва-сдвига, и верхняя часть окружающей конус породы скалывается с образованием лунки (рис. 4.1в). Отрыв матрицы сопровождается снижением бокового давления на конус и его разрушением. Штамп скачком по­гружается на значительную глубину.

В соответствии со вторым, механизмом разрушения разви­тие области предельного состояния у контура штампа быстро затухает.

Рис. 4.1. Схемы развития разрушения горных пород по первому (/) и второму (II) механизмам разруше­ния

Основную роль играет развитие области предельно­го состояния от первой экстремальной зоны (рис. 4.1 г) в направлении к оси симметрии с образованием серповидной области предельного состояния (рис. 4.1 д).

По мере увеличения нагрузки на штамп растут объем пре­дельной области и давление в ней. Следовательно, растет и нагрузка, действующая со стороны серповидной области на окружающую породу (матрицу). Далее процесс разрушения ничем не отличается от описанного по первому механизму разрушения, т.е. происходит хрупкое разрушение горной по­роды с образованием лунки (рис. 4.1 е).

В пористых горных породах большое влияние на механизм деформирования и разрушения оказывает уплотнение пород, которое сопровождается большим погружением штампа.

2 Вопрос

дробяще-скалывающего действия (шарошечные) — воо­ружение в виде фрезерованных зубьев или вставных зубков размещено на шарошках и во время бурения каждый элемент имеет кратковременный периодический контакт с забоем;

4) дробящего действия, которые предназначены для удар­ного бурения.

Все породоразрушающие инструменты делятся на типы в соответствии с твердостью горных пород, для которых они предназначены, и на два класса в соответствии с абразивно-стью горных пород.

Шарошечные долота выполняются двух клас­сов и типов от М до ОК согласно ранее приведенной в табл.6.1, информацией как с обычной, так и с гидромониторной системами промывки.

Основные элементы шарошечного долота рассмотрим на конкретном примере (рис.7.1). Шарошечные долота выпус­кают главным образом в секционном исполнении. Каждая секция включает лапу 1, на цапфе 2 которой с помощью подшипников 3 установлена шарошка 4, имеющая вооруже­ние в виде зубчатых или сплошных венцов 5. Секции соеди­нены между собой сваркой. На верхнем конце сваренных секций (долота) выполняется конус и нарезается присоедини­тельная резьба. Двухрядный шариковый подшипник собран через отверстие, которое закрывается пальцем 6.

Центральная промывка, показанная на рис.7.1, включает внутреннюю полость 7, сужающийся подво­дящий канал 8 и цилиндрическое промывочное (продувочное) отверстие 9.

Рис.7.1. Трехшарошечное до­лото для очень твердых абра­зивных горных пород

В долотах для бурения с продувкой воздухом в лапах и цапфе сверлят отверстия 10 и 11 для охлаждения подшипников и защиты их от засорения шламом.

Качение шарошек по забою обеспечивается установкой их на цапфах с возможностью вращения, трением элементов вооружения о забой и сопротивлением горной породы скалыванию внедрившимися в нее элементами вооружения.

При перекатывании шарошки с одного элемента вооруже­ния на другой создается дробящий эффект, а при проскаль­зывании вооружения относительно плоскости забоя создается скалывающий эффект.

Обеспечение и регулирование дробящей способности доло­та рассмотрим в соответствии со схемой на рис. 7.2. При перекатывании шарошек с зуба на зуб происходит верти­кальное перемещение корпуса долота и связанного с ним бу­рильного инструмента. Потенциальная энергия перемещающегося

Рис. 7.2. Схема к определению вертикального перемещения долота:

1, 2, 3 — номера венцов шарошки

и сжатого в вертикальном направлении низа буриль­ного инструмента является источником динамического воз­действия долота на забой скважины.

Принимаем, что названная потенциальная энергия инст­румента прямо пропорциональна вертикальному переме­щению долота

U = А_и z, (7.1)

где А_и — коэффициент пропорциональности; z — вертикаль­ное перемещение долота.

Поскольку долото жесткое, то верти­кальные перемещения точки О, лежащей на оси шарошки (цапфы) и долота, совпадут. При опирании на два зуба в точ­ках А и В ось шарошки находится в нижнем крайнем поло­жении 0. По мере перекатывания шарошки зуб в точке В принимает вертикальное положение О_i. Тогда вертикальное перемещение оси шарошки, а вместе с ней и долота

(7.2)

где г_i, — радиус венца; — угол наклона оси шарошки к оси долота; — угловой шаг зубьев в венце.

Вооружение шарошечных долот. Твердосплавные зубки для оснащения шарошек.