Глава 1

Рис. 1.15. Условное схема процесса резания породы

Процесс отделения горной породы от массива раздавливанием представляется следую­щим образом. Под действием напорного усилия, приложенного к оси вращения дисковой ша­рошки, она внедряется своим клиновидным ободом в породу на некоторую глубину. Установ­лено, что удельное давление q no вершине обода диска в радиальной плоскости распределяется по косинусоидальному закону (рис. 1.16, а)

2Р_Х

q=—-coscc_r, (1.13)

где Р_г - нормальное давление на единицу поверхности обода; г_д - радиус закругления диска; а_г - угол между плоскостью симметрии и радиальным сечением вершины диска.

Рис. 1.16. Распределение удельных давлений на вершине и по длине обода дисковой шарошки

31

Глава 1

Из формулы (1.13) вытекает, что максимальное удельное давление будет в середине вершины дисковой шарошки, а к ее краям оно уменьшается.

Экспериментально зафиксированное распределение давления по длине обода дисковой шарошки (рис. 1.16, б) показывает, что на породу давит не только набегающая часть обода, но и сбегающая его часть, а максимальное давление шарошка оказывает на породу по линии, прохо­дящей через ось вращения диска перпендикулярно к поверхности забоя.

Дисковая шарошки, внедряясь в поро;*у, уплотняет ее поверхностный слой и перемеща­ет его на некоторую глубину без хрупкого разрушения. При дальнейшем увеличении глубины внедрения образуется уплотненное ядро мелкораздробленной породы, которое, погружаясь в массив и одновременно увеличиваясь в объеме, давит во все стороны, что приводит к сколу крупных частиц породы по боковым поверхностям диска. Угол бокового развала породы обыч­но превышает 120°. Часть мелкораздробленной породы ядра, так же как и при резании, доволь­но интенсивно выдавливается в направлении, перпендикулярном к поверхности забоя.

Общепризнанной теории дробящего разрушения горной породы единичным ударом по­ка нет. Все выполненные исследования можно объединить в две группы. В одной из них про­цесс ударного разрушения породы рассматривался как квазистатнческий, что вполне приемле­мо при соударении двух упругих тел. В другой группе теоретические исследования процесса ударного разрушения базировались на волновом характере распространения ударного импульса в породе.

Всем этим теориям присущи свои существенные недостатки: наличие коэффициентов теоретически и экспериментально практически не определимых, противоречие теоретических предпосылок экспериментальным данным, сложности учета прохождения волн через различные ограниченные зоны разрушенной породы у лезвия коронки и целый ряд других недостатков.

Однако, обобщая исследования ударного разрушения пород, можно следующим обра­зом представить процесс взаимодействия буровой коронки с породой (рис. 1.17, а). В началь­ной стадии внедрения коронки / под ее лезвием формируется зона упругих деформаций 2, зона раздавливания 3, зона скалывания 4. Скалывание породы будет происходить в том случае, если в зоне раздавливания создаются напряжения выше предела прочности породы скалыванию.

Рис. 1.17. Условная схема разрушения породы при ударном бурении 32