Влияние формы разрушающего инструмента

На механические свойства и буримость горных пород оказывают влияние не только размеры, но и форма разрушающего инструмента.

По данным Н. Н. Павловой и Л. А. Шрейнера при одном и том же контактном давлении объем разрушения, приходящийся на единицу площади контакта вдавливаемого симметричного тела (штампа, сферы) будет больше, а объемная работа меньше, чем при вдавливании асимметричного тела (клина).

Установлено, что отношение удельной объемной работы разрушения при вдавливании зуба клиновидной формы А_з к работе разрушения при вдавливании штампа А₀ для различных пород колеблется в больших пределах. Например, для окремнелого известняка (Туймазы) отношение А_з/А₀ составило 1,27, а для известняка тульского горизонта (бавлы) - 6,10.

В нижеприведенной таблице приведены сравнительные испытания различных пород цилиндрическим штампом диаметром 1,4 мм и зубом с площадкой притупления 1,0 х 5,0 мм и углом заострения 2 = 40₀.

Из таблицы следует, что для испытанных пород при вдавливании зуба по сравнению с вдавливанием штампа изменения показателей механических свойств происходит по-разному. Сопротивляемость вдавливанию Р уменьшается на 2  27 %, предел текучести Р₀ - на 11  48 %, а удельная контактная работа А_к увеличивается в 1,1  3,6 раза.

Механические свойства горных пород при вдавливании штампа и зуба

Порода	Пуан-сон	Со про- тив- ляе- мость вдав- лива- нию кг/мм^2	Пре- дел теку- чести кг/мм^2	Коэф- фици- ент плас- тич- ности	Удель ная кон- такт- ная рабо- та кгм/ см^2	Удель ная объемная рабо- та кгм/ см^2	Пло- щадь лунки Пло- щадь кон- такта	Объ- ем лунки Пло- щадь кон- такта
Мрамор кристаллический	штамп зуб	93 71	57 40	3,7 2,4	1,1 1,2	2,8 6,0	9,3 6,0	4,1 1,9
Порфирит альбитизированный	штамп зуб	167 122	138 102	2,0 1,7	1,8 6,4	2,6 11,4	10,6 7,3	6,7 2,5
Известняк кристаллический	щтамп зуб	137 133	88 78	2,2 2,0	1,1 1,9	1,7 2,0	18,6 15,8	7,3 9,4
Известняк тонкокристаллич.	штамп зуб	162 146	92 70	1,6 2,3	1,5 2,5	2,4 1,0	15,1 22,3	6,0 13,7
Известняк тонкокристаллич.	штамп зуб	125 122	67 35	2,0 3,0	1,2 2,3	1,1 1,1	26,4 23,7	11,0 22,4

Остальные показатели: коэффициент пластичности К, удельная объемная работа А₀, отношение площади F_л и объема V лунки к площади контакта F_к изменяются как в сторону увеличения, так и уменьшения. Это возможно связано со структурными и текстурными особенностями пород, в зависимости от которых изменяется напряженное состояние в зоне предразрушения.

Отсюда следует, что без учета формы Пуансона и характеристики породы нельзя переносить значения показателей механических свойств пород при вдавливании штампа применительно к вдавливанию зубца долота.

Практика бурения и данные стендовых исследований показали, что форма разрушающего инструмента оказывает большое влияние на буримость горных пород.

При применении долот с разной формой зубцов и одинаковых контактных давлениях сопротивляемость разрушению одних и тех же пород различна. В очень твердых хрупких породах лучшие показатели бурения достигаются штыревыми долотами, а в мягких и средней твердости породах - долотами с клиновидной формой зубца. Необходимо отметить также , что с ростом угла заострения зубцов до 90 % резко уменьшается их износ и увеличивается объем выбуренной породы.