Влияние формы разрушающего инструмента

Влияние масштабного фактора

Выпускаемые отечественными заводами серийные буровые долота имеют притупление зубцов от 1 до 4 мм. В зависимости от этого по разному проявляется влияние масштабного фактора на механические свойства горных пород.

Установлено, что с ростом диаметра штампа твердость пород Р_ш, предел текучести Р₀, удельная объемная работа разрушения А₀ и коэффициент пластичности К уменьшаются, зоны разрушения увеличиваются, а отношение диаметра лунки d_л к диаметру штампа d_ш (d_л/d_ш) практически остается неизменным.

Установлено также, что влияние масштабного фактора сказывается сильнее на пластичных породах и в условиях динамического нагружения.

Наибольшее влияние масштабного фактора сказывается при малых диаметрах штампа (d_ш < 1,5 мм). (Аналогичные закономерности получены для сферы).

С точки зрения разрушения упруго-хрупких и упруго-пластичных пород наиболее эффективными оказались: цилиндрический штамп диаметром 2,5 мм, зуб с площадкой притупления 2,5 ´ 10 мм, сфера диаметром 10 мм.

Из сказанного можно сделать вывод, что рост буримости от применения долот с такой увеличенной поверхностью контакта с забоем может быть значительным при соответствующем увеличении осевых нагрузок, обеспечивающих объемное разрушение горных пород.

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 2j = 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.