Разработка современных высокопроизводительных буровых машин требует глубокого понимания физики процесса разрушения горных пород. Ключевым аспектом здесь выступает анализ сил сопротивления, возникающих при контакте инструмента с массивом.
Роль сопротивлений в рабочем процессе
Величина этих сопротивлений является фундаментальным параметром, который напрямую влияет на несколько критически важных показателей. Во-первых, она определяет энергоемкость всего процесса бурения — чем выше сопротивление, тем больше энергии требуется для разрушения породы. Во-вторых, от нее зависит производительность машины: оптимальное преодоление сопротивлений позволяет максимизировать скорость проходки. Эти силы формируются под комплексным влиянием ряда факторов: физико-механических свойств самой горной породы (прочность, абразивность, хрупкость), выбранного способа воздействия на массив (вращательное, ударно-вращательное, дробящее), а также режимных параметров, таких как осевая нагрузка и частота вращения.
Особенности контактного взаимодействия при бурении
Процесс бурения характеризуется специфическим распределением напряжений в зоне контакта инструмента с забоем. Напряженность этого взаимодействия существенно меняется по радиусу забоя. Это явление объясняется двумя основными причинами. Во-первых, линейная скорость движения резцов или шарошек увеличивается от центра скважины к её периферии, что приводит к разной кинематике разрушения. Во-вторых, значительную роль играет эффект упругого отжима породы — её способность к частичному восстановлению формы после снятия нагрузки. Эта способность напрямую связана с реологическими свойствами породы, то есть её поведением под длительным воздействием нагрузки, и создает переменное контактное давление по площади забоя.