弹-塑性岩石的孔底破碎过程

发布网友发布时间：2022-05-26 10:49

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热心网友时间：2023-10-13 17:05

在实际生产中，硬质合金钻头的主要钻进对象是弹－塑性岩石。硬质合金切削具破碎弹－塑性岩石的机理虽与塑性岩石有相似之处，但更有不同的特点。切削具向前运动可以看作是个切削过程，这时岩石呈碎片状破碎，并从形成的破碎穴中排出(图1－8)。

从理论上讲，只有当切削具与岩石接触面上的压强达到或超过岩石的压入硬度时，才能有效地切入岩石。但是，弹－塑性岩石的压入硬度远大于塑性岩石，若仅靠P力来形成切深h，则需要在切削具上施加很大的轴向压力。而在实际生产中，仅需比用压入硬度(乘面积)算得的轴压力小很多的轴向载荷便可获得理想的钻速。究其原因，主要是切削具并非以静压入的方式破岩，而是在双向力的同时作用下(在回转的条件下)破碎岩石。这说明切削具在双向力作用下，岩石中的剪切作用比纯压入时要大得多。前面给出的切削具侵入深度公式并未考虑这个因素，所以只能定性地反映切削具与孔底岩石相互作用的情况。

实际的孔底过程是切削具在一定的作业规程下压皱、压碎和破碎岩石，破碎过程中就包括了发生在弹－塑性和塑－脆性岩石中的剪切破碎。可把回转钻进的岩石破碎过程分为三种状态:表面破碎、疲劳破碎和体积破碎。三种状态下，切削具的侵深h随切削具上P力增大而增大的趋势也有所不同。体积破碎时切削具侵入岩石的深度将最大(图1－9)。

图1－8 切削具在P力作用下以U₀速度破碎弹塑性岩石示意图

图1－9 压模侵入岩石深度与轴向载荷的关系

图1－10 楔形工具侵入岩石深度与载荷的关系曲线

图1－10给出了顶角60°的楔形工具侵入塑－脆性岩石时侵入深度与载荷P的曲线图。开始的时候产生塑性变形作用，这个阶段的侵入深度与载荷大小成正比，达到h₀。此后，由于发生脆性破碎侵入深度阶跃式地加深，达到h₁值，而且侵入这个深度时的载荷P值并未明显大于对应该侵深的载荷值。由于产生弹性和塑性变形，使侵入深度增长很慢，直至形成一个新的侵入跳跃，如此循环。所以，硬质合金钻头钻进弹塑性岩石的孔底过程具有明显的跳跃式特征。