Бурение глин, обладающих повышен­ной пластичностью, осложнялось забиванием керноприемника. Бурение сухих прочных грунтов осуществлялось достаточно эффективно даже с нарушением монолитности керна.

Исследованиями, проведенными во ВНИИстройдормаше, Карагандинском политехническом институте (КПТИ), Инсти­туте горного дела Сибирского отделения АН СССР (ИГД СО АН СССР), установлена перспективность разрушения мерзлых засоленных прочных грунтов комбинированным статико-динамическим способом, энергоемкость которого значительно ниже ударного разрушения и статического резания.

Рис.   47   Статико-динамический   бу­рильный орган

В НПО "Союзспецфундаменттяжстрой" разработан экспери­ментальный бурильный статико-динамический рабочий орган, предназначенный для проходки скважин под буронабивные сваи диаметром 1,3 м и глубиной до 15 м в вечномерзлых засолен­ных и других прочных грунтах (рис. 47).

Бурильный орган сос­тоит из ударного блока, винтового накопителя грунта и породоразрушающей коронки. Ударный блок представляет собой цилиндрический корпус, где размещены пневмомолоты, воздух к которым подводится через полый бурильный став и распре­делитель. Корпус с помощью фланца соединяется с винтовым накопителем грунта, выполненным в виде трехзаходного спи­рального шнека, Внутри центральной трубы которого проходят штоки пневмомолотов. Породоразрушающая коронка выпол­нена в виде круглой плиты с окнами для забора грунта, центральным забурником, ножами и ударными долотами. Динами­ческие импульсы от пневмомолотов передаются ударным доло­том через рабочую жидкость, заполняющую полость между што­ками пневмомолота и ударных долот.

Принцип работы бурильного органа: комбинированное статико-динамическое разрушение забоя, наполнение штока грун­том, подъем его на поверхность и разгрузка путем отклонения в сторону с одновременным вращением. Забой разрушается кольцевыми щелями, образуемыми ударными долотами, а остающиеся целики породы обрушиваются за счет угла боко­вого развала.

Разрушение забоя при статико-динамическом бурении про­исходит следующим образом. В начальный период под действием крутящего момента, осевого усилия и усилия статического поджатая инструмент производит статическое резание грунта. С увеличением толщины стружки и повышением прочности грунта -инструмент задвигается в направляющую буксу. При перемещении инструмента шток через гидравлическую связь воздействует на автомат запуска ударного устройства, в резуль­тате чего начинается динамическое разрушение грунта. Толща стружки, срезаемой до включения в работу ударного устройства, является толщиной стружки статического резания. После дина­мического разрушения забоя одновременно с вращением рабо­чего органа ударный инструмент возвращается в исходное поло­жение статического резания.

Усилие осевой подачи и крутящий момент на рабочем органе определяются усилием статического поджатия инструмента к забою, свойствами разрушаемого грунта и толщиной стружки. Мощность, затрачиваемая на статико-динамическое бурение , складывается из мощностей, затрачиваемых на вращение осевую подачу рабочего органа , привод ударных устройств и перемещение разрушенного объема грунта в призабойной зоне (величиной можно пренебречь), т.е.

(5.1)

или

(5.2)

где - крутящий момент;
- скорость вращения бурильного ковша;
Q - усилие осевой подачи;
- энергия удара, переданная инструменту;
b- ширина режущей кромки инструмента.

Производительность статического бурения определяется по выражению

(5.3)

При расчете параметров бурильного рабочего органа статико-динамического действия исходными данными являются диаметр D, глубина H_б и скорость бурения , а также физико-механи­ческие свойства грунта.

Форму инструмента рекомендуется принимать долотчатого типа с углом заострения = 30-60°. Ширина лезвия инстру­мента, исходя из условия наполнения шнека, принимается 0,08-0,12 м.

Энергия единичного удара ударных устройств выбирается в зависимости от ширины инструмента: при ширине 0,08; 0,10 и 0,12 м энергия удара соответственно равна 1,4-1,6; 1,75-1,9 и 2,0-2,2 кДж. Усилие статического поджатая Рст, при котором включаются ударные устройства, составляет 8-10 кН. Угол атаки инструмента принимается 42-48°.

Заводские испытания экспериментального образца статико-динамического бурильного органа производились на полнораз­мерном стенде, представляющем собой сварную раму, на кото­рой монтируются привод вращения рабочего органа и масло-станция. Крутящий момент передается от привода через редуктор посредством цепной передачи к ротору, который установлен на верхней площадке рамы. Подача воздуха к ударным устрой­ствам осуществляется через вертлюг, закрепленный также на раме вместе с траверсой принудительной подачи. Звездочки цепной передачи привода съемные, что позволяет изменять час­тоту вращения ротора. Для предохранения электродвигателя от динамических воздействий со стороны забоя в цепи привода установлена гидромуфта. Принудительная подача рабочего органа на забой осуществляется гидроцилиндрами, штоки которых соединены с траверсой. Гидравлическая схема обеспе­чивает жесткую подачу бурильного рабочего органа на забой в зависимости от частоты вращения ротора.

Испытаниями предусматривалось определить работоспособ­ность основных узлов бурильного рабочего органа статико-динамического действия; возможность передачи ударных импульсов от пневмомолотов на породоразрушающий инстру­мент через полость с жидкостью и принципиальную возможность проходки скважин большого диаметра в прочных грунтах с использованием статико-динамического разрушения.

В процессе испытаний были пробурены скважины диаметром 1,3 м на глубину 0,8 м в бетонной прослойке толщиной 0,2 м и насыпном грунте с галечными включениями размером до 0,05 м. Частота вращения составляла 1,2 об/мин, усилие осевой подачи - 125 кН. В процессе бурения под действием крутящего момента и осевого усилия происходило внедрение ударных инструментов в забой. При достижении на инструментах усилия, достаточного для включения автоматов запуска, пневмомолоты включались в работу и происходило динамическое разрушение забоя под действием ударов. При этом инструменты внедрялись в забой, периодически скалывая стружку. После скола усилия на инструментах    уменьшались   и   пневмомолоты   отключались.

Слабые участки забоя разрушались обычным статическим реза­нием. Наиболее часто включался в работу пневмомолот с пери­ферийным инструментом. Наполнение шнекового накопителя разрушенным материалом (кусками размером до 0,1 м) проис­ходило удовлетворительно.