因,钻速增长率随推力增加而下降,比功上升。因而Ⅲ区是钻削破岩的最佳状态。阿里莫夫的划分是符合实际钻孔情况的。但它也有不足之处,即只分析了推力、功率与钻速之间的关系,没有具体分析转速、转矩与钻速之间的关系。另外,对岩性变化时,这些参数之间的关系又是怎样也未做出回答,而这些对于锚杆钻机的设计又恰恰是很重要的。因此有必要深入一步对岩石钻孔过程的转矩、转速特性进行研究。Р2.2.2动力头转速特性Р在同种岩石中,转速对钻削破岩的影响体现在两个方面:一是随钻头直径不同,最大切削线速度不同,切削破岩在边缘处首先达到极限;二是随转速增加,破碎过程加快,超过一定范围后摩擦增大,温升加剧,钻进速度减慢。因而对一定强度的岩石,钻孔时有一个最佳的转速范围,在这个范围内,钻进阻力最小,钻进速度最快,有效功最大。超过这个范围,钻速反而降低。Р在不同岩性下钻孔时,由于岩石的力学性质发生了变化,钻孔速度也要相应变化。岩石强度越高,钻头所要克服的阻力就越大,转速也就越低,相应最佳速度也要降低,如图5所示。Р图5 不同岩石强度下的最佳转速Р因此,当锚固钻机在岩性变化的岩层中钻孔时(例如页岩、砂岩互层),对应的就不是一个最佳转速点或一个最佳转速区,而是多个最佳转速点或最佳转速区。Р2.2.3动力头转矩特性Р理论上,在同种岩性下,岩石的抗压、抗剪强度不变。钻机输出的转矩也基本保持恒定。但试验表明实际情况并不完全如此,转矩并非一成不变。在研磨和重复破碎的状态下,转矩较大,且不断变化,而在钻削区间内则转矩最小,且保持相对恒定。Р当岩性发生变化时,随着岩石的抗压、抗剪强度增大,钻机施加在钻头上的转矩也必须相应增大。试验表明,在钻削区内,转矩与岩石的抗压和抗剪强度基本上是线性关系。同时,在钻削过程中,由推力在刀刃上产生的垂直分力与转矩产生的水平分力组成合力。在推力与转矩匹配较好的情况下,二者之间应是同步上升和下降的关系。
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