为了使设计的钻机能在各种不同性质的岩石中孔，并获得理想的钻孔效果，要求 所设计钻机的工作参数能有一个可调的范围，以便根据不同的地质条件进行人工的或自 动的调整，以便获得最佳的钻孔工作制度和最优的工作效率。
牙轮机有两种差别颇大的工作制度。一种是高轴压、低转速工作制度，如美国:轴 压力为300 - 600kN,转速小于150r/min;一种是低轴压、高转速工作制度,如原苏联:轴压力为150~300kN,转速为250 - 350r/mino近几年来的钻孔实践和新型钻机的出现都
证明了高轴压、低转速和大风量排殖这一高效率的强力钻孔工作制度的优越性。
一、轴压力
轴压力是钻机通过具施加在岩石上的用以使岩石发生破碎的力。实践证明，轴压 力既不能太小也不能过大,而有一个使岩石发生体积破碎的合理值。它取决于岩石的坚 固性系数、钻头的直径和钻头质量。它应能使钻机达到较高的钻孔速度、较长的钻头寿 命和较低的钻孔成本。
图2-1示出了钻头轴压力与钻孔速度的关系曲线。图中!区称表面破碎区，轴压 力很小，钻头作用在岩石上的压力小于岩石的抗压入强度，此时靠表面磨损破坏岩石,其 孔速度很低，随着轴压力的增加，钻孔速度也是直线地增加。"区称疲劳破碎区，当头压力增加到一定值而又未达到岩石的抗压入强度极限时,在牙轮的多次作用下，岩石 开始破碎,并且钻孔速度提高的比率大于轴压力增加的比率（成J指数关系）。#区称体 积破碎区，轴压力增加，牙轮与岩石接触所产生的压力等于或大于岩石的抗压入强度极 限，则岩石产生大颗粒的体积破碎。岩石破碎得快，钻孔速度与轴压力成直线增加。轴 压力过大时，不但钻头寿命降低，而且牙轮体与岩石接触、排殖条件不利等原因，也不能 使钻孔速度再增加。从曲线的变化可知，最合理的轴压力应能使岩石形成体积破碎。设 计钻机所选用的轴压力，应保证钻孔工作在体积破碎区进行。
图2-1轴压力与钻孔速度关系曲线
!一表面破碎区；"一疲劳破碎区；# 一体积破碎区
合理轴压力的计算，除式（1 -2）外,应用广泛又比较符合实际的有以下几种：
（1）理论计算法。把岩石视为一均质弹性体，当钻头上的一个合金柱齿以p力作用 在岩石上，在岩石内一小单元体上就要产生相应的应力，如图2-2示。根据弹性力学可 知：
（6-4 ）得平行于边界条件的破碎半径r :
当#=0、"="-代入上式得破碎深度"-为:
丄"0 $ （"厂 （2-2）
一个合金柱齿所破碎岩石的体积应当是：
0 2 0 [ 3p "3 卜 72 ] 4" 3 p 2 V） q）
$ 1 = !o "r." = !-叫 2!）* "丿-"]d" = 33（2!履 （2-3）
在试验中得到p与钻机轴压力％成正比，与（孔直径&成反比，即：
% = ' 0 等式中 '0——比例系数,'0=57~67。
