Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, методология проведения и постановка задач исследова ний 8
1.1 Анализ технического уровня и опыта эксплуатации современных буровых станков 8
1.2 Анализ параметров бурового инструмента и физических особенностей процесса их изнашивания 13
1.3 Анализ конструкций пневмоударников и их износостойкости в функции от влияюцщх факторов 19
1.4 Обзор существующих методов оценки и прогноза износостойкости инструментов при ударно-вращательном бурении 23
1.5 Задачи исследований 28
2 Теоретические исследования эффективности функционирования буровых долот ударно - вращательного действия 29
2.1 Физические особенности разрушения забоя при ударно-вращательном бурении горных пород и процесса изнашивания инструмента. Факторы, влияющие на износ инструмента 29
2.2 Исследование взаимосвязи эффективности функционирования бурового оборудования и стойкости инструмента 36
2.3 Моделирование процесса изнашивания долот при ударно-вращательном бурении горных пород 43
2.4 Прогнозирование долговечности долот при различных режимах и условиях эксплуатации 56
Выводы по главе 62
3 Экспериментальные исследования показателей применения инструментов различных типов и разработка рекомендаций по выбору режимных парамет ров при бурении пород различной крепости 64
3,1 Разработка методики и средств измерений для проведения и планирования экспериментальных исследований 64
3.2 Горно-геологические условия проведения экспериментальных исследований 76
3.3.Экспериментальные исследования бурения скважин ударно-вращательным способом с применением погружных пневмоударников 78
3.3.1 Основные характеристики погружных пневмоударников 78
3.3.2 Исследование режимов бурения с применением пневмоударников различных параметров 79
3.3.3 Исследование износостойкости пневмоударников различных типов для ударно-вращательного бурения скважин 85
3.4 Установление закономерностей влияния режимных параметров на эффективность ударно-вращательного бурения скважин 90
3.4.1 Давления воздуха в пневмоударнике 91
3.4.2 Усилие подачи 93
3.4.3 Скорость вращения бурового става 96
3.5 Разработка рекомендаций по режимам бурения для условий месторождений полиметаллических руд 98
Выводы по главе 101
4. Обоснование и выбор рациональных параметров ударно-вращательного бурения взрывных скважин для долот с различным уровнем стойкости 103
4.1. Методика выбора ударно-вращательного бурения взрывных скважин для долот с различным уровнем стойкости 103
4.2 Экономическая эффективность внедрения результатов исследования в практику применения буровых станков нового поколения 105
Выводы по главе 113
Заключение 114
Список использованной литературы
- Анализ параметров бурового инструмента и физических особенностей процесса их изнашивания
- Исследование взаимосвязи эффективности функционирования бурового оборудования и стойкости инструмента
- Горно-геологические условия проведения экспериментальных исследований
- Экономическая эффективность внедрения результатов исследования в практику применения буровых станков нового поколения
Введение к работе
Актуальность работы. В последние десятилетия открытый способ добычи полезных ископаемых превалирует во всех горнодобывающих отраслях промышленности. Одним из основных технологических процессов этого способа является буровзрывное разрушение горного массива, эффективность которого во многом определяется уровнем технологии бурения взрывных скважин и надежностью применяемого оборудования, в том числе стойкостью (долговечностью) породоразру-шающего инструмента.
Для бурения пород повышенной крепости, как в мировой, так и в отечественной практике используют станки с исполнительными органами ударно-вращательного действия. Вместе с тем, разработанные за последние годы высоко-энерговооруженные станки нового технического уровня с погружными пневмоудар-никами повышенного давления на российских горнодобывающих предприятиях не нашли достаточно широкого применения. Во многом это связано с тем, что предлагаемые фирмами производителями ориентировочные значения долговечности инструмента часто существенно разнятся с их реальными значениями при эксплуатации в производственных условиях.
Несоответствие рекомендованных и фактических значений долговечности инструмента особенно отрицательно сказывается на эффективности бурения пород повышенной крепости, в том числе при разработке месторождений полиметаллических руд. В значительной мере это связано с отсутствием научно обоснованных рекомендаций по параметрам бурения в зависимости от стойкости буровых долот применительно к разработке месторождений полиметаллических руд. Только в том случае, когда режимные параметры бурения соответствуют стойкости инструмента, можно говорить о высокопроизводительной работе буровых станков. Однако применительно к станкам ударно-вращательного действия с погружными пневмоудар-никами повышенного давления такие рекомендации отсутствуют.
Таким образом, исследование взаимосвязи режимных параметров бурения с долговечностью инструмента и эффективностью проходки скважин станками удар-
но-вращательного действия в конкретных горнотехнических условиях представляется актуальной задачей.
Целью настоящей работы является обоснование и выбор рациональных параметров бурения взрывных скважин станками ударно-вращательного действия с погружными пневмоударниками применительно к условиям разработки месторождений полиметаллических руд.
Идея работы заключается в том, что рациональное соотношение производительности бурения скважин и износостойкости инструмента при взаимодействии с забоем системы «буровой став - погружной пневмоударник - долото» определяется сочетанием режимных параметров и прочности горных пород.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Рациональное соотношение скорости бурения и стойкости бурового инструмента, определяющих эффективность ударно-вращательного бурения скважин, обеспечивается в узком диапазоне его режимных параметров, зависит от крутильных и продольных колебаний в системе «буровой став — пневмоударник — долото -забой», уровень и характер которых изменяются по глубине скважины. Требуемые соотношения достигаются определенной стратегией управления режимными параметрами, учитывающей наиболее характерные зоны устойчивого и неустойчивого бурения скважины и зону заклинивания бурового инструмента.
Закономерности формирования скорости ударно-вращательного бурения взрывных скважин и стойкости породоразрушающего инструмента при варьировании давления воздуха в пневмосистеме от 1,4 до 2,4 МПа для различных типов штыревых долот и пневмоударников повышенного давления, учитывающие влияние усилия подачи, скорости вращения бурового става и физико-механические свойства породного массива.
Эффективность ударно-вращательного бурения взрывных скважин, при которой скорость бурения и стойкость бурового инструмента достигают требуемых значении, обеспечивается при рациональном сочетании режимных параметров, определяемых в соответствии с установленной взаимосвязью скорости вращения бу-
рового става, давления воздуха в пневмоударнике и физико-механических свойств горных пород.
Обоснованность и достоверность разработанных научных положений выводов и рекомендаций подтверждается: использованием апробированных методов системного подхода к идентификации процессов бурения и построения динамических моделей поведения системы «буровой став - пневмоударник - долото - забой»; применением известных методов математической статистики и планирования эксперимента при проведении экспериментальных исследований; доверительным объемом статистических данных об износостойкости бурового инструмента при ударно-вращательном бурении взрывных скважин на действующих карьерах месторождений, разрабатываемых ОАО МНПО «Полиметалл»; удовлетворительной сходимостью (в пределах 20%) расчетных данных с результатами экспериментальных исследований.
Научное значение работы состоит в:
установление характерных закономерностей, определяющих существенную чувствительность зоны эффективного бурения к незначительным вариациям динамических свойств системы «буровой став - пневмоударник - долото - забой», которые изменяются с глубиной бурения;
научном обосновании рекомендаций по рациональным режимам бурения с прогнозируемым уровнем износостойкости бурового инструмента в конкретных горнотехнических условий;
установление взаимосвязей между режимными параметрами, скоростью ударно- вращательного бурения и стойкостью инструмента для широкого ряда долот и погружных пневмоударников повышенного давления.
Практическая ценность работы заключается в: разработке методов и средств мониторинга состояния пневматических буровых станков ударного действия; разработке методики выбора рациональных параметров бурения взрывных скважин станками ударно-вращательного действия с погружными пневмоударника-ми для конкретных условий эксплуатации.
Методы исследования: систематизация и анализ литературных источников, результатов научно-исследовательских и экспериментальных работ о режимах ударно-вращательного бурения и износостойкости бурового инструмента; экспериментально-статистический метод с использованием теории случайных функций и программного пакета MS Excel; экспериментальные исследования и наблюдения в производственных условиях эффективности эксплуатации бурового оборудования для ударно-вращательного бурения взрывных скважин на карьерах с применением статистических методов планирования экстремальных экспериментов.
Реализация работы. Результаты исследований были использованы при отработке режимов бурения и внедрении буровой техники фирмы «Ингерсолл-Рэнд» на предприятиях «Лунное», «Хаканджа», «Дукат», расположенных в Магаданском крае и входящих в ОАО МНПО «Полиметалл»; при проектировании ООО «СПб - Ги-прошахт» новых горных предприятий.
Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее положения были доложены на горнодобывающих предприятиях ОАО МНПО «Полиметалл», ОАО «Разрез Черниговский», в проектных институтах «Гипроруда» и «Гипрошахт», научно-технических советах ОАО ХК «Якутуголь», ЗАО «Могормаш», компаний «Ингерсолл-Рэнд», «Атлас-Копко», международной научно- практической конференции «ЯкутНИИПРОАлмаз» и научных семинарах ННЦ ГП - ИГД им. А. А. Ско-чинского.
Публикации, По результатам исследований опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений, содержит 126 страниц, 31 рисунок, 20 таблиц, список использованной литературы из 87 наименований.
Автор выражает признательность сотрудникам ННЦ ГП - ИГД им. А. А. Ско-чинского за предоставленные ими данные о результатах исследований предшественников и методическую помощь при подготовке работы.
Анализ параметров бурового инструмента и физических особенностей процесса их изнашивания
Выбор буровых станков по конструктивным параметрам и эксплуатационным характеристикам для конкретных горнотехнических условий эксплуатации является многофакторной задачей.
К одним из основных факторов, определяющих эффективность бурения относятся [1,9,10] крепость и абразивность разрабатываемых пород, определяющий способ бурения, тип бурового инструмента и режим бурения.
Эксплуатационно-технологические параметры буровых станков, такие как производительность, способ бурения, диаметр, глубина и наклон скважин зависят от их конструктивных параметров. К конструктивным параметрам буровых станков можно отнести их силовые, энергетические и технологические параметры — усилие подачи, частота вращения долота, крутящий момент, длина и диаметр буровых штанг, расход и давление сжатого воздуха, а также кинематическая схема, тип хода и прохода.
Наиболее ответственным элементом буровой техники, определяющим с одной стороны ее производительность, а с другой - эксплуатационные возможности, является буровой инструмент (долота, коронки, пневмоударники и т. п.). Хотя буровой инструмент по стоимости и массе по отношению к остальному буровому оборудованию составляет весьма незначительную долю, именно он осуществляет передачу ударного импульса на забой скважины и от его стойкости во многом зависит характер и стабильность технологического цикла работы буровой техники и текущие издержки процесса бурения. Поэтому вопросы повышения стойкости бурового инструмента, в том числе и за счет рационального обеспечения режимов бурения, представляются весьма важными. Дело в том, что в настоящее время стойкость долот, декларируемая для определенных горно-технических условий изготовителями, на практике не подтверждается. Причем, расхождения могут доходить до 10 раз. Такое положение говорит о том, что разработка методов прогнозирования эффективности применения породоразрушающего инструмента и выбора рациональных для конкретных условий режимов бурения, являются насущной потребностью практики. Поэтому данная диссертационная работа посвящена именно этому вопросу.
Долото является элементом сопряжения искусственной системы «буровой станок - буровой став - погружной пневмоударник - долото» с природно-технической системой «формируемый забой — свойства разрушаемого горного массива». Именно долото, в конечном счете, передает и преобразует энергетические потоки, идущие от пневмоударника, разрушающие и формирующие забой. Вследствие того, что в неуправляемой природной системе «формируемый забой - свойства разрушаемого горного массива» может быть бесконечное число вариантов, развитие ударно-вращательного способа бурения скважин привело к созданию самых разнообразных форм буровых долот. В настоящее время насчитывается более 250 основных конструкций долот и их модификаций. Большое разнообразие опытных буровых долот для погружных пневмоударников свидетельствует об отсутствии научно-обоснованных методов оценки влияния на эффективность долот особенностей взаи модействия элементов системы «буровой став - пневмоударник - долото - забой». Разработка рекомендаций по прогнозированию эффективности функционирования буровых долот в конкретных горно-геологических условиях, как правило, осуществляется на основе аналогий и эмпирических зависимостей, полученных в стендовых или модельных условиях. Вместе с тем, учитывая, что долото является быстро изнашиваемым инструментом, правильный подбор долота и его рациональное использование в соответствующих горнотехнических условиях позволяет обеспечивать необходимую производительность при бурении скважин и минимизацию эксплуатационных затрат.
Из всех конструктивных форм долот в практике бурения с погруженными пневмоударниками в настоящее время получили небольшое распространение штыревые долота, армированные твердосплавными вставками.
Так долота, выпускаемые компанией «Ингерсолл-Рэнд», предназначены для бурения мягких, средних, твердых и крепких пород. В зависимости от твердости пород изменяется геометрическая форма долот и твердосплавных вставок. Ниже дана характеристика основных из этих долот.
Долота с выпуклой поверхностью, армированные твердосплавными вставками конической формы (рис. 1.1,а). Данный тип долот предназначен для бурения мягких и твердых пород, у которых предел прочности на сжатие составляет менее 100 МПа. Кроме того, материал должен быть плотным, однородным и низкой абразив-ности (например, мягкий известняк, глинистая порода, мягкая сланцевая порода). Данный тип долот имеет обозначение V.
Долота с выпуклой поверхностью, армированные твердосплавными вставками сферической формы (рис. 1.1,б). Данный тип долот предназначен для бурения твердых пород с крепкими включениями, у которых предел прочности на сжатие составляет 100-170 МПа. Кроме того, материал должен быть плотным, однородным со сравнительно небольшой абразивностью (например, твердый известняк, песчаник, диорит, кристаллический сланец, мрамор).
Исследование взаимосвязи эффективности функционирования бурового оборудования и стойкости инструмента
Долота подвергаются сложному и неравномерному нагружению, связанному с одновременным действием статических, динамических, термических, а иногда, гидродинамических нагрузок, специфика которых связана, как с конструктивными особенностями долота, так и с состоянием, геометрией, физическими свойствами забоя и выкалываемых из него частиц, а также с цикличностью и кратковременностью контакта долота с забоем.
На производительность (скорость подвигания забоя) бурения влияют большинство факторов, связанных с износом долота. В то же время она зависит от механических свойств разрушаемых горных пород и, особенно от их динамической прочности. Вместе с тем, независимо от динамической прочности, разрушение породы от ударной нагрузки носит объемный, усталостный и поверхностный характер. Наибольший практический интерес представляет объемное разрушение породы. Только при нем достигаются максимальные для данной крепости породы механическая скорость и стойкость инструмента, а также минимальные энергетические затраты на единицу объема разрушенной породы при бурении. Вместе с тем при разрушении породы под действием переменной ударной нагрузки важное значение имеет усталостный характер разупрочнения забоя. При разрушении верхних слоев породы разупрочняются и нижние ее слои за счет накопления в них усталостных повреждений. Поэтому для их разрушения уже требуется меньшая энергия, чем для разрушения верхнего слоя [18,32]. Хотя формирующаяся при ударном взаимодействии инструмента с забоем зона предразрушения по глубине развития на передаче превосходит глубину воронки выкола, однако она в то же время является помехой для свободного развития трещин в массиве. Это вызвано тем, что развивающиеся в массиве трещины не могут пересекаться, так как при выходе вершины последующей трещины, на поверхность ранее возникшей, ликвидируется концентратор напряжения [20].
Для каждой из разновидностей породообразующих минералов характерен свой механизм формирования зоны предразрушения, определяемый особенностями кристаллического строения минерала и структурной спецификой породы. Зона предразрушения тем глубже и шире, чем больше усилия, направленные по нормали к груди забоя. Однако при ударном взаимодействии, вследствие далеко не идеальной формы породоразрушающего элемента и сложности и неоднозначности рельефа и поверхности забоя, соотношения нормальной и тангенциальной силовых составляющих существенно меняется от удара к удару, что вызывает существенные вариации объема зоны предварительного разрушения. Кроме того, на величину этого объема существенно влияет количество и расположение относительно друг друга на поверхности долота породоразрушающих элементов, а также особенности формирования углового участка скважины (забоя).
Одновременное взаимодействие с забоем нескольких породоразрушающих элементов приводит к тому, что области напряженного состояния массива под ними взаимодействуют друг с другом. Вследствие этого характер указанного взаимодействия определяет особенности распределения усилий между породоразрушающими элементами (центр и периферия забоя), формирование зоны разрушения, области предварительного разрушения и эффективности ее удаления. Угловой участок забоя скважины является областью, энергоемкость разрушения которого максимальна. Специфика разрушения угловой зоны характеризуется развитием двух трещин конусной, уходящей в массив за пределы цилиндрической поверхности, являющейся «продолжением» стенки скважины и вертикальной, расположенной в плоскости симметрии породоразрушающего элемента. Таким образом, энергия, расходуемая на создание конусной трещины, тратится нерационально, а энергоемкость разрушения углового участка резко возрастает. Кроме того частицы породы в угловой зоне связаны с массивом по двум плоскостям и требуют для отделения дополнительных энергозатрат.
Указанные выше особенности подтверждаются практикой ударно-вращательного бурения. Например, на рисунке 2.3 показаны основные дефекты долот фирмы «Ингерсолл-Рэнд» после их эксплуатации на месторождении «Хаканд-жа» (Охотская горно-геологическая компания). а) б) Характерные причины выбраковки бурового инструмента: а -ускоренный местный износ твердосплавных вставок по внешней окружности долота; б трещины и местные разрушения твердосплавных вставок по внешней окружности долота; в ускоренный износ корпуса долота вследствие абразивного выноса металла породой, приводящий к выламыванию твердосплавных вставок.
Из рисунка следует, что ускоренный износ тела долота, местное истирание твердосплавных вставок, трещины и выкрашивания их поверхности преимущественно наблюдаются по внешней окружности долота.
Исследование взаимосвязи эффективности функционирования бурового оборудования и стойкости инструмента
Долото, разрушая горную породу в процессе бурения, изнашивается в результате чего на твердосплавных вставках образуются площадки затупления, величина которых определяет целесообразность продолжения работы (скорость бурения с увеличением затупления резко падает). Закономерности изнашивания долота в конкретных условиях определяются режимами бурения. Стойкость инструмента при ударно-вращательном бурении является фактором, ограничивающим область применения этого способа бурения, так как технические характеристики бурового оборудования могут обеспечить практически любые нагрузки. Как было показано выше, скорость бурения и стойкость долот определяются комплексами одновременно действующих факторов. При этом состав и относительная значимость отдельных составляющих этих комплексов может существенно меняться в зависимости от включения этого комплекса в решение конкретной задачи. Например, комплекс «частота вращения - энергия удара - наличие продуктов разрушения на поверхности забоя» влияют на производительность и стойкость долота совершенно по-разному и для обеспечения эффективности бурения количественные значения составляющих могут быть определены только на основе компромисса.
Вследствие большого количества факторов, их нестационарности, размытости или неопределенности функциональных взаимосвязей, которые определяют износ долот, указанный компромисс может быть найден для конкретных условий с требуемой для практики точностью только экспериментально. Эти эмпирические зависимости в большинстве случаев в детерминированной или статистической форме [40,55] сводят вопрос о стойкости бурового инструмента к параметрической модели «прочность - нагрузка», на основании которой выбираются эксплуатационные режимы бурения и запасы прочности, обеспечивающие для конкретных условий применения заданную надежность долота (безотказность работы).
Исходными данными при расчетах безотказности является [58]: плотности вероятности распределения прочности долота / (S) и действующей на него нагрузки f(s)t где S и s — векторы параметров, характеризующих прочность и нагрузку соответственно. При этом под нагрузкой понимают любые факторы, влияющие на эффективность действия долота.
Горно-геологические условия проведения экспериментальных исследований
Согласно действующей схеме инженерно-геологического районирования район месторождения, являющегося объектом исследовании, расположен в пределах Охотско-Анадырского инженерно-геологического региона, в области расчленения эррозионно-денутационных гор и лавовых плоскогорий Охотско-Чукотского вулканогенного пояса. Месторождение находится в области среднегорья, рельеф резко расчлененный, превышение водоразделов над нижней частью склонов достигает 200-400м. Крутизна склонов 10-35 градусов. Они часто задернованы, образование обвалов и лавин не наблюдалось.
В пределах месторождения широко развиты осадочные отложения галимов-ской свиты, интрузивные и вулканические образования быстринского, каховского и шороховского комплексов, эффузивно-пирокластические образования кэнской серии (шороховская и каховская свиты). Осадочные породы характеризуются как прочные и очень прочные - плотность 2.7-3.26 г/смл Инженерно-геологические условия месторождения изучены на стадии поисково-оценочных работ и основаны на небольшом количестве исследований.
В процессе разведочных работ из пройденных канав и подземных горных выработок были отобраны образцы вмещающих пород и выполнены определения их физико-механических свойств. Было установлено, что породы представлены от среднепрочных до прочных, слабовыветрелые, морозостойкие. Временное сопротивление сжатию находится в пределах 68-185,6 МПа, абразивность пород - 20-25 мг (IV класс абразивности по Л. И. Барону и А.В. Кузнецову). Плотность пород составляла 2,7- 3,26 г/см3. Влажность вмещающих пород не превышает сотых долей единицы при пористости 2,5- 2, 6%.
Тектонические нарушения в массиве вмещающих пород расположены субпараллельно рудному телу. Углы падения в среднем составляют 65 градусов. По простиранию они ориентированы к нормали к бортам карьера. Модуль трещиноватости составляет 5-Ю.
Перечисленные выше данные дают общее представление о массиве горных пород. Для выполнения геомеханических расчетов не хватает характеристики сопротивления породы сдвигу (сцепление - С и угол внутреннего трения - ф). Эти показатели необходимо определить на стадии рабочего проектирования. На данной стадии прочностные характеристики взяты по табличным данным по аналогии.
Для оценки показателя сцепления в образце можно использовать косвенный метод, основанный на взаимосвязи между сцеплением и временным сопротивлением сжатию [8] C0=crC0lc/2xtg45o- p/2, (3.8) где: Со - сцепление в образце; q - угол внутреннего трения. Угол внутреннего трения принят равным 37. При этом среднее сцепление получилось равным 24.9 МПа. Таблица 3.2 - Минеральный состав руд кварц - карбонатного типа
В таблицах 3.2 и 3.3 приведены данные о минеральном составе и физико-механических свойствах руд месторождения. Специальные исследования физико-механических свойств руды и вмещающих пород проводились с ограниченным количеством проб и их результаты дополняются некоторыми данными, собранными из различных источников [4,9,21].
Пневмоударники, выпускаемые в настоящее время подразделением «Дрилинг Солюшинс» компании «Ингерсолл-Рэнд», подразделяются на бесклапанные серии DHD и SF, клапанные серии QL и пневмоударники последней разработки серии TD. На месторождении «Хаканджа», где проводились исследования, применяются бесклапанные пневмоударники DHD360, которые предназначены для бурения скважин диаметром 152-172 мм, но позволяют также бурить и скважины диаметром до 216 мм. Пневмоударники серий QL и ТО позволяют наиболее эффективно использовать энергию сжатого воздуха и поэтому более производительны по сравнению с бесклапанными пневмоударниками серии DHD и SF.
Основные характеристики пневмоударников для бурения скважин диаметром от 105 до 172 мм в условиях месторождения «Хаканджа» приведены в таблице 3.4
Экономическая эффективность внедрения результатов исследования в практику применения буровых станков нового поколения
Определение экономической эффективности разработанных в рамках настоящей диссертационной работы рекомендаций по выбору рациональных параметров бурения горных пород, направленных на уменьшение интенсивности изнашивания бурового инструмента, осуществлялось по данным эксплуатации буровых станков DM-45 и СБШ -250 на месторождениях «Хаканджа», «Лунное» и «Дукат». При этом рассмотрим применение станков с двумя типами пневмоударников QL-360 и QL-60.
Период подконтрольной эксплуатации длился с февраля 2002 г. по июнь 2003 г. При этом фиксировались длина пробуренных скважин, фактическое время работы и время простоев. Лучшие показатели по технической производительности были достигнуты на месторождении «Лунное». Скорость бурения в отдельные месяцы достигала там до 12000 пог. м/мес. На месторождениях «Хаканджа» и «Дукат» скорость бурения составляла до 7000 и 6000 пог.м/мес. Наработки на отказ инструмента распределялись аналогичным образом — максимальные на месторождении «Лунное», минимальные на месторождении «Дукат». Простои из-за отказов инструментов были максимальными на месторождении «Дукат», а минимальные - на месторождении «Лунное».
Обращает на себя внимание тот факт, что среднемесячная скорость бурения выше всего (до 35 м/ч) достигалась на месторождении «Лунное». Скорость бурения на месторождении «Дукат» и месторождении «Хаканджа» находилась на одном уровне — до 15 м/ч. Различие в скорости бурения, а значит и производительности станка в 2 раза, связано с влиянием на них физико-механических свойств горных пород.
Сопоставление полученных данных показывает, что на месторождении «Лунное» до внедрения рекомендаций автора затраты на буровой инструмент составили 2,73 USD/nor. м (пневмоударник 1,12 USD/пог.м и долото 1,61 USD/пог.м) Внедрение рациональных режимов бурения позволило снизить затраты до уровня 0,81 USD/пог.м т.е. в 3,4 раза. При этом затраты на пневмоударник уменьшились в 2 раза, а на долото в 6,4 раза.
Как и следовало ожидать, затраты на бурение на месторождении «Хаканджа» на 25% выше по сравнению с месторождением «Лунное». В тоже время, снижение затрат на этом месторождении после внедрения рекомендаций по рациональным режимам бурения составило 3,6 раза. Это обстоятельство подчеркивает целесообразность внедрения рациональных режимов бурения.
Затраты на буровой инструмент на месторождении «Дукат» превысили затраты на месторождения «Лунное» на 75%. В тоже время, внедрение рекомендаций по рациональным режимам бурения позволило снизить затраты на месторождении «Дукат» на инструмент в 5,6 раза.
Из этого сравнения напрашивается важный вывод: - чем сложнее горнотехническая обстановка и более прочные породы, тем важнее подбор буровых инструментов и рациональных режимов бурения.
Номинальные потоки при расчете срока окупаемости необходимо дисконтировать. Поэтому период окупаемости удобнее определить из рис. 4.2.Срок окупаемости согласно данным на рис. 4.2 в пределах 2,0 лет. Данные расчеты позволяют сделать вывод об эффективности инвестиций в проект, предусматривающий замену шарошечных буровых станков на станки ударно-вращательного принципа действия.
Доверительный объем экспериментальных исследований, которые были выполнены в натуральных условиях, позволяет с помощью предложенной номограммы определять рекомендуемые параметры бурения: частоту вращения инструмента, давление воздуха и нагрузку на долото. При этом стойкость бурового инструмента (пневмоударника и долота во) взаимосвязи со скоростью бурения (производительностью станка) для конкретной прочности горных пород (в рассматриваемом примере Gcw =132 МПа или 11 класс крепости по М.М. Протодьяконову) являются показателями эффективности бурения.
В таблице 4.2. приведены сравнительные данные фактической стойкости долот при бурении скважин с рекомендованными режимными параметрами и существовавших ранее на практике. Прочность пород на одноосное сжатие во всех случаях была примерно равной и составляла в среднем 132 МПа.
