Введение к работе
Актуальность. Одним из основных технологических процессов открытой добычи полезного ископаемого в настоящее время продолжает оставаться бурение взрывных скважин самоходными буровыми станками. Наибольшее распространение в мире на открытых работах получил шарошечный способ бурения. На горных предприятиях стран СНГ наиболее широко используются шарошечные буровые станки СБШ - 250.
Несмотря на значительный опыт производства и эксплуатации машин данного типоразмера, отечественные станки отстают от мирового уровня развития буровой техники. Главным преимуществом отечественных станков остается их относительно невысокая стоимость в сравнении с зарубежными аналогами. Поэтому большой интерес представляет разработка технических средств, позволяющих повысить производительность отечественных станков шарошечного бурения при сохранении стойкости породоразрушающего инструмента и снижении вибрации бурового става.
Известны различные способы повышения производительности станков шарошечного брения: использование комбинированного породоразрушающего инструмента; новых высокотехнологичных шарошечных долот; применение магнитострикционных генераторов, устанавливаемых над шарошечным долотом, и другие.
Среди технических средств, снижающих вибрацию бурового става, наибольший интерес представляют пневмогидравлические амортизаторы, устанавливаемые между опорным блоком и первой штангой станка СБШ.
Интенсификация процесса шарошечного бурения возможна так же путем наложения дополнительной ударной нагрузки на долото с помощью надцолотного пневмоударника. При этом существует необходимость проведения исследований вибрационных характеристик и выбора режимов работы станка для конкретных горногеологических условий, при которых возможно увеличение механической скорости бурения без снижения стойкости долота.
Повышение скорости бурения станком СБШ - 250 путем использования наддолотных пневмоударников, позволит снизить себестоимость бурения, а следовательно, и необходимость покупки и использования дорогостоящей импортной техники.
, і ""«ass?»! 3 -^1
Целью работы является обоснование значений параметров ударной системы и вибрационных режимов бурового става станка шарошечного бурения с наддолотным ударником для выбора рационального режима его работы в условиях ОАО «Апатит».
Идея работы: повышение скорости бурения скважин станком шарошечного бурения путем использования дополнительной динамической нагрузки на долото.
Основные задачи исследований:
-
Разработка механико-математической модели продольных колебаний бурового става станка шарошечного бурения (типа СБШ).
-
Проведение экспериментальных исследований совместного влияния осевой нагрузки, частоты вращения долота и дополнительной ударной нагрузки, на механическую скорость бурения скважины станком СБШ - 250 МНА32 и стойкость долота.
-
Экспериментальные исследования вибрации базового станка СБШ-250 МНА32 и станка с дополнительным наддолотным ударником.
-
Разработка рекомендаций по совершенствованию конструкций наддолотных ударников для станка СБШ и обоснований выбора режимов их работы.
Методы исследований
При решении поставленных задач использовался комплексный метод исследований, включающий:
- математическое моделирование колебательных процессов
бурового става;
- теоретические и экспериментальные исследования влияния
основных режимных параметров на механическую скорость буре
ния;
- экспериментальные исследования вибрационных режимов работы бурового става станка шарошечного бурения;
- компьютерную обработку и анализ результатов теоретиче
ских и экспериментальных исследований.
Защищаемые научные положения 1. Колебательная система бурового става дискретно изменяемой длины при взаимодействии шарошечного долота с забоем скважины представлена механико-математической моделью с распределенными параметрами, обеспечивающей определение частоты собственных продольных колебаний системы в функции ее демпфи-
рующих свойств, глубины скважины и геометрических характеристик става станка шарошечного бурения с пневмогидравлическим амортизатором.
2. Механическая скорость бурения скважин в породах средней крепости станком шарошечного бурения с надцолотным ударником прямо пропорциональна величине осевой нагрузки, частотам вращения долота и дополнительной ударной нагрузки и описывается нелинейным уравнением с постоянными коэффициентами, применимым при изменении значений технологических параметров в интервалах, рекомендуемых при бурении скважин в породах рассматриваемой крепости.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, разработанных в диссертации, подтверждается использованием апробированных математических методов, фундаментальных положений по динамике машин, удовлетворительной сходимостью результатов аналитических исследований и экспериментальных исследований в условиях Кировского и Восточного рудников ОАО «Апатит».
Научная новизна диссертационной работы заключается:
в установлении зависимости механической скорости бурения скважины станком шарошечного бурения с надцолотным ударником от основных режимных параметров и частоты нанесения ударов по долоту при работе по апатито-нефелиновым рудам;
в установлении зависимости резонансных частот колебаний бурового става от демпфирующих параметров колебательной системы, глубины бурения и геометрических характеристик става.
Практическая ценность:
разработана методика испытания в производственных условиях модернизированных станков шарошечного бурения, определения их основных эксплуатационных параметров и выбора рациональных режимов их работы;
даны рекомендации по модернизации конструкций наддо-лотных пневмоударников для станков шарошечного бурения;
разработан комплект прикладных программ для построения спектральных характеристик вибрационных режимов бурового става станка шарошечного бурения по экспериментальным данным, полученным с использованием виброизмерительной аппаратуры SVAN.
Реализация результатов работы
Рекомендации по совершенствованию конструкций и режимов работы бурового оборудования для повышения скорости бурения и стойкости породоразрушающего инструмента приняты к использованию ООО «ОМЗ - Горное оборудование и технологии».
Опытный образец модернизированного наддолотного пнев-моударника используется при бурении взрывных скважин станком СБШ 250 МНА-32 в ОАО «Апатит».
Личный вклад автора:
разработка методики и проведение экспериментов с целью получения регрессионной модели, описывающей зависимость механической скорости бурения скважин станком СБШ-250 МНА32 с наддолотным ударником от величины осевой нагрузки, частоты вращения долота и дополнительной ударной нагрузки;
разработка механико-математических моделей, описывающих виброустойчивость и процесс продольных колебаний бурового става станка шарошечного бурения;
разработка методики и проведение рудничных испытаний с целью измерения и последующего анализа параметров вибрации на станке СБШ-250 МНА32 с наддолотным ударником и без него.
Апробация работы
Результаты работы обсуждались на семинаре в ОАО «ЦГМ «Ижорские заводы» (2002); на Международном семинаре «Ударные, вибрационные машины», Орел, ОрелГТУ, (21-22.10 03); на кафедре "Горные машины и оборудование" МГГУ на конференции «Неделя горняка» 28.01.04; межкафедральных семинарах ГЭМФ СПГГИ (2002,2003,2004).
Публикации
Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 5 статьях и тезисах докладов, по теме диссертации получены 2 патента РФ.
Структура и объем работы
