Введение к работе
Актуальность работа» Вазсноо значение в наращивании экономического потенциала Российской Федерации отводится увеличению объемов добычи золота и алмазов за счет развития и освоения природных богатств в северо-восточных районах страны. Наиболее эффективным является открытый способ разработки месторождений золота п алмазов на основе широкого внедрения прогрессивной технологии и использования высокопроизводительной горно-транспортной техники. Интенсификация отработки мостородцений при постоянно растущих объёмах вскрышных работ требует постоянного совершенствования исполнительных органов станков шарошечного бурения, которые являются основным видом бурового оборудования. Трудоёмкость буровых работ увеличивается при проходке взрывных скважин в слокноструктурнш многолетнемерз-лых породах.
Всіфшпшв порода алмазорудных и россыпных месторождений Якутии и Северо-Востока страны отличаются весьма специфическими особенностями, которые исключают возможность механического перенесения опыта шарошечного бурения из других регионов и предопределяют сравнительно низкие технико-экономические показатели работы станков. Эти особенности вытекают из большой неоднородности пород и перемещения их по крепости, наличия песчано-илисто-глиниотых отлояёиий повышенной влажности и многолетней мерзлоты. Неоднородность пород связана с наличием гравийно-галечного материала и валунов п обусловливает возникновение резки: динамических нагрузок на инструмент. Перемещение пород с различными физикс-механическимп' свойствами затрудняет выбор бурового инструмента и снижает эффективность его применения. Наличие песчано-илисто-глинистых отлозений повышенной влажности и шоголетней мерзлоты обусловливают возникновение частых нарушений режима очистки скважин.
Реализация технических возможностей станка при бурении скванян в подобных условиях зависит от правильного выбора параметров и совершенства его исполнительного органа и технологии бурения, Ислйй-нительннй орган станка включает в себя долото и буровой стаз ''&"тф'с-дувочншл агентом - сжатым воздухом. Совершенствование испатсптв;{5~ них-органов станков является важной задачей повышения ЗіМФКта&їісс-ти буроиия скважин в многолетнемерзлнх породах.
Технология бурения скважин представляет собой совокупное?!-процессом и оч^рпцч'і, совершаемых при бурении. Он,ч отркг.пст рогля-
задаю в конкретных условиях процессов разрушения порода на забое-сквагшш и транспортирования продуктов разрушения при соответствуй щеы сочетании свойств массива, конструктивных параметров исполните Лін or о органа и реаашшх параметров работы» Требования к технология бурения скважин вытекают из специфических особенностей место-роздекий. Совершенствование технологии бурения в сложно-структур-гшх ыноголетнемерзлых породах является ванной задачей повышения эй фективности проходки взрывных сквакин.
Процесс бурения состоит из двух взаимосвязанных и завЕсимых операнда - разруиення порода на забое скважины и удаления продуктов разрушения из забоя и сквелин. Зти операции выполняются доло-хш п пневмотранспортной системой станка. Пневмотранспортііая систс ш стенка представляет собой сочетание исполнительного органа с 3 боем и стенкамс скважины. Сна характеризуется параметрами воздушне го потока, долота и затрубного пространства, которые являются взш: козависимымн. Бурение будет протекать успешно только при условии достижения соответствия между интенсивностью образования и удалеш: буровой мелочи, т.е. соответствия параметров долота,и пневмотранспортной системы условиям бурения.
Поставляемые в настоящее время на алмазорудные к россыпные месторождения шарошечные долота зачастую не соответствуют условиям бурения, а пяевмотранспортная система станка не удовлетворяет требованиям качественной очистки забоя скважины от продуктов разрушения. Это обусловило постановку актуальной научной задачи по совер-пеиствоваяав исполнительных органов станков и технологии бурения взрывных скважин в многолетнемерзлых породах.
Исследования по данной теме соответствуют целевоГ.комплексной научно-технической программе развития- горнодобывающих отраслей в восточных и северных районах Российской Федерации и выполнялиоь пс планаа научно-исследовательских работ Иркутского государственного технического университета. Они были включены в отраслевой план бывшего "Союззолото", программу "Север", в координационный план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области породеразрушающего бурового инструмента БЛИИБТ. В 1994-95 гг. вошли в план НИР конкурса, грантов по фундаментальным исследованиям в области горных наук 2І-Г/94.
11ел;>ю роботы начнется совершенствование исполнительных cypvav станков и разработка новой технологии бурения для повышения oii'>i;. зжваосги проходки взрывных скваган в чноголотнеморзлых порода;-:.
Й5йЛ2йй22й - приведение параметров бурового инструмента и зистема очистки в соответствие со свойствами пород п продуктов разрушения при условии обеспечения стабилизации температурного решпла з призабойной зоне скванины.
Основные научные полояения. выносимые гта зашиту
-
При иняенерных расчетах затраты энергии на физические 8<Ъ-|>екты и упругие деформации мояно не выделять а считать, что вся энергия при бурении расхочется на образоваїше новых поверхностей и на преодоление сил трения, При этом количество тепла, поглощенного буровой мелочью, соответствует затратам модности на образование новых поверхностей, а количество тепла, поглош.аемого буровым инструментом - затратам мощности на преодоление трения. Эффектом теплообмена мецду долотегл и буровой мелочью мозно пренебречь.
-
В многолетнемерзлых породах стабилизация рэккма очистки призабойной зоны от продуктов разрушения достигается при нейтрализации образующейся при бурении теплоты охлавдеігаш продувочный агентом. Установлено, что применение батарейных и радиаторных охладителей обеспечивает при температуре атмосферного воздуха гшг/с 18-8-42 снижение температуры на выходе-из долота до минус &5-30С. При атом скорость бурения увеличивается в 1,5 раза.
-
Снижение затрат энергия ка трение и нагрев инструмента при бурения шаропечнкки долотами достигается за счет продувки и принудительной-; сказки спор шарошек. Принудительная воздуаио-маачяная смазка опор обеспечивает возможность уменьшения теплоты, выделяемой в призабоїшой зоне, до 30 и снижения температуры лап паронюк в среднем на 30С.
'4. Переход зз соответствующих условиях на менее энергоёмкие способы разрушения породы на забое обеспечивает снияешіе колгчест-ва выделяемого в призабойной зоне тепла как за счет снакекшг затрат мощности на разрушение, ток и за счет увеличения скорости бурения. При замене шарошечных долот релсущшяі количество выдаадемо— го тепла скитается в 2,2-8,8 раза, а кшбиннрованкнш реиущо-щврэ-шечнкми - в 1,5-2,5 раза. При бурении кнетолетнемерзлых пород !?"$' способствует стабилизации температурного реяпма л призебойяей ро- ' не енвагкшы.
Обоснованность и достоверность научных полатаний. BStio.noR ^. рекомендаций. Научные положения, выводы и рекомендации o^oc;iotw.t:-nr сочетанием теоретических и лабораторных исследований с прс?лт!ле',1-:ц мл испытаниями натурных образцов исполшггольннч- оргпноп и oxmw~!^-
щпх устройств, сопоставимостью результатов расчетов и эксперзментоз
Достоверность выводов подтверждается сходимостью теоретических расчетов с экспериментальными результатами, большим объёмом экспериментальной проверки. Отклонения .расчетных данных от экспериментальных не превышает 8-16,65?. Высокая эффективность разработанных исполнительннх органов г. охлаждающих устройств подтверждает правильность пргаятнх теоретических предпосылок выбора их парадатро Научная новизна работы:
установлена возможность независимой оценки поглощения энергии при разрушении породы на забое скважины буровой мелочью и долотом без учета теплообмена меяду кист;
доказана возможность стабилизации тешературного реккма в призабоякой золе за счет теплообмена продувочного агента о атмосферным воздухом;
установлена качественная к количественная зависимость температурного режима в призабойной зоне от способа разрушения породы на забое скважины.
Практическая ценность работы заключается в разработке:
инженерной методики технологии бурения скваиик в многолетне-мерзлых породах и выбора параметров режущих п реяуще-шарошечных долот;
устройств для охлаждения продувочного воздуха;
систем автоматической смазки опор шарошечных долот.
Реализация результатов работы. Разработанная инженерная методика технологии бурения скважин утверждена АК "Алмазы России-Саха" и принята для практического использования. Новая технология бурения скваетн внедрена на карьере "Юбилейный".
Созданные конструкции резущих долот с продувкой, комбинирован--них ревуще-шарошечных долот и системы автоматической смазки опор шарошечных долот прошли широкую промышленную проверку на карьерах АРІ "Алмазы России-Саха" и внедрены на карьерах "Мир" и "Юбилейный".
Фактическая экономическая эффективность от внедрения новой технологии бурения с использоваїшем режущих долот и устройств для охлаждения продувочного воздуха на карьере "Юбилейный" за І99І-І993 it. составила - 245,6 млк.руб.
/тгробация т.іабоун. Основные полонення и результаты работы док-лгднва-лісь: на научно-технических конференциях ИрИУ, Всесоюзной нзучне-технпчесг.ой конференции по комплексной механизации буровзрыг нкх рас от (г.Красноярск, 1084 г.); Всесоюзном совещашш по научно-тгхпич' i'-vl-.vj прогрессу в области буровзрывных работ (г.Челябинск,
-
г.); IX Всесоюзной научной конференции при 'ЛГИ по комплексному исследованию физических свойств горних пород и процессов (г.Москва,
-
г.); региональной конференции по повышению эффективности разработки местороздений полезных ископаемых Восточной Сибири (г.Иркутск, 1988 г.); Всесоюзном семинаре при ИГДС по ресурсосберегающим технологиям при открытой отработке полезных ископаемых Севера (г.Якутск, 1988 г.); Всесоюзной конференции по горнодобывающим комплексам Сибири (г.Улан-Удэ, 1990 г.); Медуг/народной межвузовской научно-практической конференции при МГИ по совершенствованию конструкции, технологии изготовления и эксплуатации горного оборудования (г.Москва, 1992 г.); первой Международной научно-технической конференции по перспективам развития горнодобывающей промышленности (г.Мевдуреченск, 1994 г.); второй Международной научно-практической конференции по перспективам развития горнодобывающей промышленности (г.Новокузнецк, 1995 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ,' в том числе два авторских свидетельства.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографии (145-наименований), 2 приложений. Текстовая часть дпсрертации изложена на 268 страницах машинописного текста и содержит 37 рисунков-и 42 таблицы.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору, доктору технических наук Перетолчину В.А. и сотрудникам -кафедры горных машин и рудничного транспорта Иркутского государственного технического университета за творческое сотрудничество и всестороннюю помощь в разработке породоразрушающих инструментов,, охлайдащих устройств, проведении экспериментов и внедрении результатов исследований.
