Введение к работе
Актуальность работы. Бурение скважин на карьерах является од-й из основных и трудоемких операций. Расходы на бурение в себе-оимости продукции горных предприятий составляют 30$, а объемы рения ежегодно увеличиваются и достигают в настоящее время 'млн.м. Это предопределяет большую народнохозяйственную эначи-сть совершенствования техники и технологии бурения скважин.
Характерной особенностью угольных и в значительной степени дных месторождений является наличие в покрывающих породах оса-чных отложений, коэффициент крепости которых в основной массе
превышает 7 по шкале М.М.Пггатодьяконова. Так, объем обуривае-х пород ниже средней крепости в основных горнодобывающих отелях составляет 23-30$, а в угольной промышленности - 78-87$. таких условиях наиболее перспективным является вращательный особ бурения режущим буровым инструментом. При бурении рзжущигл струментом разрушение породы происходит, в основном, за счет
скалывания, которое отличается низкой энергоемкостью по сравнив с другими видами разрушения.
Развитие вращательного бурения сдерживается из-за отоутст-я режущего инструмента, работающего в сочетании с продувкой важин воздухом. Пока все ограничивается отдельными эксперимен-льними исследованиями и опытным бурением. Ранее режущий буро-й инструмент применялся только в сочетании с шнековой очисткой, горая ограничивала возможности режущего инструмента по диамет-
и глубине' буримых, скважин. В связи с ограниченными возможностей применяемых в настоящее время станков вращательного буре-я со шнековой выдачей карьеры вынуждены использовать шарошеч-е станки и при бурении по породам с коэффициентом крепости ме-в 7 по шкале М.М.Протодьяконова. Однако в подобных условиях рошечнне долота оказываются малоэффективными из-за низкой их эйкости и невысокой скорости бурения. Наличие на многих карье-к осложняющих факторов, таких, как многолетняя и сезонная мерз-га, высокая влажность пород, присутствие вязких глшосодерка-ї включений, значительно снижает эффективность процесса буре-ч шарошечными долотами.
Улучшение технико-экономических показателей работы шарошеч-к станков может быть достигнута за счет применения на них ре-цего бурового инструмента, работающего в сочетании с продувкой зажин воздухом. Поэтому выбор параметров, разработка коиструк-
ций и исследование работы режущего инструмента с продувкой для бурения скважин на карьерах является актуальной научной задаче:
Исследования по данной работе соответствуют целевой комплексной научно-технической программе развития горнодобывающей отрасли в восточных и северных районах Российской Федерации и выполнялись по планам научно-исследовательских работ Иркутског государственного технического университета.
Целью работы является интенсификация процесса бурения скв еин на карьерах в породах ниже средней крепости за счет выбора рациональных параметров и создания конструкций режущего инстру мента, работающего в сочетании с продувкой скважин воздухом.
Идея работы заключается в приведении в соответствие парам ров долота - условиям бурения по критерию минимальной энергоем кости процесса разрушения, а параметров воздушного потока - ин тенсивности образования и гранулометрическому составу продукто разрушения по критерию равенства энергий потока и транспортире вания.
Основные научные положения, защищаемые в диссертации.
-
Критерием совершенства принятого способа разрушения по роды на забое скважины может служить гранулометрический состав буровой мелочи. Энергоемкость процесса разрушения пропорционал на коэффициенту крепости / и удельной вновь образованной поверхности S При этом коэффициент пропорциональности We зав сит от параметров инструмента и для режущих долот типа РД с ос рыми резцами составляет 2«10 кВт.ч/м2.
-
Своевременная очистка призабойной зоны от продуктов ре рушения является обязательным условием успешного бурения, a dj ровая мелочь, как объект транспортирования, влияет на парамещ долота. Для повышения эффективности очистки диаметр продувочнс го канала долота должен приниматься из условия равенства криті ческого расхода воздуха Гир и производительности компрессора
Гк , а ширина продувочных окон, при определенной их площади максимально допустимой по условиям прочности корпуса.
3. При бурении режущим инструментом снижение энергоемкосч
процесса достигается при уравновешивании сил и моментов относ*
тел^но оси долота, рациональном взаимном расположении резцов і
соответствующем развороте их вокруг своих осей. Рациональное
превышение каждого последующего резца над предыдущим зависит с
величины подачи Н, угла опережения f и определяется зависшие
ьи Крр0,59H/7i . Каздый резец, в завіїсшлости от радиу-
. его вращения R , длины режущей кромки L и ее вылета/> янен быть повернут вокруг своей оси на угол
А*> агс со5((/-0,5и/яJ'.
4. Замена шарошечных долот режущими с продувкой типа РД при рении по кимберлитам обеспечивает значительное снижение влился техногенного фактора на разрушаемость кристаллов алмазов; їличество неразрушенных кристаллов в выбуренном объеме увеля-гаается в среднем в 1,4 раза.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов рекомендаций.
Научные положения, выводы и рекомендации обоснованы доста-)чным объемом теоретических, лабораторных и производственных іследований, применением апробированных методов математическо-) анализа, планирования, математической статистики, использо-тием ЭВМ, сопоставлением результатов расчетов и экспериментов.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается эроией сходимостью результатов теоретических и експериментальне исследований. Расхождения расчетных и экспериментальных данах не превышают 18,6. Высокая эффективность и широкое примене-ае разработанного,режущего бурового инструмента с продувкой эдтварждают правильность основных выводов, теоретических и эк-периментальных исследований.
Научная новизна работы.
-
Исследовано влияние параметров режущего долота на эффек-ив'ность разрушения породы.' Установлено, что при рациональном ревышении резцов друг над другом обеспечивается снижение внер-оемкости процесса в среднем на ZQ%.
-
Установлено влияние режима очистки призабойной зоны от родуктов разрушения на параметры долота и получены зависимости ля определения его аэродинамических характеристик.
-
Установлены качественная и количественная зависимости азрушаемости кристаллов алмазов от типа и параметров бурового нструмента. Разрушаемость кристаллов снижается при уменшений х размеров, а переход на режущие долота обеспечивает увеличено сохранности кристаллов - количество неразрушенных кристал-юв в выбуренном объеме увеличивается в среднем в 1,4 раза.
Практическая ценность работы заключается п разработке: - инженерной методики гшборп нарамотрон режущих долог о :родувкой;
- конструкцій! режущих долот с продувкой диаметром 215,9 м 244,5 ж и 269,9 мм.
Реализация результатов работы
Разработанная инженерная методика выб^а параметров режущ долот с продувкой утверждена и принята для практического испол зования при изготовлении долот на РРЗ ПО "Востсибуголь". Она и пользуется также в учебной процессе ИрГТУ и Межрегионального центра повышения квалификации.
Созданные конструкции рекущих долот с продувкой внедрены ряде угольных, золото и алмазодобывающих предприятий.
Экономическая эффективность от применения режущих долот с продувкой составляет 3236 тыс.руб.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались: на научно-технических конференциях ИрГТУ; на Вс союзной научно-технической конференции по комплексной механиза ции буровзрывных работ (г.Красноярск, 1984 г^; на научно-техни ческой конференции по повышению эффективности открытой угледобычи (г.Красноярск, 1987 г); на IX Всесоюзной научной конфвре ции при МТИ по комплексному исследованию физических свойств го ных пород и процессов (г.Москва, 1987 г.); на Всесоюзном семнд ре при ИГДС по ресурсосберегающим технологиям при открытой отработке полезных ископаемых Севера (г.Якутск, 1988 г.); на Все союзной конференции по горнодобывающим комплексам Сибири (г.Уд Удэ, 1990 г.); на Международной межвузовской научно-практической конференции при МГИ по совершенствованию конструкции, техв логии изготовления и эксплуатации горного оборудования (г.Ыос» ва, 1992 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе получено два авторских свидетельства.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения 5 глав, заключения, библиографии (НО наименований), 4 прилове ний. Текстовая часть диссертации излокена на 167 страницах машинописного текста и содержит 36 рисунков и 22 таблицы.