Файл: Кутузов Б.Н. Взрывное и механическое разрушение горных пород учеб. пособие.pdf

крутящего момента вращателя и конструктивных особенностей машин в большинстве случаев ими нельзя эффективно бурить при враща- тельно-ударном режиме.

Так, с увеличением осевого давления на погружной пневмоударник скорость бурения достигает максимума (рис. 149, б), после чего (300 кгс для диаметра 105 мм) она снижается. Это объясняется ухуд­ шением условий передачи энергии удара вследствие увеличения тре­ ния в шпоночном соединении долота с пневмоударником.

Зависимость скорости бурения от угла приострения и поворота бура. При бурении необходимо достигать полного разрушения секто­ ров породы между смежными ударами. С уменьшением угла при­

целесообразно уменьшить до 70°. С увеличением крепости буримых пород угол поворота долота должен быть уменьшен. Перфораторы с зависимым вращением целесообразно комплектовать сменными ге­ ликоидальными парами для изменения угла поворота бура между ударами, а машины с независимым вращением (перфораторы и по­ гружные пневмоударники) должны иметь регулируемую скорость вращения бурового инструмента. Угол приострения принимается равным 110° для долотчатых и 90° для крестовых коронок, а угол поворота между смежными ударами для перфораторов 15—20°. Ско­ рость вращения инструмента погружных пневмоударников 72 об/мин.

Оптимальный угол поворота бура, который обеспечивает полное разрушение породы в секторе, ограниченном двумя лунками, для заданных условий бурения может быть подсчитан по формуле

Зависимость скорости бурения от глубины шпуров. С увеличением глубины шпуров скорость бурения снижается. В связи с этим требуется увеличение крутящего момента на буровом инструменте с увеличе­ нием его длины. У перфораторов с зависимым вращением нормальное поступательно-вращательное движение поршня-ударника в цилиндре нарушается, и молоток начинает работать с перебоями. Условия передачи удара от поршня к инструменту ухудшаются в связи с уве­ личивающейся массой бура и постоянством массы поршня.

ипроизводительность бурильного молотка.

Е. В. Александров доказал, что передача удара имеет сложный характер и осуществляется вследствие взаимодействия масс и волно­ вых процессов, возникающих при соударении, зависит от формы со­ ударяемых тел и степени податливости торцов.

При волновой схеме передачи энергии от ударника к буру энер­ гия на лезвии, начиная с определенной длины, будет постоянной. Допуская, что в хрупких породах разрушение может происходить не только в результате внедрения, но и вследствие передачи породе волнового импульса, Е. В. Александров указывает, что скорость бурения бурильными молотками в этом случае при достаточных крутя­ щем моменте, осевом усилии и нормальной очистке забоя будет постоянной независимо от глубины шпура. Условием постоянства скорости бурения является более жесткое взаимодействие соударя­

Условием эффективного разрушения породы в этом случае яв­ ляется плотное прилегание лезвия инструмента к породе. Радиусы закругления торцов соударяемых тел должны быть максимальными, чтобы их пластические деформации были минимальны.

При бурении вязких пород следует стремиться к максимальным перемещениям коронки. Для этого целесообразно применение со­ ставных буров, представляющих собой систему одинаковых стерж­ ней, масса каждого из которых равна массе ударника (рис. 150).

Зависимость скорости бурения от диаметра коронки или долота.

Установлено, что интенсивность изменения скорости бурения с из­ менением диаметра коронки имеет вид:

изменения диаметра и степени затупления инструмента. Если при бурении энергия удара недостаточна для образования всех зон раз­ рушения, то скорость бурения резко снижается, особенно при за­

мальному режиму разрушения, при этом линейная скорость будет изменяться менее интенсивно, а объемная может возрастать.

У погружных пневмоударников удельная энергия удара значи­ тельно ниже, чем у перфораторов (0,8—1,2 кгс-м/см), поэтому уве­ личение диаметра долота приводит к резкому снижению скорости бурения (п 2).

Зависимость скорости бурения от давления сжатого воздуха.

Мощность буровой машины пропорциональна давлению сжатого воздуха в степени 3 / 2 . С увеличением давления увеличиваются энер­ гия единичного удара и число ударов, а следовательно, растут ско­ рость бурения и производительность буровой машины.

При повышении давления сжатого воздуха частота ударов перфо­ ратора повышается, в связи с чем увеличиваются шум и вибрация. Повышенные ударные нагрузки, возникающие в машине при работе на высоком давлении, значительно быстрее выводят ее из строя, поэтому повышать давление сжатого воздуха выше 6—7 кгс-см2 не рекомендуется. Зарубежные исследования указывают на целесо­ образность увеличения давления сжатого воздуха до 15 кгс/см2 , особенно при бурении погружными пневмоударниками (табл. 32).

Зависимость скорости бурения от формы бурового инструмента и степени его затупления. Наибольшее распространение получили долотчатая и крестовая (Х-образная) формы лезвий бурового ин­ струмента. Результаты исследований показали, что долотчатое лез­

В связи с недостаточной мощностью перфораторов были созданы долота с прерывистым лезвием, в которых суммарная длина лезвий меньше, чем у обычного инструмента. При достаточной удельной энергии удара (1,8—2,5 кгс-м на 1 см лезвия) лучшие результаты бурения наблюдались у крестовых долот. Применение долот с опе­ режающим лезвием не улучшает условия разрушения пород в связи с ограниченностью зоны ослабления породы передовой выемкой. Наибольший износ лезвий наблюдается на периферийной части, раз­ рушающей породу у стенок шпура или скважины. Попытки создать лезвия равного износа S- и Z-образной формы пока не дали обнаде­ живающих результатов.

Для любого притупления лезвия имеется оптимальное значение энергии единичного удара, при котором эффект разрушения будет максимальным. С увеличением площадки притупления оптимальное значение энергии единичного удара растет. Опытом установлено, что инструмент надо заменять, когда скорость бурения снизится на 30—50% от первоначальной. В начальный период при работе острым лезвием наблюдаются высокие скорости бурения и весьма интенсивный износ твердого сплава. С увеличением площади при­ тупления на некотором участке скважины достигаются условия, при которых удельный износ сплава будет минимальным.

Для уменьшения расхода твердого сплава целесообразно в новом лезвии после переточки оставлять площадку притупления шири­ ной 0,5—1 мм.

Г л а в а X I I

ВРАЩАТЕЛЬНО-УДАРНОЕ БУРЕНИЕ ШПУРОВ И СКВАЖИН

§ 69. Общие сведения

Внедрение вращательно-ударного бурения начато с 1953 г., когда фирмы ФРГ «Зальцгиттер» и «Хаусхер» выпустили буровые каретки с установленными на них мощными буровыми машинами с независи­ мым вращением. Длинноходовой податчик позволял бурить шпуры без смены или наращивания буровых штанг. Благодаря высокой энергии единичного удара (6—8 кгс-м) и высокой частоте ударов (3000—4000 в минуту в сочетании с большими осевыми давлениями (до 2 тс) на долото диаметром 42 мм в породах средней крепости и невысокой абразивности скорость бурения в 6—10 раз превышала скорость бурения перфораторами. В настоящее время вращательноударные буровые машины выпускаются в СССР, Швеции, США, Франции и в других странах, а область их применения непрерывно расширяется.

Оборудование буровой каретки, состоящее из автоподатчиков, манипуляторов, маслостанции и пульта управления, монтируется на платформе, установленной на колесио-рельсовом или гусеничном ходу с электрическим или пневматическим приводом.

Наиболее распространены в СССР буровые каретки БУ - 1, СБУ-2м (рис. 151), СБУ-4, КБМ-1, ТБЭ, КБШ, БА-1 (табл. 33).

Фирмы «Хаусхер», «Зальцгиттер» и другие выпускают большое число буровых кареток, оборудованных машинами вращательноударного действия. Компоновка узлов и техническая характери­ стика зарубежных машин не имеет принципиальных отличий от оте­ чественных.

Вращательно-ударный способ бурения в СССР и за рубежом раз­

Машина вращательно-ударного бурения состоит из вращательного, ударного и подающего механизмов. Все механизмы располагают в общем корпусе и устанавливают на каретке.