Файл: Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых..pdf

СП

о

и,мм/мин

Рис. 34. Зависимость механической скорости бурения от глубины скажнны для различных ударных групп

После того как было выявлено преимущество поршней с массой, равномерно распределенной по длине, бурили скважины глубиной 20 иг. В этих испытаниях поршни длиной 300 мм и небольшой мас­ сой, т. е. поршни № 8 и 9, обеспечивали более высокую скорость бурения. Причем поршень № 8 длиной 500 мм с волноводом боль­ шим, чем длпна самого поршня, обеспечил п более высокую произ­ водительность бурепия на всей длине скважины. Поршень № 9 обеспечивал более высокую скорость бурения в начале скважины, однако на большой глубине скорость бурения была ниже, чем при поршне № 8.

Для более точного определения влияния формы поршня на ско­ рость бурения результаты испытаний оценивались методами мате­ матической статистики.

Прп бурении с поршнями № 1 и 2, имеющими одинаковую массу (6,7 кг) и одинаковую длину (160 мм), были получены скорости бурения соответственно 108 и 112 мм/мии. Коэффициент вариации в обоих случаях составлял 19%. Пользуясь таблицей вероятностей Стыодента — Фишера и формулами оценки средних, было устано­ влено, что значения для поршней № 1 и 2 разнятся несущественно. Это обстоятельство указывает на то, что для коротких поршней рас­ пределение массы по длине не имеет большого значения. Напомним, что поршень № 1 имел массу, сосредоточенную в хвостовой части а поршень № 2 — в головной. Вполне вероятно, что массу короткогопоршня можно рассматривать как сосредоточенную и что незначи­ тельное ее перераспределение по длине влияет на скорость бурения несущественно.

Поршни № 6 и 7 имели длину 195 мм и массу соответственно 8,48 и 8,36 кг. Средняя скорость буренпя поршнем № 6 была 111 мм/мпн и поршнем № 7—87 мм/мин при коэффициентах вариа­ ции соответственно 13 и 19%. Расхождение средних значений после проведенных расчетов получилось существенным. Таким образом, поршни с разным распределением массы по длине (масса поршня № 6 была сосредоточена в хвостовой части, а поршня № 7 — в головной), обеспечивают разную производительность буровой машины. Это ука-

Т а б л и ц а 11

52

зывает на то, что более целесообразно массу сосредотачивать в хво­ стовой части поршня. Сравнивались также поршни № 2 п 9.

Результаты сравнения приведены в табл. 11. Поршень № 9

образной основной массой в головной части. Так, в начальный пе­ риод бурения скважин скорость бурения соответственно составляла 150 и 120—125 мм/мин, а на глубине 10 м — 95—100 и 70—80 мм/мин.

Средняя удельная производительность (табл. 12) по группам поршней типа б и в на 40—50% выше, чем поршней типа а, т. е. разница является существенной.

Из десяти поршней, принятых к исследованию, лучшие показа­ тели получены с поршнем № 8 и с поршнем № 9. Конструктивно поршни выполнены с равномерно распределенной массой по длине. Масса поршней 5,38—5,86 кг, длина 300 мм. Поршни развивают

53

энергию удара до 17,5 кгс-м и число ударов 2200—2500 в минуту. Поршни типа б имеют промежуточные характеристики. Они лучше, чем поршни типа а, но уступают поршням типа в.

Энергетические параметры и форма поршня ручных перфорато­ ров должны обеспечивать, с одной стороны, достаточно большую энергию удара при небольшой его массе, с другой — невысокие напряжения в штангах. Первое обстоятельство определяет энерго­ емкость разрушения горной породы, а второе — долговечность бурового инструмента.

Исследовались поршни отечественных и иностранных перфо­

ляла 8,4 м/с. При разрушении мрамора наименьшую энергоемкость имели экспериментальные поршни, однако разница в энергоемкости не столь уж велика. Средняя по двум экспериментальным порш­ ням энергоемкость разрушения составила 26,2 кгс-см3, т. е. ниже промышленных поршней на 15%.

При разрушении лабрадорита энергоемкость разрушения при экспериментальных поршнях ниже на 18%, чем при серийных, т. е. при бурении крепких пород форма поршня сказывается более суще­ ственно. Экспериментальный поршень ПРЛЭ обеспечивает меньшую энергоемкость разрушения (на 25%) по сравнению с поршнем перфо­ ратора ПР24Л. Поршень перфоратора ПР24ЛУ удлинен, и в нем отсутствует «паразитная масса» на утолщенной части, и в обоих случаях он имеет лучшие показатели, нежели поршень серийного перфоратора. Поршень ПРЛЭ является дальнейшим улучшением ударной системы перфоратора ПР24Л.

Тарировочный поршень имеет более высокую энергоемкость по сравнению с экспериментальными поршнями за счет излишней длины. Поршень длиной 300 мм за счет лучшего использования энергии импульса будет иметь более низкую энергоемкость. При­ чины существенного снижения энергоемкости при разрушении как слабых, так и крепких пород следует искать в форме поршня. Поршни сечением, близким к сечению штанги, имеют лучшие пока­ затели, и наоборот, поршни с большим сечением имеют и более высо­ кую энергоемкость разрушения горной породы, т. е. у таких поршней не вся масса участвует в ударе — они имеют «паразит­ ную массу», которая вызывает дополнительные затраты энергии на перемещение, и в то же время эта энергия отражается, не переходя в породу.

Второй показатель, по которому следует сравнивать поршни, — это напряжения, создаваемые в штангах при ударе. Поршень ПР24Л (серийный) создает напряжения, равные 2495 кгс/см2, в то

54