О применении и разработке инструмента для получения скважин с некруглым поперечным сечением

        По действующим разрезам Кузбасса средний коэффициент вскрыши 5,8 м3/т, это значит, что для добычи 1 т угля необходимо удалить в отвал почти 6 м3 вскрышной породы, большую часть из которой необходимо подвергать дроблению перед погрузкой экскаваторами. Доминирующий способ разрушения вскрышных пород – буровзрывные работы. Удельное пылеобразование при взрывах изменяется от 0,04 до 0,154 кг пыли на 1 кг взорванного взрывчатого вещества, выделяются также значительные объемы ядовитых газов – в основном окись углерода и окислы азота. Поэтому актуальным является снижение удельного расхода взрывчатых веществ не только в целях его экономии. При снижении удельного расхода взрывчатых веществ также происходит уменьшение количества взрывных скважин, а значит происходит уменьшение объемов бурения и увеличение производительности бурового станка по обуренной массе, а требования по увеличению скорости бурения становятся не столь критичными.

        Для уменьшения удельного расхода взрывчатых веществ и повышения качества дробления горной породы в той или иной степени успешно применяется множество способов, задача которых заключается в передаче энергии взрыва как можно большему объему породы. Но большая часть энергии расходуется на переизмельчение породы вблизи взрывной скважины, так как на стенку скважины в короткий промежуток времени передается огромного ее количество. Поэтому является целесообразным увеличение площади соприкосновения газов, образующихся при взрыве, с породой в начальный момент взрыва.

        В настоящее время практически все взрывные скважины на карьерах бурят с цилиндрической формой. Однако если скважина имеет, например квадратное или треугольное (в виде равностороннего треугольника) поперечное сечение площадь боковой поверхности скважины, отнесенной к объему взрывчатого вещества, по сравнению с круглым, соответственно на 12% и 27% больше. Кроме этого, углы, образованные сопряжением стенок скважины, являются концентраторами растягивающих напряжений, а значит можно получать прогнозируемые количество и направление распространения первоначальных магистральных трещин, в которые устремляются газы при взрыве, оказывая поршневое воздействие.

        При взрывании песчано-цементных блоков установлено, что при переходе с круглой формы скважины на прямоугольную и плоскую уменьшается выход как мелких, так и негабаритных фракций [6]. Известны промышленные испытания щелевидных (плоских) скважин, которые выполняются путем расширения цилиндрических скважин горелками-расширителями без вращения термобура. При этом изменения формы заряда позволили увеличить выход горной массы на 25 % при снижении на 25 % удельного расхода взрывчатых веществ [5]. Уменьшение среднего размера куска продуктов разрушения при взрывании скважин квадратной и треугольной формы наблюдается на блоках из парафина, красного и огнеупорного кирпича [4].

        Результаты испытаний подтверждают то, что изменение формы скважины приводит к изменению качественного состава взорванной массы. Поэтому актуальной задачей является разработка бурового инструмента, при использовании которого достигается уменьшение удельного расхода взрывчатых веществ с целью ресурсосбережения и уменьшения экологического загрязнения окружающей среды.

        Анализ патентной информации [1] показал, что для бурения скважин с измененной формой поперечного сечения необходимо создание нового класса буровых машин и инструмента. Но рациональным путем является использование существующих конструкций буровых станков шарошечного бурения и совмещение процесса бурения и формообразования скважины. Это можно реализовать путем бурения скважины прямоугольной, треугольной формы, сопряжение стенок которых образует концентратор напряжений. Геометрический и кинематический анализ показал, что для достижения указанной цели можно использовать шарошечное долото, как наиболее распространенный инструмент для бурения взрывных скважин на открытых горных работах [2].

        Для изучения процесса забуривания изготовлен опытный образец двухшарошечного долота с одноконусными шарошками (рис. 2). Произведено забуривание (рис. 1) блоков с соотношением объема песка к цементу 4:1 [3].

        Формирование заданного поперечного сечения скважины происходит благодаря синхронному вращению шарошек и постоянному передаточному отношению долота, это достигнуто в конструкции шарошек с совершенным конусом. Шарошки с профилем, близким к совершенному конусу, используют на более крепких породах, т. к. происходит минимальное проскальзывание их вооружения по забою с преобладанием дробящего действия. Однако шарошки с совершенным конусом не применяются на практике из-за низкой долговечности их опор. Поэтому предлагается использование таких шарошек в режуще-шарошечном инструменте и использование подшипников скольжения в опорах шарошек.

        Предлагаемый буровой инструмент для получения взрывных скважин с некруглым поперечным сечением по сравнению с аналогами имеет существенные отличия и позволяет:

        1. производить бурение скважин с некруглым поперечным сечением с вращением инструмента без внесения изменений в широко применяемую на карьерах технологию бурения;

        2. использовать серийные буровые станки шарошечного бурения (порядка 80% скважин на карьерах бурят с помощью станков шарошечного бурения);

        3. производить бурение в широком спектре пород по крепости, что позволит заменить до 50% типажей шарошечных долот для бурения взрывных скважин на карьерах с круглым поперечным сечением.

clip_image001

Рис. 1. Опытный образец шарошечного долота для бурения скважины с квадратным поперечным сечением

clip_image002

Рис. 2 Вид первоначально забуренной скважины

        Использование предлагаемого бурового инструмента для бурения скважин с некруглым поперечным сечением позволит использовать эффект взрывания скважин с некруглым поперечным сечением, который, как было выше указано, в ряде случаев может проявляться в 25 % снижении удельного расхода взрывчатых веществ. При этом также могут быть снижены объемы бурения.

Литература

        1. Богомолов, И. Д., Хуснутдинов, М. К. Анализ направлений по созданию исполнительного органа для бурения скважин с концентраторами напряжений // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. науч. тр., № 19. – Кемерово, 2002. – С. 120 – 124.

        2. Богомолов, И. Д., Хуснутдинов, М. К. Геометрические и кинематические аспекты бурения скважин некруглой формы шарошечным долотом // Вестник КузГТУ. – 2004. – № 6.1. – С. 15 – 18.

         3. Богомолов, И. Д., Хуснутдинов, М. К. Забуривание квадратной скважины шарошечным долотом // Вестник КузГТУ. – 2004. – № 6.1. – С. 39 – 41.

        4. Богомолов, И. Д. Результаты исследования разрушения массива бурением скважин круглой, треугольной и прямоугольной форм / И. Д. Богомолов, А. М. Цехин, М. К. Хуснутдинов // Безопасность жизнедеятельности предприятий в угольных регионах: Материалы 4 Междунар. науч.-практ. конф., 21 – 23 ноября 2000 г. – Кемерово, 2000. – С. 89 – 90.

        5. Друкованный М. Ф. Буровзрывные работы на карьерах / М. Ф. Друкованный, Б. Н. Кукиб, Куц В. С. – М.: Недра, 1990. – 367 с.

         6. Щерабак, Г. С., Ансабаев, А. О рациональности применения щелевых скважин // Достижения техники и технологии взрывных работ в горном деле: Сб. Взрывное дело:. – № 59/16. – М.: Недра, 1966. – С. 83 – 94.

Источник: Головин И. П., Тимшин А. Н., Хуснутдинов М. К. // X Международная научно-техническая конференция молодых специалистов : Тезисы / Новокузнецк, 2012. – С. 122.

Архив публикаций

1. Об эффективности применения скважин с некруглым поперечным сечением при вскрышных работах на карьерах.

2. Предпосылки по созданию и использованию инструмента для получения взрывных скважин на открытых горных работах.

3. Буровой инструмент для бурения скважин с концентраторами напряжений

О применении и разработке инструмента для получения скважин с некруглым поперечным сечением: 5 комментариев

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s