Публикация №2 – «Буровой инструмент Богомолова» — Предпосылки по созданию и использованию инструмента для получения взрывных скважин на открытых горных работах.

Буровзрывные работы являются неотъемлемым и одним из основных процессов при добыче полезных ископаемых открытым способом. На сегодняшний день разработано множество способов по повышению эффективности дробления горных пород взрывом и ведутся исследования по их совершенствованию. Основная цель исследований направлена на уменьшение удельного расхода взрывчатых веществ, достижение которой, кроме снижения затрат на взрывчатые вещества, приводит к уменьшению затрат на бурение, экологического загрязнения, сейсмического воздействия на окружающий массив.

Большая часть энергии расходуется на переизмельчение породы вблизи взрывной скважины, так как на стенку скважины в короткий промежуток времени передается огромного ее количество. Для увеличения эффективности использования взрывчатого вещества можно не только увеличивать время его действия, но и увеличивать площадь соприкосновения взрывных газов с горной породой в начальный момент взрыва. Однако увеличение диаметра скважины приведет к увеличению площади поперечного сечения скважины и, соответственно к неоправданному увеличению затрат на бурение. Но 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.

На сегодняшний день существует широкий спектр конструкций и типоразмеров долот для механического бурения взрывных скважин и освоена практика использования скважин с круглым поперечным сечением. Это обусловлено требованием простоты и надежности конструкции и необходимостью вращения бурового инструмента для передачи механической энергии породоразрушающим элементам. Одним из исключений является способ бесповоротного ударного бурения, с помощью которого возможно получать скважины, имеющие поперечное сечение, соответствующее форме инструмента. Но отсутствие вращения инструмента затрудняет очистку призабойного пространства от буровой мелочи, так как породоразрушающие элементы должны располагаться по всему сечению скважины.

Для получения наилучших показателей при бурении необходимо использовать долота с параметрами, соответствующими горно-геологическим условиям работы и физико-механическим свойствам буримых пород. Поэтому для практической реализации использования скважин с улучшенной некруглой формой поперечного сечения требуется, чтобы новое долото не уступало по техническим показателям известным в мировой практике долотам.

Известно, что для бурения средне- и мелкозернистых песчаников, конгломератов, крепких известняков, крепость которых по шкале Протодъяконова М. М. составляет от 6 до 18, рациональным является преобладание дробящего действия на забой скважины. Обоснованными для данных условий являются режуще-шарошечные долота (для пород средней крепости с прослойками пород крепостью до 9) и шарошечные долота (для пород крепостью от 6 до 18), наиболее распространенными на практике – шарошечные долота, которыми бурят до 80% скважин на карьерах. Чем выше крепость породы, тем больше должно преобладать дробящее действие и меньше режущее действие. В породах перемежающихся по крепости эффективными, согласно научным исследованиям и промышленным испытаниям, являются комбинированные режуще-шарошечные долота.

Предлагаемым в данной работе вариантом является использование долото вращательного действия с конусными шарошками, которые формируют скважину с некруглым поперечным сечением. Из-за разной длины образующих конуса шарошек (рис. 1), происходит образование разного диаметра скважины с выраженными углами.

image

Рисунок 1. Шарошечное долото для бурения скважины с квадратным поперечным сечением.

В предложенной конструкции трехшарошечного долота для бурения скважин с некруглым поперечным сечением могут быть использованы особенности шарошечных долот типа К, ТК и частично Т. Квадратная форма сечения скважины обуславливается лишь измененной геометрической формой калибрующей части шарошек, которые могут иметь все известные типы вооружения (зубчатое, штыревое и зубчато-штыревое), а значит охватывают по применимости почти весь спектр пород по крепости для данных типов долот – с коэффициентом крепости от 6 до 18 по шкале Протодъяконова М. М..

Известно, что в процессе работы шарошечного долота на забое образуется рейка, формируемая наружным венцом шарошки с наибольшим шагом зубьев. Зубчатая рейка на забое играет положительную роль для обеспечения формирования скважины с некруглым поперечным сечением, так как шарошки должны перекатываться без скольжения и синхронно. Для этого шарошки должны иметь совершенный конус (когда вершины поверхности конуса шарошек лежат в центре скважины). Для уменьшения отрицательного воздействия зубчатой рейки на процесс разрушения возможно использование конструктивных решений для частичного разрушения выступов рейки.

Буровые шарошки с совершенным конусом в настоящее время не применяются, так как требуется применить подшипниковую опору как можно большего размера для увеличения ее долговечности. Известно, что контактные напряжения в опорах качения составляют до 4000-5000 МПа, а в опорах скольжения 30-40 МПа. Поэтому вопрос достижения приемлемой долговечности опор в данной конструкции связан с применением современных технологий и разработкой подшипников с увеличенной площадью скольжения для компенсации недостаточности теплоотвода от трущихся деталей подшипников.

Разгрузить опоры шарошек можно, если для них отвести только роль формирования некруглого контура поперечного сечения скважины, например в конструкции режуще-шарошечного долота. В режуще-шарошечных долотах может быть принята раздельная схема обработки забоя. Периферийная часть обрабатывается шарошками, а центральная – режущим органом. Обосновывается это тем, что зубья шарошек, расположенные на венцах, приближенных к вершине, наименее эффективно разрушают породу вследствие низких окружных скоростей и, соответственно, минимальной энергии удара зубьев по породе. В то же время резцы, находящиеся на максимальном радиусе, имеют наибольший путь трения, что приводит к увеличению интенсивности их износа. В такой конструкции опережающая часть скважины бурится режущим органом, а шарошки расширяют ее до нужного диаметра.

При бурении скважины комбинированным долотом значительную долю работы по разрушению забоя выполняет режущий орган, заменяемый новым по мере его износа. Часть скважины проходится при совместной обработке забоя режущим и шарошечным органами с распределением участия в разрушении забоя между рабочими органами долота в зависимости от условий бурения, что повышает работоспособность породоразрушающих органов. Кроме того, за счет совместного воздействия резцов и шарошек бурение осуществляется при усилиях подачи значительно меньших, чем те, которые требуется создавать на шарошечном долоте. Все это позволяет разгрузить шарошки комбинированного долота и повысить его работоспособность.

В предложенной конструкции режуще-шарошечного долота для бурения скважин с квадратным поперечным сечением могут быть использованы названные выше преимущества таких долот. Периферийную часть забоя разрушают шарошки, задача которых сводится к формированию некруглого профиля, а центральную часть забоя разрушают резцы, имея меньший износ. По мере износа резцы могут заменяться как наиболее дешевая часть инструмента. Таким образом, такой буровой инструмент не уступает по техническим показателям ранее разработанным и исследованным режуще-шарошечным долотам. Такие долота являются альтернативой для шарошечных долот типа СТ и С и могут бурить породы со средней крепостью около 6 по шкале Протодъяконова М. М. с пропластками твердых пород.

На карьерах при ведении буровзрывных работ не использован резерв повышения эффективности действия взрыва при помощи изменения формы сечения скважины. Следует констатировать, что в основном это связано с отсутствием созданного на сегодняшний бурового инструмента, который может конкурировать с долотами для бурения скважин с некруглым поперечным сечением. Требуются исследования и промышленные испытания по бурению скважин с некруглым поперечным сечением с использованием шарошек и взрыванию таких скважин. Предложенные в работе конструкции имеют следующие преимущества:

— могут основываться на современных и прогрессивных технологиях долотостроения;

— охватывают большую часть спектра буримых пород по крепости на карьерах;

— используют вращательный способ бурения, а значит ими могут быть оснащены наиболее распространенные отечественные и зарубежные шарошечные станки для бурения с продувкой;

— позволят улучшить технико-экономических показателей работы буровых станков не только за счет совершенствования их конструкции и конструкции долот, но и за счет уменьшения объемов бурения.

Источник: Предпосылки по созданию и использованию инструмента для получения взрывных скважин на открытых горных работах

Архив презентаций:

1. Эффективность взрывных скважин с некруглым поперечным сечением при дроблении горных пород

2. Экономический эффект от использования взрывных скважин с некруглым поперечным сечением

3. Формообразование скважин с квадратным поперечным сечением

4. Разработка модификаций бурового инструмента для получения скважин с квадратным поперечным сечением

5. Интеллектуальная собственность проекта

6. Результаты команды проекта

7. «Буровой инструмент Богомолова»

8. Инвестиционное предложение

9. Проект «Буровой инструмент Богомолова»

Архив публикаций:

1. Публикация №1 — «Буровой инструмент Богомолова» — Об эффективности применения скважин с некруглым поперечным сечением при вскрышных работах на карьерах.

Спасибо за сотрудничество и понимание,

Игорь Головин

Тел.: +7-921-435-13-44

E-mail: golovin-2017@yandex.ru

«Буровой инструмент Богомолова»

Публикация №2 – «Буровой инструмент Богомолова» — Предпосылки по созданию и использованию инструмента для получения взрывных скважин на открытых горных работах.: 6 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 )

w

Connecting to %s