автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Исследование, выбор параметров и разработка конструкций исполнительных органов станков вращательного бурения для разрезов Монголии

министерство по делам науки, высшей школы и технической политики рф

иркутский ордена трудового красного знамени политехнический институт

На правах рукописи

АРЬЯАГИЙН XАЙДАВ УДК. 622 233. 6. 05.

ИССЛЕДОВАНИЕ,ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ

И РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНИХ ОРГАНОВ СТАНКОВ ВРАШАТЕЛЬНОГО БУРЕНИЯ ДЛЯ РАЗРЕЗОВ МОНГОЛИИ

Специальность Об. Об. 05,—"Горные машины-

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск—1992

Работа заполнена в Иркутском ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.А.Деретолчин

Официальные оппоненты: доктор техн. наук, профессор

В.Д.Е|уткин

кандидат техн. наук, доцент

' С. Д. Сеыакин

Еедутцая организация - Министерство энергетики Монголке

- ^

Защита диссертации состоится * 22 * 1993 г„

в ч 11 час на заседании специализированного совета К 063,71.02 но .присуждению ученых степеней ери Иркутском ордена -¡Трудового Красного Знамзни политехническом институте но адресу: 664074, Иркутск,.уя, Лермонтова. 83.

С дассер'^ащей можно ознакомиться в библиотеке Иркутского Политехнического института

Автореферат разослан " Р^» 1992г.

■Ученый секретарь специализированного совета» ' Кандидат техн„ наук, доцент Н.Н.Страбыкин

•ж 2 т ' ' ■ *

ОБЩШ ХАРАКИтКЛИРА РАБОТЫ .

Актуальность работн0 ПерспайЕЕВЯим планом Правительства и Комплексной программой научно-технического прогресса Монголии предусматривается опережающее развитие тоштвно-энергетяческой ' промышленности и доведение добычи угля в 2000 году до 20,5 млн. г с целью обеспечения твердым топливом я электроэнергией погрешностей народного хозяйства страны» Открыткиспособ до&гчи угля является преобладавшим и составляет 35% общего объёма добыта. Рост добычи угля обусловливает ттенсшзЕшй рост объёмов бурения. И поскольку расхода на -бурение достигаэт 20$ в себестоимости угля, го вопросы созериенстзсгашя Tesases и те-огологии бурения • взрывных скважин. на разрезах приобретав? большое народпохоаяЗст-зешгоа значение.

60-70$ объёмов буренш аа разрезах Монголии выполняется станкамя реяузце-враща тельного типа со шяеновой очисткой скванян» Перспективность эращательного бурения обусловлена бодьщииз ods§-и пород с коэффициентом крепости г'до 7 по шкала МЛ.Протод-ъяконова». в которых резущаэ долота обеспечивают наиболее шеокид технико-эконошчосдаа показатели бурения«" Реализация, яэ технических возможностей станка зависит от правильного набора параметров и совершенства его исполнительного органа, который включает в себя режущее долото и. шнековый буровой став. Совершенствование . исполнительных органов станков вращательного бурения является ванной задачей повышения эффективности бурения екзаяин на разрезах Монголии»

Здесь и далее в тексте коэффициент крепости пород f приведен по шкале проф. М.М.Иротодвяконова.

Процесс бурения состоит из двух взаимосвязанных и зависимых операций-разрушения порода на забое скважины и удаления продуктов разрушения из забоя и скважин. Эти операции выполняются исполнительными органом, станка.

1 *

Буренке протекает успешно только при условии достижения соответствия между интенсивностью образования и удаления буровой мелочи. Параметры долота должны соответствовать условиям . буревая, а параметры шнекового бурового става-возмэкиостям дслота,

Поставляемые з настоящее время на разрезы Монголии долота не соответствуют условиям бурения, а буровые штанги для шнеко-пнеиазтяческой очистки не удовлетворяют требованиям применимой шнековой очистки* Это обусловило постановку актуальной научной задачи исследования работы, выбора параметров к разработки конструкций исполнительных органов станков вращательного бурения дая разрезов'1 Монголии.

•' Исследования по данной работе соответствуют целевой комплексной научно-технической программе развития гопнодобывапцей отрасли Монголия и выполнялись в рамках мегдународного сотрудничества Иркутского Политехнического Института и Монгольского Технического Университета. Они включены в програщу НИР Академии наук и Государственного комитета по высшему образованию, науке .к технике Г££Р, а с 1991г.- в проблему "ШНЕК" выполняемому по государственному заказу Министерства Национального Развития йоеголш, '-.

Йдвй работе -нраведенке параметров режущих долот в соответствие

с уелоштш öypssMo а гаршагроэ шековога бдашз?© esaaa-свойствам щюдрггоз раэргрзенш в зэашшзегш дая0®ао

Хо Повышенна &®§ейТНЕНоетя удаления буровой квтчш. es пря-эабойэой зона пря вшековой очкенге достигается за очв® реализации коксгрутаявного решения0 при которой переход s '-орщгое до-лога ог лоязогг к хвостовику вэподнязгея а виде rsx'i /зой'поеоох-iiogt.'i t образующая ко горой предстаетяз? дугу расченхиго радиуса. При этом по сравнений с прзиенлеглой еьлщглоЗ cjop.raii перехода обеспечивается возмозаоегь узетгвтя кеханлчеспой скорости: бурения в 1,2 раза« Такое конструктлзкоэ р-гленпа реализовано з рзяущих долота:: 1РДМ<=16Сз„

2. ПовшенЕз эййектзЕпоотя буреят з^ааЕЁао-хшэчаах о'гло-

.jro,

зшй обеспечиваемся црЕ разрушении порода пе'*?рая59 я гглкЕи. а по цшензиртязш езязямо При этом упевшзгое износа рогцоп достигаемся за ечег разворота наядого .регщ боксах» ceooü со::;, з вашсшостп от радауса драивши /? „ дззнв-рзщдаа дпс:псп i -п газета- резца / , на угол arcces[Cf-0,-5D/RI Установленные гшянцщщ реаяззозанз в созданных pes^uas додотсл Р$Л=160ЕЗо

3„ Прл работе Езртжаянюго бурового става па шезе eoshh-кае? пассивная зона;, в которой огсуясгвуеэ гршгепортаровапно буровой: мелочи» Диам.егр пассивной зонн не sasß&re о® caogocssr бурения, возрастаем пропорциональна вагу шнека п обратно про-порцпоналыю частоте врастайте:.*

При этом час?о?а вращения. дожна бать де глонее 1,67

4»При выборе шага шека ааяичием скорости водачи буровЬго става на забой могно пренебречь,, Решашее влияние на величину сага шека оказывают коэффициенты трения о стенку сквакикы и Енек. Производительность шнекового бурового става молено значительно повненть за счет применения антифрикционных покрытий-при снвкенйй коэффициента прения о шнек с 0 „9 до 0 „2 оптимальный шаг шека возрастает з 2гЭ6 раза,

Обо^ованноста_^ро(;тдверность| научных положений, выводов п_ретом§нщци:й«, Научные аоловения» выводи к рекомевдащш обос-новаш сочетанием теоретических и лабораторных исследований о -цроннияенными испытаниям: натурных образцов, использованием йш расчетов ЭШ п сопоставление результатов расчетов к зкепери-глантово -

Досговарностз''Шведов подтверждается сходимостью результа-£<зз ггорзтЕческкх .расчетов е екоаеримекташааш н опытными: даи-' яе-йо Ождонешш расчетах данных от экспериментальных не пре-Ез^акг? Высокая эффекгивпостъ разработанного бурового 'ннс~ ■$р^нзвта. нодт? града®? правильность принятых теоретических пред= еоселон ззйбора его параметров»;

-',' Нах^бЯ_ноги5на работе;

- '•. »установлена еависшость величины пассивной зоны шнека от сага шпека я часготн эрадения и определена допустимая шяшаль-•гая частота зращенЕй бурового става?

' •:~яеелщшшо шшяшв |заздвчшх факторов на аффективном® , грановортпрозанш буровой кзлочи шнеком» Установлено, что шг -козно .увестшта ае'ыезее, чем в 2' раза в'а счет пршшэ-'

нйя антифрикционных покрытий;

-установлена зависимость износа резцов от угла лх разворота в корпусе долота и определен рациональный угол разворота в зависимости от величина радиуса врадрш а параметров резуцей головки.

Практическая певность работа заключается в раа^ботке: -метода расчета параметров шнехозого бурового с isa;' -конструкции ревущего инструмента со пяековой о-сгсткой для бурения мягких пород;

-конструкции рзхущего лкструькша со рнегсоэой очастзсой для бурения гравийно-галечных отлозеннй. Разработаш.^й буровой знст-руемент может применяться пса буроват гэржаяк сквагсш на разрезах Монголия. Исдсильговашхо это в соответствуЕ-дях условиях псь» золяет увелячкть производительность етанлоз з сроднен на 25,о.

Реалкзапдя результатов га боты: Разработанный *еттод расчсл'. параметров инекового бурового отава лр'пш? для пеползпоззцгз: пря организации пропсводо?га едюное'!:: бурозых экалг 2 Гюпголг::« Разработанные хопструщгп раяугдх долот со ¡лаковой очг.с.-коц прошк ира'птакыуо проверку на ¡йрапгольсвся и Погхйаголг-скон разрззах я знедоагш на Захваурззси раарэае*

Согласно приказу Цщшстса ояергзтнея при Богааурёггсм разрезе создан специальный дех по выпуску рехзугзк долот л пнеховых буровых штанг,

Энонсшчосяая е^фекЕШюеть от. црзяененая новых рефщк долот составляет 1,837 risa. тугр. Эяозскзя валшных средств от организация производства долот з 1Лопголш1 составят 190-260 тле. долл.

~ о -

, Апробация работы» Основные положения и результата работы докладывались: на научно-производственной конференции Министерства топливно-энергетической промышленности МНР /г.Шарынгол. 1987г./; на научно-технических конференциях ИПИ и МонТУ? на технических советах Шаршгольсногор Баганурсксго и Могойнголь-•ского разрезов /2890, 1991, 1992 гг./; на заседании ученого совета АН МНР /1990г„/; на заседании технического совета угольного .объединения Министерства Энергетики /1991г./; на коллегии Министерства Энергетики /1991г./; на научной семинаре при кафедре горных машин ИШ /1992г./.

' |^бликашис По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числа два авторских свидетельства „

Объем|работы, Диссертационная работа состоит из введения, 4 глаз,; закшгеенЕЯ,: библографии '/70 наименований/, 6 приложений. Текстовая ■часть работы изложена на странице кашношсного -текста,.содержит 33 рисунка а 16 таблиц» . - -

Ар тор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессор/, доктору технических наук В.А.Перетолчкну и коллективу кафедры горныхМашин ИШ за зсестороннув поддержку, ■ содействие л помощь в:> подготовке и проведении работы в работникам Еаганурского, Шарынгольсхого и Могойнголъского разрезов , ш помощь в .проведении промышленных испытаний и организацию производства бурового инструмента.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса, ,задядО_мотоаизе,скяе,основы исследований. Рачительный вклад з теории работы реявшего бурового инструмента внесли: 0 оД.Алимов, ВсС.Владаславлев( БоИоВоздак-яенский, Л,.Т,Ддзорников, М.Г.Крашшш» В,ГД!пхайяоз, И.А.Осгрругг~ ко, С .Я.Сологуб, В.С.Федороэ, В.В.Йэрищш, Л.Д.Шрейие% ЕЖЭпштейн.

Эксперямзнтально-теоретяческпм исследованиям работы режущего инструмента посвягдени рэбота В.Д.Бутяяка, К.И.Карянской, В.А.Катанова, Ф.И.Кучерявого, В.®„Полянского, !Я.С.Сафохша, М.Г.Симилейского, А.С,?елезоза, О.ВЛернецкого, ВЛиВампит. Над созданием я совершенствованием резкузцего бурового пвструизк-та со инековой очисткой работают КБ Карпштского мввшносгроитель-яого завода, институт с лернтаос горных работ ДПШГРД якстнту™ горного дела ш. А.А.Скочинского /ИЩ л?г. А .А »Скочинского/, институт горю-хямачесного сырья /ГИРХС/, трест Союввзрывпрш, учебные институты-Московскт*! горный /МГКД Кузбасский /КузПй/г Новочеркасский-/ПШ/ и Иркутский /МШ/ политехнические» а тала» ряд других организаций,

Значительный вклад з развитие теории техника к технологий реауще-вращательного бурения сквазят ка карьерах внесли; А.Е.Беляев, Я.Н Долгун, Ю,М„Коледин„. В0А.Перетолчин0 Н.Н.йрз-бнкян, Е.В.Чудогашев. Анализ работ по созданию регуцзга бурового инструмента со шнековой очисткой скваякн я обзор конструкций долот свидетельствует о том» что уровень работ в области создания режущего бурового инструмента, отстает от практических требований, (еервйно вшзускаптся долота ШШ--2 /заводской шифр

СЕБ-2-23-02,2/, которые удоЕлетвэрявт только условиям бурения наиболее мягких пород и реярхке долота НПИ-6/160," которые не соответствую? условиям бурения большинства карьеров, в том числа к разрезов Монголии, В результате до 50% потребностей карьеров в режущих долотах удовлетворяется за счет кзготовла;кя IX в : местных условьях, Эта долота не всегда отвечают требования рациональной геометрия к, как правило, кмеют низкое качество изготовления. Из созданных конструкций режущих долот условиям разрезов Монголки наиболее удовлетворяют долота конс-трушщи Иркутского политехнического института и они принимаются наш;, как прототипы при исследованиях по созданию новых консг-рукцнй рвкущкх долот со цшековой очисткой,

Теоретическому исследования? винтовых конвейеров к инековюс буровых ставов гак конвейеров посвящены работы 0.Д.Алимова, Д.Н.Баикатова, С.Боггхер, кЛ.Григорьева, Б.А.Катанова.И.А.Ла-пше. Обгцим недостатков этих исследований является пренебрежение скоростью подачи бурового сгава на забой. По даннш -ВД.Иеретолчпа ошибка при згом в оценке производительности мояет достигать 50/=. В работю: В.А.Перетолчика нашли отражение многие важные для практики вопросы транспортирования буровой мелочи шекаш. Учитывая необходимость выбора параметров ишеко-вых буровых ставов для условий разрезов Иоиголяя, считаем необходимым на базе разработанной Ь.А.Перетолчиным теории шнекового транспортирования буровой мелочи продолжить исследования и решать ряд научно-лракгяческшс вопросов» связанных с оценкой д.. • : влияния различных факторов на показатели транспортирования и выбор нарамеуров шнекового бурового става.

Целью настоящей работы является выбор рациональных параметров исполнительных органов станков и создание новых конструкций бурового инструмента со шнековой очисткой для интенсификации вращательного бурения скважин з условиях .разрезов Монголии.

Исходя из состояния вопроса я целя псследовалпя э работа поставлена п решена следующие задачи.

1. Разработка принципов выбора я оценки парзме -ров разутых долот со шоковой очисткой»

2, Создание коастрргцхй резувдас доло? со стековой очтсткой для бурения мягких пород я. пород пошценноЯ крепости» икязчэя грави йно-галечние оглашения»

3, Оценка степени влияния разлгчввх факторов па зффзгеяю-посте, транспортирования буровой мелочи кнежем,

4. Разработка метода выбора параметров я расчета показателей работа онспопого 'бурового стапз» -

Метод исследований принят кокалекешй, сочетаний теоретические обобязпия с эксперяаенталшяля лсследоваваяш в лабораториях /степдознх/ л проггзлодотвенпых условиях. Исследования проводились с применением ЭК!,

Исследование работы и в.ибор пасаметроз. разэтапх. долот, для условии разпезов .'.'ок^олни. Эффективность работа резуцего бурового инструмента зависит'от свойств порода, реянмов бурения л параметров долота. Из свойств, характеризующих разрушаемость порода при резании. следует выделить крепость а вязкость а из свойств.характеризующих степень воздействия породы ка инструмент, абразиЕпость. Решащш Фактором, огр-анячпвапцпм войной-

г

'¿¡ост яршененвя реадего бурового инструмента является крепость порода» Экономически целесообразным является применение реяущего бурового инструмента в породах крепостью до ?.,33 этет условиях переход на режуща долота обеспечивает значительное у^чщение технико-экономических показателей бурения по сравнении с шарошечными долотами. Вязкость породы влияет на выбор сетки резандя в размеры центрального паза долота. Установлено, • что в условиях разрезов Монголия ширина паза может быть не менее 80 мм. Абрааивность породы обусловливает как первичный /цря разрушении/„ так и вторичный /при транспортировании/износ инструмента. Наличие вторичного износа инструмента определяет необходимость армирования твердыми сплавами не только резцов, во и корпуса долота.

Режим бурения определяет салогые е кинематические и другие показатели процесса! бурения» Необходимость в том или ином ре-ккме диктуется условиями бурения, а возможность его реализации определяется принятыми параметрами станка. К режимным факторам относятся усялге додачи, частота вращения бурового става и параметры сйст0.ш транспортирования продуктов разрушения.

Параметра долота долины Соответствовать условиям бурения. Бурение скважины включает в себя два взаимосвязанных процесса-разруиевде порода на забое к очистку сквашшы от буровой мелочи. В соответствии р этим параметры ревущего долота долзньт обеспечивать как рациональный рент разрушения,, так и эффективное удаление буровой иелоча лз прязабойкой зош, К параметрам, которые окавнвай? влияние на показатели бурения, относятся гео&зтрня инструмента, сетка резаная, распологенпе резцов

по висотс, размори я форма корпуса. Геометрия инструмента характеризуется фордой л размера-ля ревущей ярсмка до.тста, Ддд упроцо-Ш1Я конструкция л технологии изготовления породнят ;/гол пения-¡лаег.т равнш кула* Для обеспечения вгиешззоглоеуя по задней грана яра выборе заднего углз / необходимо соблюдзшо

<-.о$ , /2 л/

где -угол г":::ло:-.-; рэлуллЛ лтддл";; „Я -внлет ре-угр ': г:"'" /:.

Сотка резан;::! опоодз г—: сл:лу ллу-Зод-; п'лДл'' л гглрлк^оря« зуотся количеств'::.! я лгаддллл удсяслл: ллл> л р-гшлл ■ :ллл1й рэза-КЕ, Расположение регдоз по :г;сот лллдс? дл у '-лл.л'дллго салол, для достит-сняя лкиелл;; злоатд дгд; елллллД. ;/- л кл забоя лооблсдлло. чтобн лл:.дзл; лсслол/лдД? ]ллллд 1ГД1ДПл о1? сел зращешлд ;л. нргджиенд: гзд дл:- "гДД<Д-л •■ .'....лл"-

пошлем рлдлуег.:,, ла гллплллу

/2.2/

гд~ у - у г л; олигд -ггл :л-д-д лд:д_.лд:-л

/"/ - гг."-'.5.""- :гллД 'л]:ул,,р

Размера ОлР'3 лорлусл с.тр:делргчллл уудллгл' р?гой гледоля из сдесйслдь лдл злл:: рздтардллшлуса в:пл:л: ::л лдоддаеть .".о^отас в* ¡с о ту пулглбгл'нол сспд и доддлдпегп? нордлд'здгл слд-з» дд:п, а форла на дзлдлдщг с-ддотядделдд ДЕДлеш:,з буроЕой ":ледочз.

На ОСПОШЫ1 нролзгсддл:с>го ана.чтт рзоудматоэ теореткчос« чес:ш: а шжертссэтшкша псододсгшпгЛ опродэяепы пршщкшс эгбо-г.1 я пцея&ч саргшгроя рзггд:;го бурового пгструнешкгсо шековой

- к -

очисткой к разработана струкяурная 'схема выбора параметров. Установлено, что:

- дублирование резцов в линиях резаная в общем случае является нерациональным„ поскольку повышает энергоёмкость процесса разрушения и не обеспечивает сни;геккя интенсивности износа инструмента;

- эффективность разруистпш порода значительно повышается

• ярн наличии разрыва сплошности забоя и образования дополнительных обнаженных поверхностей» При этом обеспечивается такяе сня-кеняе интенсивности взноса инструмента. Поэтому рационально, чтобы реяущая кромка инструмента имела, ступенчатую форму, а ширина ступеней соответствовала глубине зоны влляшя поверхности обнажения;

- неравномерность износа режущей кромки по диаметру долоте е стремление к образованию ступенчатого забоя обусловливают ра-цаонаяьность применения в режущем буровом инструменте смежных резцов. Сформулированные принципы- выбора параметров а требования всподаовашг' при разработке конструкций новых реяущюс долот.

Болыаое; разнообразие горно-геологгческах условий исключаем возможность создания ункверсального инструмента. Поэтому необходима разработка конструкций инструмента применительно к конкретным условиям работы. Специфика бурения мягких пород ватекае! из большое скоростей подачи инструмента на забой. Опыт показывает, что в этом случае скорость бурения ограничивается не воамогвостяак разрушения порода на забое скважины, а интенсив-

посты» очистка» Поэтому при бурении мягких пород рекам удаления буровой ыелочй нз забоя выступает на передний шшн6 а требование о минимальных высоте и коэффициенте аерекрыкм прлобрзгаэ? первостепенное значение с

Условия?,1 бурения мягких пород отвечает ревущие Долота РК-4м /рис. I/ к они рекомендуются дяя использования > разрезах Монголии. Они просты по конструкция и глогуг нзготг 5ливать.:я в мастерских разрезов.

Буровая мелочь в призабойной зоне оказывает значительные сопротивления движению инструмента. Экспериментально установлено, что применительно к режущему долоту РК-4м на удаление буровой мелочи затрачивается до 1о% осевого усилия и до 50% энергии, расходуемой двигателем вращателя на работу инс.румента. Для зкспериглентальной оценю, влияния форды долота на эффективность

его работы проведены специальные лабораторные исследования

с

долот различной формой корпуса. Б результате установлено, что повысить эффективность удаление буровой мелочи из призабойной зоны при пнековой очистке сквакин можно за счет осуществления перехода в корпусе долота от лопасти к хвостовику в виде вогнутой поверхности расчетного радиуса. Такое конструктивное рейс— пив реализовано в новом реяущем долоте ВДДО~160ш /см. рис. 1.6/ защищенном патентом Монголии._В 1992.г. долота 1РДО-160ш прошли успешные испытания на Баганурском угольном разрезе. Средняямеха-няческая скорость бурения достигла 1,8 м/мин и в 1,2 раза превысят такавув для серийных долот НШ-2„ Стойкость долог, составила ШО и.

Специфика бурения скваотн по поро,адм повшенной крепости и особенно по грвкйно-галечншл оадкжениш вытекает из высокой крепости к г.бразквнсстп пород а та юле неоднородности материала, обусловливающей иовкашшгув динамичность процесса бурения. Это определяет необходимость з создания высоких удельных нагрузок на забой я рациональность пргленения сменных резцов о ограниченным числом лягкй реэажя.

В конструкции долота для бурения гравяйпо-галечннх пот- »л необходимо учесть неоднородность штершла с возможностью £.«..>•' рушения его не .по гравию и галькер а по цеменгяругщим связям, отличащимся накмоиьйей прочностью« С этой целью долото дшазо иметь минимальное количество резцов^ обеспечгшакцкх максимальный эффект отделения от гассква неразрушенных твердых вкдвченлй, Шнековкй se способ очнетхк скважины допускает важчие э буро«-еой мелочи зеська крупных фракций^ досштагщих з поперечнике S5 т.

При ограниченное количестве резцов и дшшй резания остро встает вопрос обеспечения вписываемостя резцов» Установлено, что оптимальная вписывземость резцов достигается цра развороте. каждого резца вокруг своей ocss в зависимости от радиуса вращения /? „ длины релущей кромки L и вылета резца f , на угол.

г*« arccos[(f" О J} О/RJ /г. з/

На основании вдаеизлояеннод-« п с учетом результатов экспериментальных исследований для бурения сцементированных галечников и гравяйно-галечннх отлошшй разработано новое режущее долото РДЛ-160ш /рис. 2/, аащенное патентом HHP.

Долота РДМ-160>л испытаны на Шарынгольском, Могойнгольском.разрезах л внедрены на Еагакурском угольном разрезе* Применение пх обеспечивает увеличение меаЕШгческой скорости бурения в 1,662,47 раза я сокращение расхода долот в 16-17 раз. Первая партия таких долог б количестве 80 ит .изготовлена в условиях Монголии.

Исследование работы и ьлбор параметров тнекового.бурового става» Основными'характеристиками шнекового бурового стаза гак конвейера являются диаметр шнека D , диаметр вала d , v^r шнека h или параметр шнека P~h/(27l') , 'характеризувдгй величину подъема витка на радиан поворота. Движение частицы буровой мелочи вверх по скважне является результатом взаимодействия её со шнеком я стенкой скважшш. Оно осязано дифференциальными уравнениями движения з декартовых координатах:

mR fésin (fi^T^-^sin (f+ cosWP* f2R)~0¡

Дифферендлалышл: уравнениями относительного движения в есгесзреняых осях, связанных со шнеком: 6Р-Щ(Иаяр -Р sinp)-hf¿N¿ Y^-Oj mRCcO-W-N^Q} /3>22/

N¿\¡W^Pr~ % Ni (P cosp+R sin p)-SR—0.

Дифференциальными уравнения?.® абсолютного движения в естественных осях, связанных с траектории !i движения f^iR^-^P^^ospHR-f^sinfihBsinpiR^-Oi

N¿[(R-f¿P)a>sp-(P+í2Rhinp]-Gcosp ÍR2+P2

;!десь:д), -угловые скорости вращения, соответствеко,

бурового стаза, абсолютного и относительного движений частицы;

Afp и Ng -реакции скважины и шнека; ff U fг -коэффициенты трения о скважину к шнек; ß -угол подъема частицы,

Геггение дифференциальных уравнений позволило получить зависямос-

ти для определения угловой скорости .абсолютного движения частицы:

ff Rtiffaitfa- fj VnJ(P+f*№_ 4 /г, ,

Особой скорости U по^ъчмл частицы: fMPti-Vn)-U]4R(R- ЬРНСРк-Уп)-и]~Р(Р+Шй\ ,

-ЧРНгюМРк:Уп)-иР&+Р*аг---' '

чРЧР^ьЮТнШ^Щт^РЧ!^

Угловой скошсти д)г даи^ния частите относительно шяокс

У/О*1

Шлучешша резвнвя позвишгат оценивать процесс г-рькскортсровав-ния буровой мчлочи и клише на и его отдельных фгктоооги поскольку рекелпя Еме»т неявную фор:.гуг то -для их апйдауа к:: ЗШ получегш чкс*.:ошше решения в диаказоав реально параметров сцепов» Установлено, что при работе верик.гиагюго шнекового бурового ссаш да шаекв возникаем аасс;1зк&: зста» в которой отсутствует транспортереваняе. С узедач&хвьг лиека прикарзо пропорционально растет диаметр пассивно;! с узэ-

двчвшюи частоты вращения пассивная зона уменьшается, Чъсто'гг вращения шока не к<шна быть юанкнз 100 гшС* Ведкчтна цаесив-йсй воин ррактяческя не зависит от скорости подача б/роюто става на кабой» Исходя на наличия пассивной зозн сародепзтея рацвоиалынгл диаметр "¿ала -шнека.

^^[ЩРс^^^Щро^Ц^ЩН^Ы^^) /3.34/

Детальному анализу на ЭШ подвергнуто уравнение: /3.28/, Для определения величины осевой скорости двдаешл составлена

специальная программа "Скорость подъема частицы на шнеке".

Установлено, что с увеличением дь-ллетра шнека t>m 9 скорость подъема возрастает, но с уменьшающейся интенсивностью /рис» 3/. Зависимость скордстл подъема частицы от частоты вращения бурового става имеет прямолинейный характер. Рациональная является регулирование частоты вращения в пределах 100-300 MHH7i

Для нахождения оптимального шага шнека составлена специальная программа на ЭЕГЛ "Оптимальный шаг шнека". Установлено, ч:о влиянием скорости подачи на шаг можно пренебречь. Оптимальней шаг шнека возрастает с увеличением коэффициента трения буровой мелочи о стенку скважины и с уменьшением коэффициента трения о шнек /рис. 4/. Влияние коэффициентов трения на оптимальный шаг весьма существенное л поэтому ЕЫбор шага шнека должен производиться в сторогом соответствии со свойствами буримых пород. Дри снижении коэффициента трения о шнек с 0,9 до 0,2 оптимальный маг шнека возрастает в 2,36 раза. Поэтому производительность шнекового бурового става мокно значительно повысить за счет щл-менения антифрикционных покрытий.

Еа базе теории стекового транспортирования потока буровой мелочи с учетом подачи бурового става на забой, разработанной ВоА.Перетолчинш, произведен анализ и оценка показателей работы шнекового бурового става и выполнены численные решения. Установлено» что с увеличением скорости подачи возможная производительность шнекового бурового става считается по'прямолинейной зависимости. Применительно к параметрам станка СБР-160 при скорости бурения Vn = 2,5 м/мин. возможная производительность бурового става снижается в 1,43 раза. Поэтов неправомерно рассматривать шнековый буровой став как обычный винтовой конвейер, как ото

- 22 -msnrn dmvimg

mm o tínndduj шнэпШФсЬеоу

i

Q> &

«

O

tí

g

en o К

E-< O

S tt>

o

и o

È3 e<

И O

л

Рч О

о §

§

R 8

•ч*

mnmpo firntuo o madui msnhnècbeo)/

делают многие исследователя,

Харатерно, что с увеличением скорости бурения возрастает необходимая и снижается возможная производительность шнека. Это обусловливает вероятность возникновения несоответствия ыедду ними. Допустимая скорость бурения по условиям транспортирования I/ ^__0,8 ив , у

Применительно к предадут еду случаю,'максимальная возмокиая скорость бурения из условия очистки сквашшы от буровой мелочи

Уд тал =2,04 м/шш. При I^цгяохУ 2,04 м/шт. интенсивность образования буровой мелочи превышает транспортные возмогностк шнека 11 происходит нарушение режима очистки скважины.

Произведенные расчеты я экспериментальные ..с следования показывайте что с увеличением глубины и скорости бупзт;я энергоемкость процесса транспортирования интенсивно возрастает» Это свидетельствует об ограничении возыо.чсной гдубшш бурения при использовании шнекового способа очистки скваяин.

¿ля системного подхода к выбору параметров к расчету показателей работы пшшвого бурового става составлена специальная' программа на ЭШ "Выбор параметров шнекового бурового става"„ Произведен расчет рациональных параметров аиековых буровшс ставов для различных условий бурения. Установлено, что параметры бурового става станка СПБ-2м соответствует только условиям бурения глинистых пород, Переход безрасчетный параметрам при буре нии других пород позволяет значительно улучшить показатели работы. Так, прл буренки по углю обеспечивается увеличение допустимой скорости бурения на 33$.

Разработанный метод расчета системы транспортирования буровой мелочи нз скважины шнеками принят .¿я использования цехом по лзготозленшэ бурового инструмента при Еаганурском угольном разрезе,с целью изготовления шнековых буровых нпанг в условиях Монголия„

Реализация ^езулъ?атов^зследдвани^^^ чрская^захрективкость. Отработка резяущкх долог ВДКЕбОя в г.£а- ' вкйно-галечных отложениях, песчаниках :: конгломератных залогах подтверждает соответствие юс конструкция условиям разрезов Монголии,, Замена серийных режущих долот ЫГЛ-2 долотами РДО-160л в соответствующих условиях обеспечиЕаег увэлдченна сменной про» нзводательности станков в 1,5 раза а сокращенна расхода дояоа в 10-15 раз. Организация производства нового реющего бурового инструмента в условиях Монголии имеет важное народнохозяйственное значение, поскольку освобоптет стразу от зарубехтх поставок дорогостоящего Еяструменза.

Согласно приказу Кгнасгра онерг-екшд^пш ¿аганурснсм уголь-нон разрезе создан цех до дзготозлешэ радвпгх долот с объемом .производства 1500 а?о з год н шнековых буровых штанг з количестве IООО шт. з год* Первая партлл реющих долот РДМ-160а з колп-чесаве 80 таг» изготовлена н отрабатывается па разрезах,

:В соответствен сос&емашг бурения определена потребность в долотах и лх гевшсо-эконошческая ефвектнвноств. Долотами , РДМ-160а кокет обурпваться до 30$ пород? потребность в долотах составляет 300 и?«, з год:Экоясилчеспзя вффзгегвшомь от их прп- . ионения превышает', 1,644 г~тз«, тугр» Додотпгз ХРДН-ХбО ш ио-сч ■„ обдаваться до 40р кягкзс пород с пеболксм содержанием крепгспх •'

прослойков. Годовая потребность в долотах достигает 670шт. Экономическая эффективность применения рекущях долот 1РД!.1-16С>л составляет 202 тыс. тугр. Долоташ РК-4м может обураваться до 30$ мягкех пород. Годовая потребность в долотах составляет 375 • Экономическая эффективность применения рзяущих .долот РК-4м блззка к 21 тыс. тугр.

Необходимость организации производства шнековых буровых штанг £ условиях Монголии дшиуется технтсо-экоко?лпческой целесообразностью, поскольку позволяет привести параглетры пнеков в соответствие с условиями бурения, снизить расходы на пзготовле-. ние5 ■ сэкономить валютные средства.

В диссертации произведено теоретическое обоснование выбора параметров шнековшс буровых штанго Работы по соедаклэ шнеков для разрезов Монголии продолжаются.

Оуоараая эконошчеоная з®$екташо<ш, проведавших асследо-еашй сосшвшеЕ 1,837 ш» -сутр, Эконсзсш ваюзтнкс средств достигает 190-260 тнеи дфщо'.'-'- ' '

.; ЗА'К1'ЙЧ ЕВ Е Е '•••"•- '

. $ даесерхадяа^ задача

исследования;работы? -'выбора ■ параметров к' разработки 'консЕрувшй исполнительных■органов:станков"вращательного'бурена дал разрезов Монголии', шещак;дШ: страны.важное ^народнохозяйственное значение.' ■'!'.-.-.'.;.'•""Г .

. Проведенные исследования позволяют сделать следующие.основные вывода. ' •

1. Исследовано влияние различных факторов на работу реку-щего бурового инструмента и разработаны принципы выбора я оценки параметров режущих долот со шнековой очисткой скважин, учитывайте не только рациональный режим разруше1шя породы на забое,, но и эффективное удаление буровой мелочи из прязабойной зоны, • •

2. Доказана рациональность применения на мягких породах вогнутой формы перехода з корпусе долота от лопасти к хвостовику -и на этой основа разработана конструкция долота 1РДМ-160ш, запатентованная в Монголии. "

Зо Разработан принцип повышения эффективности бурения гравийно-галечных отяохенпй с разрушением породы не по гравию а гальке о а по цементдрунцпм связям и с разворотом каждого рез- ' ца на угол РС , определяема зависимостью /2„ 3/, этот принцип реализован э конструкции долота РДО-КОа,. запатентованной в Монгожи. . '

4» Исследовано влияние -различных факторов на транспортирование буровой мелочи тшеком а. установлено возникновение пассивной зоны, величина, которой зависят от шага' шнека и частоты вра-шешш п не зашсйт.от скорости бурения./ -

5. Установлено0 что шаг'шнека-практически не зависят от скорости подачи, а при снижении коэффициента. треняя о шек ,

может баг?,, увеличен более,' чем два раза. Это определяет равдо-в&шюеть применения антифрикционных покрытий.

6, Г&зрао'отан метод выбора параметров и расчета показателей работы шлакового бурового става и для расчетов составлена снедаальшя программа на ЭШ. Метод принят для использования ура изгохсшлента швековых буровых штанг в условиях .Коягсшш..

7е Для бурения но гравя&ю-галечнам породам и .песчаникам повышенной крепости разработано, испугано в различных условию: и внедрено на Баганурском угольном разрезе ренущее долот*. РДГЛ-160Ш. Црпкенепке его обеспечивает увеличение сменной производительности стакков в 1,5 раза е сокращение расхода долот в 10-15 райо

„Зшкйшесйш эффектность -от .цршенения долот РДИ-160Ш

црсхшасг 10544 ш, тугр„'-- >• ,-';л\ ' '

8с Дан органнзащк'щюизводсйза' реяущего бурового инструмента ж шеко?ых буровых-штанг в условиях Монголиис создан . специальный пех0 мощности которого позволяет'производить в . год 1500 та-« долот е.1000 шт; буровых штанг.

, 9. Оуюшрная. .¿&оаомйч.еская • эффективность' проведенных неследований составляет,Ге83? 'млв. ,'тугр;/' Экономия валютных-' средств достетает"'190-260 :тыс.-' долл.--;-} -с...'

Основные результата исследований изложена в работах:

1. Влияние конструкций буровой коронки на скорость вращательного шнекового бурения /А.Хайдав, В.А.Перетолчин, НЛ.Стра-быкин и*др. - Сб. научн. тр. Монгольского Гос. Университета, вып. I, - Улан-Батор, 1978 , 4 с.

2. Вопросы повышения эффективности буровых работ на-карьерах МНР / А.1айгзав, В.А.Леретолчш, Т.Бэавай и др.» -Вестник техники и технологии, 1977 г. #4, - 3 с.

3. Патент МНР й 1082. МИГ3 S2IB. Буровое долото / А.Хайдав, В.А.Перетолчин и др. - 21. 02. 1991.

4. Патент Монголии X» 115. ?ЖИ3 E2IB. Буровое режущее дслото / А.ХайяаЕ, В.А.Перетолчин я др. - 12. 10. 1992.

5. Перетолчин В.А., А.Хайдав А., Кисурин В.Н. Выбор пара- ' метров и разработка конструкций долот для станков вращательного бурения. - Изв. вузов. Горный яурнал. 1993, й 5 .

6. Результаты сравнительных испытаний буровых коронок со сплошной и прерывестой режущими кромками на Шарынгольском угольном разрезе./ А.Хайдав, В.А.Перетолчин, Б.В.Чудогашез й др.

- Сб. научн. тр. Монгольского Гос. Университета, вот. I,

- Улан-Батор, 1978, 5 с.

7. Совершенствование буровых работ на Шарынгольском. угольном разрезе Монгольской Народной Республики / В.А.Перетолчин, А.Хайдав, Я.Н.Долгун и др. В кн: Механизация горных работ: Межвузовский сб., вып. I, Кемерово, 1977, с. 190-193. .