автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Обоснование и выбор рациональных параметров технологического процесса шарошечного бурения в условиях карьера

На правах рукописи

НЕХОРОШЕВ ДМИТРИЙ БОРИСОВИЧ

□03055ТБ6

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ В УСЛОВИЯХ КАРЬЕРА

(на примере карьеров ОАО «Ачинский глиноземный комбинат»)

Специальность 05.05.06. - «Горные машины»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск 2007

003055766

Работа выполнена на кафедре «Горные машины и комплексы» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Государственный университет цветных металлов и золота»

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки,

доктор технических наук, профессор Буткин Владимир Дмитриевич

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор - Беляев Александр Евгеньевич Кандидат технических наук - Данилов Александр Петрович

Ведущая организация - ОАО «Красноярскразрезуголь»

Защита диссертации состоится 22 февраля 2007 г. в 12. ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д212.073.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Иркутский государственный технический университет» по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова 83, корпус К, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Иркутский государственный технический университет»

Автореферат разослан 19 января 2007 г.

Ученый секретарь JQ^JJ^, H.H. Страбыкин

диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность и направленность работы. Первоочередным, весьма трудоемким и дорогостоящим производственным процессом на карьерах является высокомеханизированное бурение взрывных скважин, осуществляемое с использованием преимущественно шарошечных долот (более 85 % от всех объемов). На карьерах черной и цветной металлургии, в том числе на карьерах ОАО «Ачинский глиноземный комбинат», являющегося крупнейшим поставщиком глиноземного сырья, скважины бурят почти исключительно станками семейства СБШ-250-270 различных модификаций.

За последние годы экономические условия горного производства резко усложнились, производительность станков стабилизировалась, происходит непрерывное увеличение затрат на бурение, которые в крепких породах достигают 30-35 % от общих затрат на производство горных работ.

К снижению экономичности бурения привела совокупность таких факторов, как значительное удорожание сложных шарошечных долот (ШД) и станков, рост тарифов на электроэнергию, нестабильность качества ШД. Ослаблено было также внимание к правильному выбору типов и режимов эксплуатации буровых долот, на которые приходятся основные (до 65-70 %) расходы на бурение.

Имеют место высокие затраты на электроэнергию, главным образом, из-за несовершенства систем пневматической очистки скважин, в которых за всю историю применения станков СБШ принципиальных изменений не произошло. С проблемой оптимизации систем очистки скважин связано также отсутствие отработанной технологии проходки скважин в аномальных гидрогеологических условиях (закарстованные и глинистые зоны), которые характерны для отдельных участков карьеров ОАО «АГК» и других. Положение усугубляется тенденцией к приобретению не всегда выгодных, весьма дорогих зарубежных ШД, а также ростом масштабов применения долот увеличенного диаметра (250-270 мм против 160-216 мм), стоимость и энергоемкость которых возрастает в 1,5-2 раза.

В настоящее время, в обстановке эволюционного изменения качества и параметров буровых станков и долот, основным резервом повышения эффективности буровых работ является оптимизация процесса бурения непосредственно на карьерах. Только путем экспериментов на буровых станках могут быть получены адекватные технологические зависимости для определения оптимальных параметров процесса бурения, обеспечивающих существенное повышение производительности и экономичности буровых работ.

Таким образом, проведение исследований, направленных на обоснование и выбор рациональных параметров процесса шарошечного бурения непосредственно в условиях действующего карьера, является актуальной научной задачей.

Объект исследования - техника и технология бурения на карьерах.

Предмет исследования - технологический процесс бурения в условиях производства.

Диссертация основана на материалах и результатах исследований, проведенных с участием автора в течение 1999-2005 гг. на кафедре «Горные машины и комплексы» ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ» по научно-техническим программам Минобразования РФ («Разработка перспективных способов и устройств для бурения крепких пород», 1999 г.), НТП («Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», 2003-2004 гг.), заказчик: Минобразования и науки РФ (№ гос. регистрации 01200309829) и по прямым договорам с ОАО «Ачинский глиноземный комбинат» и ООО «Черногорская угольная компания» (№ 852/00,2000-2002 гг.; № М-04-01, 2004 г.).

Целью диссертационной работы является повышение производительности и экономичности буровых работ за счет установления рациональных параметров технологического процесса бурения непосредственно в условиях карьера.

Основная идея работы состоит в максимальной адаптации математической модели системы «горная порода - буровое долото - буровой станок» к горно-геологическим и горнотехническим условиям действующего горнодобывающего предприятия.

Основными задачами исследований являются:

• оценка современного состояния буровой техники и технологии и определение приоритетных направлений совершенствования технологического процесса бурения на карьерах;

• исследование основных факторов и критериев оценки эффективности процесса бурения взрывных скважин для построения целевой функции;

• обоснование выбора математических моделей процессов, происходящих в натурной системе «горная порода - буровой инструмент - буровой станок» и разработка алгоритмов оптимизации процесса бурения в условиях карьера;

• разработка способов и средств совершенствования процесса очистки скважин с учетом особенностей бурения в осложненных гидрогеологических условиях;

• разработка инженерных методик выбора в условиях карьера рациональных режимов бурения, типов шарошечных долот и прогнозирования оптимальных параметров и показателей процесса бурения.

Методы исследований: анализ и обобщение опубликованных теоретических разработок, а также производственных данных по применению и испытаниям средств бурения отечественного и зарубежного производства; проведение производственных экспериментов на буровых станках СБШ-250МНА и РД-10 для получения характеристик процесса бурения; лабораторный эксперимент; математическое моделирование натурного процесса шарошечного бурения; технико-экономический анализ; обработка, анализ и обобщение экспери-

ментальных данных с помощью методов математического анализа, математической статистики и графоаналитических методов, расчетов на ЭВМ и другие (с использованием компьютерных программ в системе 5ТАТ18Т1СА-51а15ой).

Основные научные положения, представленные к защите:

1. Вследствие квадратичной зависимости удельных затрат на бурение от коэффициента крепости пород и преобладания расходов на ШД основным источником повышения эффективности функционирования всей буровой системы «горная порода - буровое долото - буровой станок» является выбор типа долота и параметров его отработки в соответствии с физико-механическими свойствами пород конкретного месторождения.

2. В условиях карьера оптимизацию процесса шарошечного бурения целесообразно осуществлять на основе базовой технологической зависимости механической скорости бурения от текущей проходки долота с экспериментальным определением показателя интенсивности износа долота в натурных условиях. Оптимальный процесс бурения достигается в области объемного разрушения пород при соответствии соотношения скорости бурения и стойкости долота минимуму удельных затрат на бурение.

3. При использовании на станках СБШ нового пневмо-эжекционного способа очистки скважин достигается существенное снижение энергоемкости и увеличение скорости бурения как сухих, так и закарстованных массивов за счет искусственного создания винтообразного движения шлама в затрубном пространстве скважины и более интенсивного и безвозвратного удаления выбуренной породы из призабойной зоны. По сравнению с пневмоочисткой обеспечивается возможность повышения скорости бурения и снижения необходимой энергии в 1,2-1,3 раза.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются следующим: сочетанием теоретических исследований, экспериментов на буровых станках и опытно-промышленных испытаний различных ШД, новых способов и устройств очистки скважин, проведенными на карьерах ОАО «АГК» и разрезе «Черногорский»; применением апробированных методов идентификации процессов бурения и построения математических моделей базовых технологических зависимостей; удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования с опытными данными и результатами экспериментов в производственных условиях (с точностью до 10-15 %). Использованные в расчетах корреляционные зависимости соответствуют преимущественно II классу стабильности (точности) горнотехнических показателей и расчетов (коэффициент вариации 10-20 и <10 %), считающиеся в горном деле «практически точными».

Научная новизна работы состоит в следующем:

• в обосновании целесообразности использования экспериментально-аналитической зависимости скорости бурения от текущей проходки шарошечного долота в качестве базовой для оценки эффективности разрушения горных пород и интенсивности износа бурового инструмента при промышленном бурении взрывных скважин;

• в обосновании принципа соответствия соотношения механической скорости шарошечного бурения и стойкости ШД минимуму удельных затрат на бурение в качестве основного для оптимизации процесса бурения в реальных условиях проходки скважин;

• в совершенствовании экономико-математической модели функционирования технологической системы «горная порода - буровой инструмент -буровой станок», отображающей закономерности физических процессов разрушения породы и износа долота в скважине, их взаимосвязь с технико-технологическими параметрами и условиями эксплуатации средств бурения;

• разработке нового пневмо-эжекционного способа очистки скважин и выяснении его технологических особенностей и эффективности;

• установлении квадратичной зависимости удельных затрат на бурение от коэффициента крепости горных пород;

• разработке алгоритмов выбора рациональных типов шарошечных долот и определения оптимальной их стойкости и продолжительности работы в натурных условиях.

Практическая полезность исследования состоит в разработке:

• методики выбора рациональных типов шарошечных долот и параметров технологического процесса бурения в условиях действующих карьеров;

• методики оценки ресурса и эффективности специализированных ШД;

• пневмоэжекционного способа и устройства очистки скважин (патент № 2281378 РФ от 10.08.2006 г.), значительно улучшающих технико-экономические показатели работы буровых станков типа СБШ и расширяющих их технологические возможности, включая бурение в осложненных гидрогеологических условиях;

• новых моделей специализированных буровых долот (патенты № 2257457 РФ, № 2264521 РФ и № 2250344 РФ), повышающих эффективность бурения скважин в сложноструктурных породных массивах и в закар-стованных зонах;

• методики экспериментального определения параметров базовых технологических зависимостей на буровых станках.

Реализация результатов работы. Научные разработки и рекомендации работы осваиваются на карьерах ОАО «АГК», в частности:

• методические рекомендации используются при выборе рациональных типов долот, что позволило определить модели ШД типа 244,5ТКЗ-ПВ и 250,8ТКЗ-ПВ в качестве основных для Мазульского карьера, обеспечивающих экономический эффект более 1,5 млн руб. в год;

• пневмо-эжекционный способ очистки скважин с устройством ШПЭ-244,5 испытан на станках СБШ-250МНА в различных горно-геологических условиях на Мазульском карьере. Его применение в сравнении с пневматической очисткой повышает скорость бурения на 14-33 %, снижает расход электроэнергии на 16-32 %, что позволяет получить годовой экономический эффект по карьеру более 4 млн руб.

• испытаны и намечены к реализации высокоскоростные долота ДЗДШ-244,5-У, применение которых в сочетании с пневмо-эжекционной очисткой скважин при бурении на участках с осложненными гидрогеологическими условиями позволяет получить годовой экономический эффект более 3 млн руб.

• использование принципа разборности ШД характеризуется снижением удельных затрат на бурение в условиях карьеров ОАО «АГК» на 15-20 %.

В учебном процессе материалы исследования используются при чтении лекций, выполнении курсовых и дипломных работ. Стенд «пневмо-эжекци-онный способ очистки скважин» применяется в научно-исследовательских работах студентов и аспирантов. Разработанные новые технические решения по конструкциям ШД являются предметом НИР студентов и аспирантов.

Личный вклад соискателя в работу состоит: в сборе и анализе информации о показателях бурения на различных карьерах; проведении экспериментов на буровых станках; выборе базовых технологических зависимостей и методов определения их параметров; в математическом моделировании процесса бурения; проектировании элементов новых моделей специализированных ШД; в разработке, испытаниях и выяснении особенностей и эффективности пневмо-эжекционного способа очистки скважин.

Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные ее результаты представлялись, докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Красноярск, 2005 г.); на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2005 г.); на совещаниях ОАО «АГК» (Ачинск, 2004 г.); на научных заседаниях кафедры ГМиК «ГУЦМиЗ» (Красноярск, 2005, 2006 гг.); на межвузовской научно-практической конференции «Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка социально-экономического развития общества» (Красноярск 2006 г.); на научно-практической конференции «Игошинские чтения» (Иркутск, 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ. Ряд аспектов освещен в двух монографиях, восьми статьях (3 из них в центральных технических журналах) и четырех патентах на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Содержит 177 страниц машинописного текста, включая 42 рисунка, 30 таблиц и библиографический список из 115 наименований.

Введение содержит общую характеристику работы, обоснование актуальности исследований, их научной и практической значимости.

В первой главе дана оценка состояния и направлений совершенствования технологии бурения на карьерах, определены задачи и методы исследований.

Вторая глава содержит исследование основных факторов, структуры и критериев оценки эффективности технологического процесса шарошечного бурения на карьерах. В ней дан анализ технико-экономических показателей бурения на карьерах с учетом влияния крепости пород.

Третья глава посвящена математическому моделированию и определению оптимальных параметров функционирования системы «горная порода -буровой инструмент - буровой станок» в условиях карьера.

Четвертая глава посвящена совершенствованию технологии и средств очистки скважин при шарошечном бурении в условиях карьера. В ней изложена концепция нового пневмо-эжекционного способа очистки скважин; показаны его преимущества и технико-экономические показатели на основе опытно-промышленных испытаний.

Пятая глава посвящена оценке режимов и систематизации методов оптимизации процесса бурения в условиях карьера. В ней даны инженерная методика определения рациональных режимных параметров и обобщенная методическая схема совершенствования процесса бурения на карьере с учетом применения специализированных разборных шарошечных долот.

В заключении обобщены основные результаты, полученные в работе.

В приложении приведены материалы о внедрении результатов диссертационной работы.

Автор выражает искреннюю благодарность кафедре «Горные машины и комплексы» за практические советы и моральную поддержку, а также профессору, д-р техн. наук A.B. Гилеву и доц. В.Т. Чеснокову за ценную методическую помощь и совместное участие в опытно-промышленных испытаниях и экспериментах. Особую признательность автор выражает научному руководителю профессору В.Д. Буткину.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

За полувековую историю применения на карьерах страны шарошечного способа проходки взрывных скважин (занимающего более 85 % всех объемов бурения) усилиями коллективов научно-исследовательских институтов, вузов и машиностроительных заводов созданы и освоены отечественные буровые станки семейств СБШ-250-270 и СБШ-200, а также шарошечные долота различного типа.

В этой области накоплено достаточно много знаний. Значительный вклад в развитие теории и практики шарошечного бурения на карьерах внесен трудами Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, Б.А. Симкина, В.Д. Буткина, А.Е. Беляева, К.Е. Виницкого, Ю.Е. Воронова, A.A. Жуковского, Б.А. Кутузова, Б.А. Катанова, Л.И. Кантовича, Г.М. Крюкова, Ю.А. Нанкина, В.А. Перетол-чина, Р.Ю. Подерни, Н.Я. Репина, H.H. Страбыкина, А.Ф. Суханова и др.

Важное значение имеют исследования в области разрушения горных пород и глубокого бурения О.Д. Алимова, Л.И. Барона, Г.Д. Бревдо, Л.Б. Глатма-на, Р.Х. Гафиятуллина, Л.Т. Дворникова, Е.А. Козловского, B.C. Федорова, Ф.А. Шамшева, Л.А. Шрейнера, К.А. Чефранова и др.

Вместе с тем непосредственно на карьерах бурение не является пока строго научно управляемым процессом. Существующие теоретические методы оптимизации процесса бурения носят общий характер, требуют привлечения огромного количества быстро меняющихся исходных данных и в практике карьеров не используются.

В настоящее время, по мнению большинства исследователей в области бурения как взрывных, так и глубоких скважин, наиболее обоснованные решения по выбору режимов работы и назначению ресурсов буровой техники могут вырабатываться, как правило, только непосредственно на горных предприятиях с учетом конкретных горно-геологических и технологических условий ведения БВР с постановкой технологических исследований в производственных условиях.

Выполненные исследования в указанном направлении позволили обосновать ряд научных положений, излагаемых ниже по основным разделам работы.

1. Основные факторы, критерии оценки и направления совершенствования технологического процесса бурения в условиях карьера

Выполненный анализ промышленных данных бурения на карьерах показал закономерное и существенное влияние крепости пород на все технико-экономические показатели проходки скважин, которое иллюстрируется графиками (рис. 1), построенными с учетом современных цен на средства бурения, уровня использования их технических возможностей и затрачиваемых ресурсов. Характерно, что в настоящее время в себестоимости бурения пород крепостью / >10-12 преобладают расходы на ТПД, составляющие 60-64 % от всех затрат. Поэтому важно было выявить ключевые зависимости выходных параметров забойного процесса работы ШД - проходки на долото (стойкости) £ и скорости бурения V от крепости пород в реальных условиях.

С этой целью проводились экспериментальные исследования в производственных условиях Мазульского известнякового и Кия-Шалтырского карьеров ОАО «Ачинский глиноземный комбинат», которые сходны по мощности и технологическим комплексам со многими горнорудными карьерами, на которых используются однотипные станки СБШ-250 МНА (15 шт.). Горные породы Кия-Шалтырского нефелинового рудника (КШНР) обладают достаточно высокой прочностью (табл. 1). Породы Мазульского карьера также разнообразны по виду (известняки, диабазы, порфириты, брекчии) и крепости (от /=1 до /=18,6), но основная продуктивная толща - известняк, который имеет предел прочности при сжатии до 108,9 МПа. Породы обоих карьеров по классификации Барона-Глатмана относятся в основном к средне абразивным.

Наиболее стабильные условия имели место при проходке промышленных скважин в известняке, где коэффициент вариации показателей бурения со-

ставлял 10-20 %. Использовались также обширные экспериментальные данные испытаний ШД различного типа в разнообразных породах.

а /=12-14 /-15 18

□ буровой инструмент ■ чистое бурение

□ вспомогательные машинные операции 6 аподготов.-заключительные операции

Сменная производительность станка, м Себестоимость бурения, руб/м

Рис. 1. Влияние крепости пород на показатели бурения (станки СБШ-250МНА, шарошечные долота диаметром 244,5-250,8 мм типа ТКЗ, К и ОК): а - структура сменных и удельных затрат (руб/м) на бурение; б - динамика производительнос ти и себестоимости бурения

M-1G ^12-14 M5-1S

f=8-10 f=12-1i 15-1В

Таблица 1

Оценка буримое™ и крепости ряда горных пород карьеров ОАО «АГК»

Карьер Горная порода Стойкость долот d =244,5, средняя,м Основное время бурения, мин/м Категория буримости по ЦБПНТ Коэффициент крепости / Типы шарошечных долот

Мазульскяй Известняк 600/400 2, [-2,3 IX-X 8-10 ТЮ,ТП К, ТКЗ

Кия- Шалтырсхий Уртитм (нефелин) 952 3,7-4,2 XII-X1I1 10-12

Роговики, скарны 545 4,2-5,0 XHI-XIV 12-14 К, OK

Габбро 385 6-6,6 XV 14-15 OK

Исследование большого количества данных подтвердило ранее установленные рядом исследователей (Л.А. Шрейнер, В.Д. Буткин, A.A. Жуковский, A.C. Телешов и др.) квадратичную зависимость t(f) и гиперболическую зависимость V(f):

Z = Rlf2 (1). V = Kjf, (2)

где R - коэффициент, обобщенно отражающий ресурс стойкости (уровень качества) ШД; Ку - коэффициент, характеризующий зависимость V(f) при условии эффективного разрушения породы долотом той или иной конструкции (типа).

Корреляционная зависимость (1) характеризуется корреляционными отношениями 0,82 и Ц//(- 0,7 при обработке 1433 показателей стойкости

ШД в породах с / от 3 до 20.

Установлено соответствие моделей (1) и (2) условиям промышленного бурения на карьерах ОАО «АГК».

У

Д к

Рис. 2. Структура и основные элементы обобщенной модели процесса бурения

Для оптимизации функционирования системы «горная порода - буровой инструмент - буровой станок» (ГП - БИ - БС) в условиях карьера в качестве основного критерия эффективности приняты удельные затраты на бурение (£ -критерий). Этот критерий стал общепризнанным (в том числе в глубоком бурении), отражающим технические, экономические и энергетические особенности проходки скважин. При анализе и систематизации более 25 факторов, влияющих на процесс бурения, выделены основные их группы (рис. 2).

В общем виде ^-критерий выражается функцией

5 = ф(7,У,ДЛГ,/,р), (3)

где параметры указаны на рис. 2.

Для заданных технико-экономических условий бурения на данном карьере математическая модель 5 -критерия имеет вид

7>Г у) + £(/,:у)'

где А - стоимость машино-смены бурового станка (без затрат на долото); /в -удельные затраты на вспомогательные машинные операции (для СБШ-250МНА /в~ 1 мин/м); Тс — продолжительность смены; т] - коэффициент эффективного использования станка в течение смены; Сд - стоимость долота.

Структура модели (4) отвечает условию многофункциональности. При соблюдении оптимальных режимов бурения и соответствия типа ШД крепости породы на основании (1) и (2) имеем

(4)

Тст\

К,

<У2

Л

(5)

Закономерность изменения 5-критерия от крепости выражается квадратичной функцией и при / = 0 имеет минимум со значением 5 = Л/Тст\.

руб/м

Рис. 3. Изменение расчетных значений удельных затрат на бурение станками СБШ-250МНА в зависимости от крепости пород /: 1 - по опытным данным Кия-Шалтырского карьера при соответствии режимов бурения, типов ШД и скорости проходки скважин условиям эффективного разрушения пород; 2 - область расчетных значений по фактическим показателям бурения на различных карьерах; А - область конкуренции ШД и режущих долот; Б - область эффективности ШД; В - критические условия для ШД

' А' г

/о ; о/Ц Г

Л / /' ¿У: 0 г

# Г/Ф / ¿¡к':- ✓ ✓

^ 1

К-

10 12 И 16 18 :о /

ч

Сопоставление (рис. 3) удельных затрат, рассчитанных по опытным данным бурения на карьерах различных регионов, с оптимальными значениями

для Кия-Шалтырского карьера указывает на большие резервы повышения эффективности буровых работ.

Значительный разброс промышленных данных имеет множество причин объективного и субъективного характера. Но наиболее значимыми являются факторы качества ШД и соответствие их конструкции и режимов отработки показателям свойств горных пород. Для большинства карьеров характерна высокая степень изменчивости крепости пород в пределах скважины, поэтому ШД значительное время вынужденно работает не в оптимальной области. В работе установлено, что при прочих равных условиях производственные показатели себестоимости бурения и стойкоста ШД даже одного типа могут отличаться в 3-4 раза, причем с ростом крепости пород эта разница показателей увеличивается.

Таким образом, формулируется первое научное положение:

Вследствие квадратичной зависимости удельных затрат на бурение от коэффициента крепости пород и преобладания расходов на ШД основным источником повышения эффективности функционирования всей буровой системы «горная порода - буровое долото - буровой станок» является выбор типа долота и параметров его отработки в соответствии с физико-механическими свойствами пород конкретного месторождения.

2. Математические модели и решения по выбору рациональных параметров технологического процесса бурения в условиях карьера

Задача оптимизации сложного процесса бурения непосредственно в условиях карьера имеет свои особенности. Для ее решения одним из главных является вопрос выбора форм и метода определения параметров базовых технологических зависимостей для оценки эффективности разрушения горных пород и интенсивности износа ШД при промышленном бурении.

Большинство исследователей принимают экспоненциальный закон падения скорости бурения в процессе работы долота, используя зависимости вида:

где F0 - начальная скорость бурения; t - время чистого бурения; ф - коэффициент интенсивности уменьшения скорости бурения вследствие изнашивания долота.

Уравнения (6) и (7) не отражают асимптотический характер зависимостей V(t) и f.(t). Обработка нами экспериментальных данных по методу смещенных гипербол, предложенному проф. М.М. Протодьяконовым (младшим), показала, что процесс бурения современными ШД можно аппроксимировать уравнениями:

V(t)=V0e-*>

(6),

¿(0= V/(' + 'o) (8),

(9)

где £т - теоретическая максимальная проходка долота; - постоянная времени бурения (по определению М.М. Протодьяконова).

Рассмотренные зависимости У(() и £(() раздельно не раскрывают непосредственно взаимосвязь параметров V и £. Учитывая специфику работы и приборное оснащение станков типа СБШ, целесообразно использовать зависимость у(£).

Проф. В.Д. Буткин установил соответствие уравнений (8) и (9) уравнениям (6) и (7), выявил важную, ранее не отмеченную связь параметра г0 с декрементом падения скорости бурения <р:

'о=гт/ко =~ (10)

Ф

и на этой основе получил зависимость У(() в следующей форме:

Г(')-Го

/

ет

1-т- • (">

Здесь физический смысл параметра tй трактуется как соотношение заложенных в конструкцию ШД теоретического потенциала его стойкости £т и начальных скоростных возможностей Уй. При этом износ долота учитывается закономерностью изменения начальной скорости бурения не во времени /, а в функции текущей проходки долота £. Зависимость (11) выбрана нами в качестве базовой и приводится к известному виду:

г(е) = г0-%-е = г0-&. (12)

Зависимость вида У = У0 - <р£ отмечена и в глубоком бурении (К.А. Чефра-нов, Г.Д. Бревдо, Ф.А. Шамшев и др.). Следовательно, полученное с помощью метода смещенных гипербол уравнение (11) адекватно описывает закономерную взаимосвязь У(£) в области объемного разрушения пород шарошечными долотами. Теоретическое обоснование базовой зависимости У(£) подтверждается также экспериментами, выполненными на станках СБШ-250МНА и СБШ-250/270(РД-10) в условиях карьеров ОАО «АГК» и на Черногорском разрезе. Расчеты параметров зависимости (12) графоаналитическим способом и по методу наименьших квадратов характеризовались точностью не менее 8 %, так как выбирались блоки с достаточно стабильными свойствами пород или усредняющие интервалы наблюдений.

Графическая интерпретация функции У(£), совмещенной с зависимостью удельных затрат на бурение от текущей проходки ШД, дана на рис. 4.

При объемном разрушении породы (участок АБ на рис. 4)по мере увеличения текущей проходки долота £ скорость бурения У уменьшается (вследствие износа долота) по линейному закону до момента отказа (точка Б) доло-

та, точнее, до момента перехода объемного разрушения породы (скорость Кк0 на рис. 4) в режим истирания. На карьерах отказ долота происходит в 80-90 % случаев вследствие износа и заклинивания опор шарошек, когда шарошки перестают вращаться и происходит форсированный износ остаточной рабочей поверхности, что сопровождается ускоренным падением скорости бурения. Этот типичный случай окончания работы долота показан участком БД на графике (рис. 4).

Рис. 4. График изменения удельных затрат на бурение 5 и показателей забойного процесса разрушения горных пород (скорости бурения V и текущей проходки долота () при неизменных типе долота, режимных параметрах и свойствах пород

Для разработки необходимых алгоритмов устанавливается взаимосвязь физического процесса разрушения породы в скважине с экономико-техническими параметрами и условиями эксплуатации средств бурения на данном карьере.

С учетом (11) математическая модель удельных затрат на бурение имеет вид

Уо\ 1-

(13)

где у - стоимость обеспечения машино-часа работы станка за время его производительной работы, у — —.

Тсг\

Условие (¡Б/М = 0 дает уравнение, решение которого приводит к формуле оптимальной стойкости долота:

которая преобразуется к более обобщенному виду:

^ -1 Го , / ( У ГЛ

/ 1Сд

^опт - Г0

3 У

(14)

(15)

где К, - интегральный показатель экономико-организационных условий бу-

у А

рения на конкретном карьере, К3 = — =

Сд СдГсл

При использовании условия (10) £от определяется выражением:

Величине Iопт соответствует экономически целесообразный уровень скорости бурения У3 0:

" ( ПГ Л 1-

£-1

ф

(17)

Из полученных формул четко видно, что оптимальные показатели работы ШД определяются соотношением экономических и физических («разру-шенческих») факторов технологического процесса бурения. При этом, как показал анализ, большое влияние на результаты бурения оказывает соотношение стоимости машино-смены и стоимости долота (А/Сл), а также время продуктивной работы станка в течение смены (Гст\).

Наиболее выгодные удельные затраты на бурение определяются уравнением:

*от { о ~~ Ф опт)

При преждевременной замене (или отказе) долота (£ = £1 « £от, рис. 4) или передержке его на забое скважины (£-£3> £от) ресурсные и скоростные возможности буровой системы используются не рационально, что приводит к экономическим потерям (5 > 5т|п).

Выбор рационального типа ШД основывается на сравнении удельных затрат 56т!п при бурении базовым долотом и новым (рекомендуемым) 5нт!п, т.е. определяется условием 5нт|п<55т1п. Распространенная практика выбора ШД только по условию £„>£б без экономической оценки часто приводит к неправильным решениям.

Выбор типов и прогнозирование показателей работы ШД необходимо осуществлять при условии соблюдения рациональных режимов бурения, обеспечивающих объемное разрушение пород, которое соответствует линейному участку зависимости У(£) (рис. 4, отрезок АБ).

Анализ практики эксплуатации станков СБШ-250МНА на карьерах ОАО «АГК» и других показал, что машинисты придерживаются средней величины скорости вращения долота со = 100 об/мин (из соображений приемлемого из-

носа ШД и исключения вибраций), а осевую нагрузку Р устанавливают не выше допустимой по прочности долота, указанной в паспорте ШД. Поэтому для ускоренного определения рационального режима бурения можно исходить из достижения частного минимума функции при фиксированном значении со. Целесообразность такого подхода подтверждается выполненными экспериментами.

На рис. 5 представлена экспериментальная зависимость У(Р), полученная при бурении известняка долотом типа 244,5-ТКЗ-ПВ на станке СБШ-250МНА в условиях Мазульского карьера.

V, м/ч -А А

Рис. 5. Экспериментальная зависимость скорости бурения V и тока J якоря двигателя вращателя от осевой нагрузки Р на долото (известняк, /ср = 9, Мазульский карьер)

Каждая точка на графике является средней из 4-5 измерений. Точка Б относится к осевой нагрузке Р3 = 200 кН, рекомендуемой заводом, а точка С - к предельно допустимой для конструкции ШД. Полученная зависимость соответствует теоретической 5-образной кривой и описывается известным уравнением квазилогистической функции:

V = + (РС/Р)2] = Км/[1 + (Ре/Р)2], (19)

где /гм - предельная глубина разрушения забоя за один оборот долота; Уы -предельная скорость бурения, соответствующая Им; Рс - осевая нагрузка, соответствующая максимуму силового градиента Jv = V/Р и максимальной стойкости ШД.

При ей = 100 об/мин определено, что Ам= 0,0133 м/об., 80 м/ч, Рс = 240 кН. Достаточно четко выделяются (рис. 5) области различного вида разрушения породы (I - поверхностное разрушение, II - усталостное, III -объемное, IV - объемное с ограничением). Рациональная нагрузка Рс = 240 кН, соответствующая условию V = Уи /2, близка к предельно допустимой для ис-

пытанного долота и по сравнению с рекомендуемой заводом обеспечивает рост скорости бурения примерно на 10 %.

Зависимость вида (19) принята в качестве базовой, позволяющей путем небольшого промышленного эксперимента в процессе работы станка (пользуясь имеющимися на пульте приборами) устанавливать режимные параметры, обеспечивающие работу ШД в области объемного разрушения породы.

Таким образом, обосновывается второе научное положение:

В условиях карьера оптимизацию процесса шарошечного бурения целесообразно осуществлять на основе базовой технологической зависимости механической скорости бурения от текущей проходки долота с экспериментальным определением показателя интенсивности износа долота в натурных условиях. Оптимальный процесс бурения достигается в области объемного разрушения пород при соответствии соотношения скорости бурения и стойкости долота минимуму удельных затрат на бурение.

3. Совершенствование технологии и средств очистки скважин при шарошечном бурении в условиях карьера

Задача совершенствования пневмотранспортной системы станков СБШ связана с режимными параметрами расхода и давления сжатого воздуха, которые сильно влияют на скорость и стоимость бурения. С энергетической стороны основная мощность станков относится к компрессорным станциям, производительность которых на СБШ заводы увеличили с 25 до 32 м3/мин и планируют дальнейшее ее увеличение. Этот негативный путь увеличения расхода воздуха обусловлен крупным недостатком воздуха как промывочного агента. Вследствие его малой плотности при встрече с обводненными глинистыми породами расход воздуха необходимо увеличивать в 2-3 раза. Например, в закарстованных зонах Мазульского карьера происходит 3-4-кратное снижение производительности и стойкости ШД. Эту проблему в опытном порядке решали с помощью шнеко-пневматической очистки (ШПО), которая однако, по целому ряду причин на станках СБШ-250 не нашла применения, а на станках СБШ-200 не применяется совсем из-за патронной схемы враща-тельно-подающего механизма (ВПМ).

Более технологичным и эффективным по сравнению с пневматическим и шнекопневматическим способами является новый пневмо-эжекционный способ очистки скважин, разработанный в ГУЦМиЗе с участием автора.

Концепция пневмоэжекционной очистки (ПЭО) скважин исходит из того, что технологию очистки скважин целесообразно совершенствовать не простым увеличением расхода сжатого воздуха, а качественным изменением процессов движения воздушного потока прежде всего в критических забойной и призабойной зонах скважины.

Одна из предпосылок создания ПЭО состояла в следующем. Рядом исследователей глубокого бурения с промывочной жидкостью высокой плотно-

ста было установлено существенное положительное влияние винтообразного движения шлама в затрубном пространстве на процесс выноса шлама из скважины. Это показано в работах профессоров В.П. Рожкова, Ф.И. Борисова (ГУЦМиЗ), B.C. Федорова и др.

Однако в области бурения взрывных скважин с продувкой эффект винтообразного движения не отмечен, что объясняется малой плотностью воздуха и высокой его скоростью в затрубном пространстве. Возникла идея искусственного его создания в сочетании со шнеком.

В первом приближении увеличенную скорость движения частиц шлама при винтообразном их движении в затрубном пространстве можно выразить формулой:

где Кш - коэффициент влияния эжекционных струй на шаг винтовой траектории и силы взаимодействия буровых частиц со стенками скважины; со - угловая скорость долота; QK - производительность компрессора станка; F -площадь затрубного пространства.

Для конкретного станка величины QK и F постоянны, поэтому создание винтообразного движения воздушно-шламового потока увеличивает его скорость и выносную способность. Рост скорости движения частиц теоретически показал проф. A.B. Гилев. При этом по экспериментальным данным A.C. Денисова за счет винтового движения частиц шлама (мелких фракций) скорость восходящего потока, потребная для удержания их во взвешенном состоянии, уменьшается на 95,7 %. Следовательно, при винтовом движении обеспечивается вынос большего числа крупных частиц, что подтверждается результатами (см. табл. 4) наших экспериментов.

Принципиальная схема одного из вариантов ПЭО представлена на рис. 6. Новый способ очистки реализуется с помощью пневмоэжекционного эвакуатора (ШПЭ), располагаемого (рис. 7) вместо забурника (длиной 2-2,35 м) на конце бурового става, состоящего (в отличие от ШПО) из трубчатых штанг, что позволяет применять ПЭО на станках с любой конструкцией ВПМ.

ПЭО осуществляется следующим образом. Из внутреннего канала короткого шнека 3 часть сжатого воздуха в верхнем участке шнека подается в несколько сопел, ориентированных вверх под острым углом (30-35°) к оси скважин, через которые в затрубное кольцевое пространство истекают с большой скоростью (150 м/с и более) воздушные струи 2. В ШД также могут быть выполнены эжекционные каналы, ориентированные вверх под углом к оси долота.

Наличие шнека, вращающегося с небольшим зазором относительно стенок скважины, в сочетании с эффектом эжекции от вращения достаточно мощных воздушных струй (подобно лопаткам турбины) существенно изменяют процесс движения шлама в призабойной зоне и в затрубном простран-

но)

стве. На забое скважины создаются условия для более интенсивного и своевременного удаления выбуренной породы из под долота на шнек без повторного возврата породных частиц в забой. В затрубном пространстве над шнеком также изменяется характер турбулентности воздушно-шламового потока, который инжектируется, становится менее хаотичным и приобретает более упорядоченную и устойчивую винтовую форму.

Рис. 6. Схема бурового снаряда со шнекоп-невматическим эвакуатором: 1 - долото с эжекционными соплами; 2 - эжекционные потоки; 3 - ШПЭ; 4 - поток сжатого воздуха в штанге; 5 - гладкоствольная штанга; б -вынесенный шлам; 7 - патронный ВПМ; 8 -вертлюг; 9 - ход станка с рамой; 10 - скважина (а - угол наклона шлама у устья)

Эти изменения, в том числе увеличение порозности воздушно-шламового потока и уменьшение объемной концентрации при движении частиц от при-забойной зоны к устью скважины, подтверждены наблюдениями на специально созданном стенде в лабораторных условиях.

Пневмоэжекционный способ очистки скважин испытан на Мазульском карьере ОАО «АГК» на станке СБШ-250МНА, оборудованном компрессором ВК-8/32. Применялся опытно-промышленный образец ШПЭ-244,5 упрощенной конструкции (рис. 7, табл. 2).

Испытания были проведены в два этапа. На первом этапе ШПЭ-244,5 испытывали при бурении закарстованных массивов, представленных обводненными глинисто-гравийными, марганцовистыми породами повышенной абра-

зивности, крепостью / = 4-8, на втором этапе - при бурении известняков крепостью / = 8-10.

Рис. 7. Опытный образец спискового лневмоэжектшонного эвакуатора ШПЭ-244,5

Таблица 2

Техническая характеристика ШПЭ-244,5 и ШПЭ-215,9 для станков СБШ-250МНА и ЗСБШ-200-60

11араметры Значения

ШПЭ-244,5 ШПЭ-215,9

Диаметр долота, мм 244,5 215,9

Наружный диаметр шнека, мм 237 209

Диаметр вала шнека, наружный/внутренний, мм 160/125 140/110

Шаг шнековой спирали, мм 330 300

Угол наклона витка спирали шнека, град. 24 24

Количество эжекционных каналов 4 4

Угол наклона эжекционных каналов к вертикали, фаа. 35 30

Диаметр эжекцнонных каналов, мм 25 20

Длина ШГ1Э, мм 2350 2350

Масса, кг 320 250

Наиболее важными результатами испытаний (табл. 3, 4) являются: увеличение скорости бурения, выход более крупных фракций буровой мелочи и снижение давления сжатого воздуха в циркуляционной системе. В обоих случаях вынос бурового шлама из устья скважины происходил под углом наклонно к ее вертикальной оси, в сторону от буровой штанги, что свидетельствует о винтовом движении воздуш:ю-шламового потока, достигающем поверхности. Поэтому по сравнению с пневмоочисткой буровой шлам оседал на значительно большем расстоянии от устья скважины.

Возврат в скважину вынесенных на поверхность отдельных кусков буровой мелочи, в отличие от пневмоочистки, не наблюдался. Зашламлсния устройства ШПЭ-244,5 и шарошечного долота не происходило. Нагрузка двигателя вращателя (по току якоря двигателя) при бурении известняков снизилась на 10 % - до 90 А. При бурении в закарстованном массиве картина была обратной: ток якоря двигателя вращателя возрастал от 100 до 105 А, что объясняется значительными нагрузками на шнек при прохождении слоев вязких глин и влажных глин исто-гравийных отложений.

Значения параметров режима и показателей бурения с пневмоэжекционной и пневматической очисткой скважин

Значения

Режимы и показатели пневмоочи- пневмоэжек-

спса ционная очистка

Осевое усилие, кН 200-220 200-220

Частота вращения долота, мин 110-125/90 110-125/90

Ток двигателя вращателя, А 100/100 105/90

Давление сжатого воздуха на выходе из компрессора, МПа 0,6/0,5 0,45/0,4

Скорость бурения, м/мин 0,5-0,8/0,3 0,6-0,9/0,4

Примечание. В числителе указано бурение в закарстованном массиве; в знаменателе -бурение известняков.

Таблица 4

Изменение крупности буровой мелочи в процессе бурения известняков при переходе от пневматической к пневмоэжекционной очистке скважины

Размеры частиц шлама, мм <0,50 0,65 1,00 1,60 2,50 3,00 7,00 10,00 20,00 30,00 >30,00 Итого

Соотношение фракций мелочи,% ПО 7,55 1,43 2,92 4,17 5,14 2,48 14,75 7,79 17,02 10,15 26,60 100

ПЭО 4,84 0,93 1,92 2,78 3,50 1,72 10,69 6,03 14,44 9,75 43,40 100

Экспериментальные результаты подтверждают гипотетические теоретические представления о существенном качественном и количественном изменениях процессов движения воздушно-шламового потока в скважине при ПЭО и повышении при этом эффективности забойного процесса разрушения горной породы.

При постоянной производительности компрессоров БС, что характерно в условиях карьера, зависимость необходимой мощности компрессора уУк от давления воздуха в пневмосистеме Рк определяется формулой:

25-2(^-0,714),кВт, (21)

где Кр - коэффициент резерва мощности, Кр = 1,1-1,2; Рк - давление на выходе из компрессора, МПа; Q - производительность компрессора, м3/мин.

По результатам опытно-промышленных испытаний и расчетов в табл. 5 и 6 представлено обобщенное сравнение параметров и технико-экономических показателей бурения станками СБШ-250МНА и ЗСБШ-200-60 в условиях Мазульского карьера. Результаты анализа показывают, что обеспечивается возможность увеличения скорости бурения и снижения необходимого расхода сжатого воздуха и энергии в 1,2-1,3 раза. Применение ПЭО только на этом карьере (5 станков) позволяет получить годовой экономический эффект более 3,6 млн руб.

Параметры и показатели бурения с пневмоэжекционной очисткой в сравнении с продувкой

Промышленные испытания на СБШ-250МНА Расчет для станка ЗСБШ-200

Параметры и показатели d m =203 мм dm = 190 мм

= 244,5 мм da ~ 244,5 мм = 215,9 мм

по ПЭО Изменение, раз ПО ПЭО ПО ПЭО

Компрессор: производительность 0, м3/мии 32 32 const 32 32 32 32

рабочее давление, Рк, МПа 0,5 0,4 -1,25 0,6 0,5 0,45 0,36

мощность привода, , кВт 167 143 -1,17 188 161 142 120

Мощность на вращателе, N , кВт 68 61 -1,11 68 61 68 61

Общая мощность, Мо6щ, кВт 235 204 -1,15 256 222 210 181

Скорость бурения, Уср, и/ч 18 24 +1,33 16,5 22 20 26

Примечание. ПО - пневматическая очистка, ПЭО - пневмоэжекционная очистка с применением ШПЭ-244,5 и ШПЭ-216, с1шт- диаметр штанги, г/д - диаметр долота.

Таблица 6

Технико-экономические показатели эффективности перехода от пневматической к пневмоэжекционной очистке скважин при бурении станками СБШ-250МНА-32 и ЗСБШ-200-60 с расходом сжатого воздуха 32 м3/мин

Показатели Станок СБШ-250МНА Станок ЗСБШ-200-60

Диаметр долота 244,5 мм Диаметр долота 244,5 мм Диаметр долота 215,9 мм

Увеличение сменной производительности станка, % 23,8 24,4 21,1

Уменьшение необходимой мощности приводов компрессора и вращателя, кВт 31 34 29

Снижение расхода электроэнергии, кВт-ч/г. 155148,8 170163,2 145139,2

Снижение затрат на электроэнергию, руб/г. 232723,2 255244,0 217708,8

Снижение удельных затрат на бурение с учетом роста производительности, руб/м 13,0 14,3 11,0

Суммарное снижение затрат на один станок, руб/г. 650000 715000 550000

Особый интерес представляет сочетание ПЭО с предложенным в данной работе высокоскоростным долотом с зубчато-дисковыми шарошками типа ДЗДШ-244,5-У (вместо традиционных ШД), которое открывает возможность создания эффективной технологии проходки скважин в осложненных гидрогеологических условиях.

Проведенные исследования и полученные первые опытно-промышленные данные позволяют полагать, что пневмо-эжекционный способ очистки скважин может сыграть большую роль в развитии буровой техники и технологии на карьерах и является предметом перспективных исследований.

Таким образом, обосновывается третье научное положение:

При использовании на станках СБШ нового пневмо-эжекционного способа очистки скважин достигается существенное снижение энергоемкости и увеличение скорости бурения как сухих, так и закарстованных массивов за счет искусственного создания винтообразного движения шлама в затрубном пространстве скважины и более интенсивного и безвозвратного удаления выбуренной породы из призабойной зоны. По сравнению с пневмоочисткой обеспечивается возможность повышения скорости бурения и снижения необходимой энергии в 1,2-1,3 раза.

В заключительной части диссертации произведена технико-экономическая оценка предложенных в работе новых конструкций специализированных буровых долот, повышающих эффективность бурения скважин в сложнострук-турных породных массивах и в закарстованных зонах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой законченную научно-квалификационную работу, дано решение крупной научной задачи обоснования и выбора рациональных параметров процесса шарошечного бурения в реальных условиях карьеров, обеспечивающее существенное повышение эффективности использования материальных и энергетических ресурсов на открытых горных разработках.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем.

1. В настоящее время одним из основных направлений повышения эффективности буровой техники и технологии на открытых разработках является совершенствование технологического процесса шарошечного бурения непосредственно в реальных условиях действующих карьеров с учетом исключительно высокого влияния на технико-экономические показатели бурения горно-геологических и технологических особенностей разработки месторождений. При этом большое значение имеют оптимизация забойного процесса бурения, интенсификация очистки скважин и обеспечение соответствия типа долот крепости пород.

2. Основным компонентом буровой системы является буровое долото, работоспособность и совершенство конструкции которого, как показывают исследования и практика, решающим образом влияют на эффективность все-

го процесса бурения. В себестоимости бурения пород крепостью / >10-12 преобладают расходы на шарошечные долота, составляющие 60-65 % от всех затрат.

3. Установлено, что удельные затраты на шарошечное бурение (¿"-критерий) станками СБШ-250МНА находятся в квадратичной зависимости от коэффициента крепости пород. Разработанная математическая модель этой зависимости позволяет осуществлять сравнительную оценку показателей бурения на различных карьерах.

4. Показано, что для оценки эффективности разрушения пород и износа шарошечных долот в условиях карьера целесообразно использовать базовую зависимость скорости бурения от текущей проходки долота с определением ее параметров (коэффициентов) экспериментально на буровых станках в процессе их работы.

5. Разработана усовершенствованная экономико-математическая модель технологической системы «забой скважины - буровое долото - буровой станок», отображающая закономерности физических процессов разрушения пород и износа долота в скважине, а также интегрально учитывающая экономико-организационные условия бурения на том или ином карьере.

6. Разработанный новый пневмо-эжекционный способ очистки скважин существенно повышает эффективность процессов разрушения породы и эвакуации бурового шлама на поверхность, устраняет ряд недостатков пневматической и шнеко-пневматической очистки скважин и может быть применен при любом типе вращательно-подающего органа бурового станка. По сравнению с пневмоочисткой обеспечивается возможность увеличения скорости бурения и снижения необходимой энергии в 1,2-1,3 раза.

7. Ключевое значение для характеристики режимов бурения в условиях карьера имеет ^-образная зависимость скорости бурения от осевой нагрузки на долото, которая легко находится экспериментально на буровых станках и позволяет видеть резервы и прогнозировать пути улучшения показателей бурения.

8. Разработана методика оценки ресурса и эффективности специализированных разборных шарошечных долот.

9. Разработана методика выбора рациональных типов шарошечных долот и параметров процесса их отработки, которую рекомендуется использовать в процессе периодически проводимых на карьерах сравнительных испытаний базовых и новых конструкций долот.

10. Значительная технико-экономическая эффективность научных разработок и технических решений, приведенных в диссертации, подтверждается их опытно-промышленными испытаниями и внедрением, проведенными в условиях ОАО «Ачинский глиноземный комбинат».

Основные опубликованные работы по теме диссертации

1. Буткин, В. Д. Опыт и развитие технологии силового бурения резанием на карьерах [Текст] / В. Д. Буткин, А. В. Гилев, В. Т. Чесноков, Д. Б. Нехорошее [и др.]. - М.: МАКС Пресс, 2005. - 304 с.

2. Буткин, В. Д. Проектирование буровых долот для открытых горных, земляных и строительных работ [Текст] / В. Д. Буткин, А. В. Гилев, Д. Б. Нехорошев [и др.]. - М.: МАКС Пресс, 2005. - 240 с.

3. Нехорошев, Д. Б. Технико-экономический анализ шарошечного бурения на карьерах [Текст] / Д. Б. Нехорошев // Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка социально-экономического развития общества: сб. науч. тр. - Красноярск, 2006. -С. 182-187.

4. Буткин, В. Д. Прогнозирование стойкости и расхода шарошечных долот [Текст] / В. Д. Буткин, Д. Б. Нехорошев, Г. Н. Шаповаленко // Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка социально-экономического развития общества: сб. науч. тр. - Красноярск, 2006.-С. 187-194.

5. Нехорошев, Д. Б. Технико-экономическая эффективность разборных буровых шарошечных долот [Текст] / Д. Б. Нехорошев, Д. С. Догадин // Совершенствование технологии производства цветных металлов: сб. науч. тр. -Красноярск, 2005. - С. 50-54.

6. Буткин, В. Д. Специализированные долота для буровых работ в карьерах [Текст] 1 В. Д. Буткин, А. В. Гилев, В. Т. Чесноков, Д. Б. Нехорошев // Горный журнал. -2004. - №5.-С. 38-42.

7. Пат. 2257457 РФ, МПК7 Е21В 10/20, 10/22. Буровое шарошечное долото (Варианты) [Текст] / Буткин В. Д., Гилев А. В., Чесноков В. Т., Нехорошев Д. Б. [и др.]. - №2003137271/03; заявл. 24.12.03; опубл. 27.07.05, Бюл. №21.

8. Butkin, V. Improving Drilling Equipment for Surface Mining [Text] / V. Butkin, A. Gilev, V. Chesnokov, D. Nekhoroshev [et fl.] // Russian Mining. -2003.-№ 6.-P. 40-44.

9. Пат. 2250344 РФ, МПК7 E21B 10/62, 10/12. Буровое долото с переменным породоразрушающим вооружением [Текст] / Буткин В. Д., Гилев А. В., Чесноков В. Т., Нехорошев Д. Б. [и др.]. - 2003131924/03; заявл. 30.10.03; опубл. 20.04.05, Бюл. № 11.

10. Буткин, В. Д. Вопросы модернизации буровой техники и технологии на современном этапе развития угольных разрезов [Текст] / В. Д. Буткин, А. В. Гилев, Г. Н. Шаповаленко, Д. Б. Нехорошев // Уголь. - 2004. - № 10. -С. 34-38.

11. Пат. 2281378 РФ, МПК Е21В 10/44, 49/00. Способ эвакуации бурового шлама из скважины и устройство для его осуществления [Текст] / Буткин В. Д., Гилев А. В., Чесноков В. Т., Нехорошев Д. Б. [и др.]. - № 2004131410/03; заявл. 27.10.04; опубл. 10.08.06, Бюл. № 22.

12. Пат. 2264521 РФ, МПК7 Е21В 10/12. Буровое долото режуще-вращательного типа [Текст] / Буткин В. Д., Гилев А. В., Нехорошев Д. Б. [и др.]. - № 2004122963/03, заявл. 26.07.04; опубл. 20.11.05, Бюл. № 32.

13. Буткин, В. Д. Об инструментах и технологиях бурения в сложно-структурных толщах горных пород на карьерах [Текст] / В. Д. Буткин, А. В. Гилев, В. Т. Чесноков, Д. Б. Нехорошев // Современные технологии освоения минеральных ресурсов: сб. науч. тр.- Красноярск, 2004. - Вып. 2. - С. 212-216.

14. Буткин, В. Д. Создание специализированных буровых долот для карьеров [Текст] / В. Д. Буткин, А. В. Гилев, В. А. Махинин, Д. Б. Нехорошев // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сб. науч. тр. -Иркутск, 2004. - Вып. 4. - С. 200-204.

Отпечатано на участке множительной техники ГОУ ВПО «Гос. ун-т цвет, металлов и золота» 660025, г. Красноярск, ул. Вавилова, 66 а Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,62. Тираж 110 экз.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ И НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ БУРЕНИЯ НА КАРЬЕРАХ. ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Состояние, тенденции и проблемы развития буровой техники и технологии на открытых горных работах.

1.2. Резюме. Задачи и методы исследования.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ФАКТОРОВ

И КРИТЕРИЕВ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ШАРОШЕЧНОГО БУРЕНИЯ НА КАРЬЕРАХ.

2.1. Анализ структуры и критериев оценки эффективности функционирования технологической системы «горная порода буровой инструмент - буровой станок».

2.2. Анализ технико-экономических показателей шарошечного бурения на карьерах с учетом влияния крепости горных пород.

Выводы.

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ «ГОРНАЯ ПОРОДА - БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ -БУРОВОЙ СТАНОК» В УСЛОВИЯХ КАРЬЕРА.

3.1. Оценка методических подходов к разработке математических моделей процесса бурения.

3.2. Обоснование и выбор математических моделей базовых технологических зависимостей натурного процесса шарошечного бурения

3.3. Математические модели и решения по выбору рациональных типов долот и прогнозирование оптимальных технико-экономических показателей процесса бурения в условиях карьера.

Выводы.

Глава 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВ ОЧИСТКИ СКВАЖИН ПРИ ШАРОШЕЧНОМ БУРЕНИИ В УСЛОВИЯХ КАРЬЕРА.

4.1. Вопросы теории и особенности технологии очистки скважин с использованием энергии сжатого воздуха.

4.2. Теоретические предпосылки создания и сущность пневмо-эжекционного способа очистки скважин.

4.3. Особенности и технические преимущества устройств для бурения с пневмо-эжекционной очисткой скважин.

4.4. Опытно-промышленные испытания и определение технико-экономических показателей пневмо-эжекционной очистки взрывных скважин.

Выводы.

Глава 5. ОЦЕНКА РЕЖИМОВ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА БУРЕНИЯ В УСЛОВИЯХ КАРЬЕРА.

5.1. Оценка режимных параметров разрушения горных пород при шарошечном бурении в условиях карьера.

5.2. Влияние особенностей специализированных шарошечных долот на выбор рациональных параметров и эффективность процесса бурения.

5.3. Обобщенная методическая схема оптимизации технологического процесса бурения в условиях карьера.

Выводы.

Первоочередным, весьма трудоемким и дорогостоящим производственным процессом на карьерах является высокомеханизированное бурение взрывных скважин, осуществляемое с использованием преимущественно шарошечных долот (более 85 % от всех объемов). На карьерах черной и цветной металлургии, в том числе на карьерах ОАО «Ачинский глиноземный комбинат», являющегося крупнейшим поставщиком глиноземного сырья, скважины бурят почти исключительно станками СБШ-250МНА различных модификаций, используя шарошечные долота (ШД) диаметром 244,5; 250,8 и 269,9 мм.

За последние годы экономические условия горного производства резко усложнились, производительность станков стабилизировалась, происходит непрерывное увеличение затрат на бурение, которые достигают 30-35 % от общих затрат на горные работы. В то же время объемы бурения на карьерах России в ближайшие десятилетия превысят 50-60 млн м. скважин в год.

К снижению экономичности бурения привела совокупность таких факторов как значительное удорожание сложных ШД и станков, рост тарифов на электроэнергию, нестабильность качества ШД, выпускаемых многими вновь организованными заводами с неустоявшейся технологией производства. Ослаблено внимание к правильному выбору типов и режимов эксплуатации буровых долот, на которые приходятся основные (до 65-70 %) расходы на бурение.

Технологический процесс бурения взрывных скважин по уровню удельных затрат не соответствует современным требованиям к экономии ресурсов и энергосбережению. Себестоимость 1 м скважины колеблется от 87 до 330 руб., достигая в крепких породах 400-500 руб., а стоимость машино-часа работы станка от 1000 до 2300 руб.

Имеют место высокие затраты на электроэнергию главным образом из-за несовершенства систем пневматической очистки скважин, в которых за всю историю применения станков СБШ принципиальных изменений не произошло.

С проблемой оптимизации систем очистки скважин связано также отсутствие отработанной технологии проходки скважин в аномальных гидрогеологических условиях (закарстованные и глинистые зоны), которые характерны для отдельных участков карьеров ОАО «АГК» и др.

Положение усугубляется тенденцией к приобретению не всегда выгодных, весьма дорогих зарубежных ШД, а также ростом масштабов применения долот увеличенного диаметра (250-270 мм против 160-216 мм), стоимость и энергоемкость которых возрастает в 1,5-2 раза.

В настоящее время, в обстановке эволюционного изменения качества и параметров буровых станков и долот, основным резервом повышения эффективности буровых работ является оптимизация процесса бурения непосредственно на карьерах. Только путем экспериментов на буровых станках могут быть получены адекватные технологические зависимости для определения оптимальных параметров процесса бурения, обеспечивающих существенное повышение производительности и экономичности буровых работ.

Таким образом, проведение исследований, направленных на обоснование и выбор рациональных параметров процесса шарошечного бурения непосредственно в условиях действующего карьера, является актуальной научной задачей.

Объект исследования - техника и технология бурения на карьерах.

Предмет исследования - технологический процесс бурения в условиях производства.

Диссертация основана на материалах и результатах исследований, проведенных с участием автора в течение 1999-2005 гг. на кафедре «Горные машины и комплексы» ГОУ ВПО «ГУЦМиЗ» по научно-техническим программам Минобразования РФ («Разработка перспективных способов и устройств для бурения крепких пород», 1999 г.), НТП («Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», 2003-2004 гг.), заказчик: Минобразования и науки РФ (№ гос. регистрации 01200309829) и по прямым договорам с ОАО «Ачинский глиноземный комбинат» и ООО «Черногорская угольная компания» (№ 852/00, 2000-2002 гг.; № М-04-01, 2004 г.).

Целью диссертационной работы является повышение производительности и экономичности буровых работ за счет установления рациональных параметров технологического процесса бурения непосредственно в условиях карьера.

Основная идея работы состоит в максимальной адаптации математической модели системы «горная порода - буровое долото - буровой станок» к горно-геологическим и горнотехническим условиям действующего горнодобывающего предприятия.

Основные научные положения, представленные к защите:

1. Вследствие квадратичной зависимости удельных затрат на бурение от коэффициента крепости пород и преобладания расходов на ШД основным источником повышения эффективности функционирования всей буровой системы «горная порода - буровое долото - буровой станок» является выбор типа долота и параметров его отработки в соответствии с физико-механическими свойствами пород конкретного месторождения.

2. В условиях карьера оптимизацию процесса шарошечного бурения целесообразно осуществлять на основе базовой технологической зависимости механической скорости бурения от текущей проходки долота с экспериментальным определением показателя интенсивности износа долота в натурных условиях. Оптимальный процесс бурения достигается в области объемного разрушения пород при соответствии соотношения скорости бурения и стойкости долота минимуму удельных затрат на бурение.

3. При использовании на станках СБШ нового пневмо-эжекционного способа очистки скважин достигается существенное снижение энергоемкости и увеличение скорости бурения как сухих, так и закарстованных массивов за счет искусственного создания винтообразного движения шлама в затрубном пространстве скважины и более интенсивного и безвозвратного удаления выбуренной породы из призабойной зоны. По сравнению с пневмоочисткой обеспечивается возможность повышения скорости бурения и снижения необходимой энергии в 1,2-1,3 раза.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются: сочетанием теоретических исследований, экспериментов на буровых станках и опытно-промышленных испытаний различных ШД, новых способов и устройств очистки скважин, проведенными на карьерах ОАО «АГК» и разрезе «Черногорский»; применением апробированных методов идентификации процессов бурения и построения математических моделей базовых технологических зависимостей; удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования с опытными данными и результатами экспериментов в производственных условиях (с точностью до 10-15 %). Использованные в расчетах корреляционные зависимости соответствуют преимущественно II классу стабильности (точности) горнотехнических показателей и расчетов (коэффициент вариации 10-20 и < 10 %), считающиеся в горном деле «практически точными».

Научная новизна работы состоит в следующем:

• в обосновании целесообразности использования экспериментально-аналитической зависимости скорости бурения от текущей проходки шарошечного долота в качестве базовой для оценки эффективности разрушения горных пород и интенсивности износа бурового инструмента при промышленном бурении взрывных скважин;

• в обосновании принципа соответствия соотношения механической скорости шарошечного бурения и стойкости ШД минимуму удельных затрат на бурение в качестве основного для оптимизации процесса бурения в реальных условиях проходки скважин;

• в совершенствовании экономико-математической модели функционирования технологической системы «горная порода - буровой инструмент - буровой станок», отображающей закономерности физических процессов разрушения породы и износа долота в скважине, их взаимосвязь с технико-технологическими параметрами и условиями эксплуатации средств бурения;

• разработке нового пневмо-эжекционного способа очистки скважин и выяснении его технологических особенностей и эффективности;

• установлении квадратичной зависимости удельных затрат на бурение от коэффициента крепости горных пород;

• разработке алгоритмов выбора рациональных типов шарошечных долот и определения оптимальной их стойкости и продолжительности работы в натурных условиях.

Практическая полезность исследования состоит в разработке:

• методики выбора рациональных типов шарошечных долот и параметров технологического процесса бурения в условиях действующих карьеров;

• пневмоэжекционного способа и устройства очистки скважин (патент № 2281378 РФ от 10.08.2006 г.), значительно улучшающих технико-экономические показатели работы буровых станков типа СБШ и расширяющих их технологические возможности, включая бурение в осложненных гидрогеологических условиях;

• методики оценки ресурса и эффективности специализированных ШД;

• новых моделей специализированных буровых долот (патенты № 2257457

РФ, № 2264521 РФ и № 2250344 РФ), повышающих эффективность бурения скважин в сложноструктурных породных массивах и в закарстованных зонах;

• методики экспериментального определения параметров базовых технологических зависимостей на буровых станках.

Реализация результатов работы. Разработки и рекомендации работы осваиваются на карьерах ОАО «АГК», в том числе:

• методические рекомендации используются при выборе рациональных типов долот и позволили определить модели ШД типа 244,5ТКЗ-ПВ и 250,8ТКЗ-ПВ в качестве основных для Мазульского карьера, что обеспечивает экономический эффект более 1,5 млн руб. в год;

• пневмо-эжекционный способ очистки скважин с устройством ШПЭ-244,5 испытан на станках СБШ-250МНА в различных горно-геологических условиях на Мазульском карьере. Его применение в сравнении с пневматической очисткой повышает скорость бурения на 14-33 %, снижает расход электроэнергии на

16-32 %, что позволяет получить годовой экономический эффект по карьеру более 4 млн руб.

• испытаны и намечены к реализации высокоскоростные долота ДЗДШ-244,5-У, применение которых в сочетании с пневмо-эжекционной очисткой скважин при бурении на участках с осложненными гидрогеологическими условиями позволяет получить годовой экономический эффект более 3 млн руб.

• использование принципа разборности ШД характеризуется снижением удельных затрат на бурение в условиях карьеров ОАО «АГК» на 15-20 %.

В учебном процессе материалы исследования используются при чтении лекций, выполнении курсовых и дипломных работ. Стенд «пневмо-эжекционный способ очистки скважин» применяется в научно-исследовательских работах студентов и аспирантов. Разработанные новые технические решения по конструкциям ШД являются предметом НИР студентов и аспирантов.

Личный вклад соискателя в работу состоит: в сборе и анализе информации о показателях бурения на различных карьерах; проведении экспериментов на буровых станках; выборе базовых технологических зависимостей и методов определения их параметров; в математическом моделировании процесса бурения; проектировании элементов новых моделей специализированных ШД; в разработке, испытаниях и выяснении особенностей и эффективности пневмо-эжекционного способа очистки скважин.

Апробация работы. Основное содержание работы и отдельные результаты работы представлялись, докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Красноярск, 2005 г.); на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2005 г.); на совещаниях ОАО «АГК» (Ачинск, 2004 г.); на научных заседаниях кафедры ГМиК «ГУЦМиЗ» (Красноярск, 2005, 2006 гг.); на межвузовской научно-практической конференции «Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка социально-экономического развития общества» (Красноярск 2006 г.); на научно-практической конференции «Игошинские чтения» (Иркутск, 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ. Ряд аспектов освещен в двух монографиях, восьми статьях (3 из них в центральных технических журналах) и четырех патентах на изобретения.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Содержит 177 страниц машинописного текста, включая 42 рисунка, 30 таблиц и библиографический список из 115 наименований.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем.

1. В настоящее время одним из основных направлений повышения эффективности буровой техники и технологии на открытых разработках является совершенствование технологического процесса шарошечного бурения непосредственно в реальных условиях действующих карьеров с учетом исключительно высокого влияния на технико-экономические показатели бурения горногеологических и технологических особенностей разработки месторождений. При этом большое значение имеют оптимизация забойного процесса бурения, интенсификация очистки скважин и обеспечение соответствия типа долот крепости пород.

2. Основным компонентом буровой системы является буровое долото, работоспособность и совершенство конструкции которого, как показывают исследования и практика, решающим образом влияют на эффективность всего процесса бурения. В себестоимости бурения пород крепостью / >10-12 преобладают расходы на шарошечные долота, составляющие 60-65 % от всех затрат.

3. Установлено, что удельные затраты на шарошечное бурение (5-крите-рий) станками СБШ-250МНА находятся в квадратичной зависимости от коэффициента крепости пород. Разработанная математическая модель этой зависимости позволяет осуществлять сравнительную оценку показателей бурения на различных карьерах.

4. Показано, что для оценки эффективности разрушения пород и износа шарошечных долот в условиях карьера целесообразно использовать базовую зависимость скорости бурения от текущей проходки долота с определением ее параметров (коэффициентов) экспериментально на буровых станках в процессе их работы.

5. Разработана усовершенствованная экономико-математическая модель технологической системы «забой скважины - буровое долото - буровой станок», отображающая закономерности физических процессов разрушения пород и износа долота в скважине, а также интегрально учитывающая экономико-организационные условия бурения на том или ином карьере.

6. Разработанный новый пневмо-эжекционный способ очистки скважин существенно повышает эффективность процессов разрушения породы и эвакуации бурового шлама на поверхность, устраняет ряд недостатков пневматической и шнеко-пневматической очистки скважин и может быть применен при любом типе вращательно-подающего органа бурового станка. По сравнению с пневмоочисткой обеспечивается возможность увеличения скорости бурения и снижения необходимой энергии в 1,2-1,3 раза.

7. Ключевое значение для характеристики режимов бурения в условиях карьера имеет ^-образная зависимость скорости бурения от осевой нагрузки на долото, которая легко находится экспериментально на буровых станках и позволяет видеть резервы и прогнозировать пути улучшения показателей бурения.

8. Разработана методика оценки ресурса и эффективности специализированных разборных шарошечных долот.

9. Разработана методика выбора рациональных типов шарошечных долот и параметров процесса их отработки, которую рекомендуется использовать в процессе периодически проводимых на карьерах сравнительных испытаний базовых и новых конструкций долот.

Ю.Значительная технико-экономическая эффективность научных разработок и технических решений, приведенных в диссертации, подтверждается их опытно-промышленными испытаниями и внедрением, проведенными в условиях ОАО «Ачинский глиноземный комбинат».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, представляющей собой законченную научно-квалификационную работу, дано решение крупной научной задачи обоснования и выбора рациональных параметров процесса шарошечного бурения в реальных условиях карьеров, обеспечивающее существенное повышение эффективности использования материальных и энергетических ресурсов на открытых горных разработках.

1. Буткин, В. Д. Проектирование буровых долот для открытых, земляных и строительных работ Текст. / В. Д. Буткин, А. В. Гилев [и др.]. М.: Макс Пресс, 2005.-240 с.

2. Буткин, В. Д. Опыт и развитие технологии силового бурения резанием на карьерах / В. Д. Буткин, А. В. Гилев и др.. М.: Макс Пресс, 2005. - 313 с.

3. Открытые горные работы Текст.: справочник / К. Н. Трубецкой [и др.]. М.: Горное бюро, 1994. - 590 с.

4. Шеметев, П. А. Опыт эксплуатации канатных и гидравлических экскаваторов в условиях карьера Мурунтау / П. А. Шеметев, С. К. Рубцов, А. Г. Шлыков // Горная промышленность. 2005. - № 5. - С. 46-50.

5. Страбыкин, H. Н. Состояние и пути совершенствования буровой техники нового поколения для карьеров Сибири и Северо-востока / H. Н. Страбыкин, А. Г. Беляев // Горные машины и автоматика. 2003. - № 4. - С. 5-9.

6. Беляев, А. Е. Экспериментально-теоретические основы создания исполнительных органов для бурения мерзлых сложноструктурных породных массивов Текст.: автореф. дисс. . д-ра техн. наук / Беляев Александр Евгеньевич. Иркутск, 2005. - 42 с.

7. Техника, технология и опыт бурения скважин на карьерах Текст. / под ред. В. А. Перетолчина. М.: Недра, 1993. - 286 с.

8. Гилев, А. В. Научно-технические основы создания специализированных буровых инструментов и технологий их применения. Текст.: автореферат дисс. . д-ра техн. наук / Гилев Анатолий Владимирович. Красноярск, 2005.-49 с.

9. Гилев, А. В. О повышении срока службы бурового инструмента Текст. / А. В. Гилев // Изв. вузов. Горный журнал. 2004. - № 12. - С. 70-74.

10. Буткин, В. Д. Новая буровая техника для разрезов Канско-Ачинского бассейна Текст. / В. Д. Буткин // Уголь. № 2. - С. 21-24.

11. Воронов, Ю. Е. Совершенствование бурового оборудования разрезов Текст. / Ю. Е. Воронов. Кемерово: Изд-во Кузбасс, гос. техн. ун-та, 1998.- 192 с.

12. Бурение скважин шарошечными долотами с шнекопневматической очисткой в закарстованных массивах Текст. / Б. А. Катанов [и др.] // Горный журнал. 1984. - № 8. - С. 46-47.

13. Симкин, Б. А. Справочник по бурению на карьерах Текст. / Б. А. Сим-кин, Б. Н. Кутузов, В. Д. Буткин. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990.-224 с.

14. Международный транслятор-справочник. Буровой породоразрутающий инструмент Текст.: в 2 т. Т. 1. Шарошечные долота / под науч. ред. В. Я. Кершенбаума, А. В. Торгашова, А. Г. Мессера. М.: НП «Национальный институт нефти и газа», 2003. — 253 с.

15. Буровое оборудование Текст.: справ.: в 2-х т. Т. 2. Буровой инструмент / В. Ф. Абубакиров [и др.]. М.: ОАО изд-во «Недра», 2003. — 494 с.

16. Интенсификация буровых работ на карьерах Навоийского ГМК Текст. А. Г. Шлыков [и др.] // Горный журнал. 2002 - С. 90-93 (спец. выпуск).

17. Опыт использования шарошечных долот фирмы «Смит Интернэшнл» для бурения взрывных скважин на карьерах СНГ Текст. / А. К. Мескин [и др.] // Горный журнал. 1996. -№ 11-12. - С. 97-99.

18. Сухов, Р. И. Результаты испытаний отечественных и зарубежных шарошечных долот и перспективы создания высокостойкого бурового инструмента Текст. / Р. И. Сухов // Сб. докл. И Междунар. конф. по открытым горным работам. М.: ЦНИИОМТП, 1996. - С. 86-94.

19. Лубенец, Ю. Ю. Опыт эксплуатации буровых долот на Костому-шинском ГОКе Текст. / Ю. Ю. Любенец // Горный журнал. 2004. - № 5. -С. 42-43.

20. Мазульское месторождение известняков Текст. Красноярск: Крас-ноярскгеология. - 1983. - Т. 4. - С. 239-244.

21. Жуковский, А. А. Привод и системы управления буровых станков для карьеров Текст. А. А. Жуковский, Ю. А. Нанкин, В. А. Сушинский. М.: Недра.- 1990.-223 с.

22. Буткин, В. Д. Автоматизация буровых станков прогрессивное развитие технологии бурения на карьерах Текст. В. Д. Буткин, А. А. Жуковский // Горный журнал. - 1981. -№ 9. - С. 41-44.

23. Буткин, В. Д. Методика инженерного расчета оптимальных параметров шарошечного бурения взрывных скважин Текст. / В. Д. Буткин, В. Ф. Чигин-цев, А. А. Жуковский. Уголь. - 1975. -№ U.C. 42-44.

24. Буткин, В. Д. Проектирование режимных параметров автоматизированных станков шарошечного бурения Текст. / В. Д. Буткин. М.: Недра, 1979.-208 с.

25. Буткин, В. Д. Управление процессом бурения взрывных скважин. Текст. / В. Д. Буткин // Развитие техники и технологии открытой угледобычи; под ред. М. И. Щадова. М.: Недра, 1987. - С. 145-153.

26. Викторов, С. Д. Сдвижение и разрушение горных пород Текст. / С. Д. Викторов, М. А. Иосиф, С. А. Гончаров; отв. ред. К.Н. Трубецкой. М.: Наука, 2005. - 277 с.

27. Козловский, Е. А. Кибернетические системы в разведочном бурении Текст. / Е. А. Козловский, М. А. Комаров, В. М. Питерский. М.: Недра. -1985.-285 с.

28. Бродский, Г. С. Применение измерительно-информационных комплексов для контроля режима эксплуатации карьерного оборудования Текст. / Г. С. Бродский, Е. С. Бродская, В. М. Штенцайг // Горная промышленность. -2004.-№6.-С. 32-35.

29. Буткин, В. Д. Научные основы технологии высокопроизводительного бурения на открытых разработках угольной промышленности Текст.: дис. д-ра техн. наук / Буткин Владимир Дмитриевич. Челябинск, 1979. - 419 с.

30. Барон, Л. И. Контактная прочность горных пород Текст. / Л. И. Барон, Л. Б. Глатман. М.: Недра, 1966. - 228 с.

31. Качан, В. Г. Бурение шахтных стволов и скважин Текст. / В. Г. Качан, И. А. Купчинский. М.: Недра, 1984. - 278 с.

32. Барон, Л. И. Проблема оценки сопротивляемости горных пород разрушению механическими способами Текст. / Л. И. Барон // Сопротивляемость горных пород разрушению при добывании: сб. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

33. Чулков, Н. Н. Расчет приводов карьерных машин Текст. / Н. Н. Чул-ков.-М.: Недра, 1987.-196 с.

34. Ржевский, В. В. Основы физики горных пород Текст. / В. В. Ржевский, Г. Я. Новик. М.: Недра, 1973.

35. Федоров, В. С. Методы обобщения передового опыта в бурении Текст. / В. С. Федоров, В. Г. Беликов. М.: Гостоптехиздат, 1962. 156 с.

36. Борденов, П. В. Определение объема экспериментов при исследованиях, связанных с процессами разрушения горных пород Текст. / П. В. Борденов // Техника и технология разработки полезных ископаемых: сб. М.: Недра. - 1966.-Вып. 5.-С. 143-151.

37. Боровиков, В. 8ТАТ18Т1СА. Искусство анализа данных на компьютере: для профессионалов Текст. / В. Боровиков. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2003.-688 с.

38. Длин, А. М. Математическая статистика в технике Текст. / А. М. Длин. М.: Советская наука, 1958. - 466 с.

39. Основы научных исследований Текст. / В. М. Сиденко, И. М. Груш-ко. Харьков: Вища шк., 1977. - 200 с.

40. Смирнов, Н. В. Курс теории вероятностей и математической статистики Текст. / Н. В. Смирнов, И. В. Дунин-Барковский. М.: Наука, 1969. - 511 с.

41. Сырцова, Е. Д. Математические методы в планировании и управлении строительным производством Текст. / Е. Д. Сырцова. М.: Высш. шк., 1972.-336 с.

42. Посташ, С. А. Определение необходимого числа долот при проведении промышленных испытаний шарошечных долот Текст. / С. А. Посташ // Нефть и газ. Изв. вузов. 1962. - № 2.

43. Барон, Л. И. Определение износостойкости штыревых шарошечных долот Текст. / Л. И. Барон, Л. Б. Глатман, Б. А. Симкин, А. И. Лукьянов. В сб.

44. Тынтерова, Н. Б. Анализ производительности буровых станков Текст. / Н. Б. Тынтерова, М. П. Домашенко // Совершенствование технологических процессов добычи угля открытым способом: сб. науч. трудов / НИИОГР. -Челябинск, 1990.-С. 140-153.

45. Кузнецов, А. В. Анализ стойкости шарошечных долот различных типов на открытых разработках Текст. / А. В. Кузнецов // Разрушение горных пород шарошечным инструментом: сб. М.: Наука, 1966. - С. 90-99.

46. Буткин, В. Д. Зависимость стойкости и расхода шарошечных долот от крепости горных пород Текст. / В. Д. Буткин, А. С. Телешов, Б. Ф. Брюхов // Горный журнал. 1965. -№ 9. - С. 46-48.

47. Барон, Л. И. Разрушение горных пород проходческими комбайнами (научно-методические основы) Текст. / Л. И. Барон, Л. Б. Глатман, Е. К. Гу-бенков. М.: Наука, 1968. - 216 с.

48. Шрейнер, Л. А. О режиме бурения крепких пород Текст. / Л. А. Шрейнер // Всесоюзного технического совещания «Пути увеличения скорости бурения»: сб. тр. М.-Л.: Гостоптехиздат, 1946. - Т. II. - С. 22-24.

49. Диспетчерское управление буровыми работами Текст. /А. В. Во-пияков [и др.]. М.: Недра, 1974. - 216 с.

50. Федоров, В. С. Проектирование режимов бурения Текст. / В. С. Федоров.-М.: Гостопиздат, 1958.

51. Лактионов, А. Т. Основы теории и техники бурения скважин с очисткой забоя воздухом и газом Текст. А. Т. Лактионов. М.: Гостоптехиздат, 1961.-263 с.

52. Лактионов, А. Т. Бурение мелких скважин с продувкой воздухом Текст. / А. Т. Лактионов. -М.: Недра, 1966. 190 с.

53. Червонский, Е. Г. Основы технологии бурения структурных скважин Текст. / Е. Г. Червонский. М.: Гостоптехиздат, 1962. - 232 с.

54. Решение о выдаче патента № 2003137271/03. РФ., МПК7 Е21В 10/20, 10/22. Буровое шарошечное долото Текст. / Буткин В.Д ., Гилев А. В., Чесноков В. Т. [и др.]. Заявл. 24.12.03. Решение от 9.12.04.

55. Перетолчин, В. А. Вращательное и шарошечное бурение скважин на карьерах Текст. / В. А. Перетолчин. М.: Недра, 1983. - 175 с.

56. Маковей, Н. Гидравлика бурения Текст. / Н. Маковей; пер. с рум. -М.: Недра, 1986.-536 с.

57. Козодой, А.К. Промывка скважин при бурении Текст. / А. К. Козодой, А. В. Зубарев, В. С. Федоров. М.: Гостоптехиздат, 1963. - 172 с.

58. Рожков, В. П. Разработка теоретических основ и совершенствование бурения геологоразведочных скважин алмазным породоразрушающим инструментом Текст.: автореф. дис. . д-ра техн. наук / Рожков Владимир Павлович. Красноярск, 1999. - 34 с.

59. Дверий, В. П. Бурение скважин лопастными долотами Текст. / В. П. Дверий. М.: Недра, 1977. - 192 с.

60. Хорюшин, И. Г. Бурение геологоразведочных скважин шарошечными долотами Текст. / И. Г. Хорюшин. -М.: Недра, 1977. 172 с.

61. Williams, С. Е. Carrying capacity of drilling muds, Petroleum Transactions Text. / С. E. Williams, C. H. Bruce. AIME Vol. 192(1951)111 bis 120.

62. Аликвандер, Э. Современное глубокое бурение Текст. / Э. Алик-вандер. М.: Недра, 1969. - 232 с.

63. Пат. 2182213 СССР, МКИ . ШД с эжекционными каналами.

64. Пат. СССР, МКИ . Способ и устройство пневмо-эжекционной очистки.

65. Гейер, В. Г. Гидравлика и гидропривод Текст. / В. Г. Гейер, В. С. Ду-лин, А. Н. Заря. М.: Недра, 1991.-331 с.

66. Кострюков, В. А. Основы гидравлики и аэродинамики Текст. / В. А. Кострюков. М.: Высш. шк., 1975. - 220 с.

67. Прицкер, Д. М. Аэромеханика Текст. / Д. М. Прицкер, В. А. Турь-ян. М.: Оборонгиз. - 1960. - 280 с.

68. Механика жидкости и газа Текст.: учебник для вузов / С. И. Аверин [и др.]. М.: Металлургия, 1987. - 304 с.

69. Бежанов, Б. Н. Пневматические механизмы Текст. / Б. Н. Бежанов. М.: Машгиз. - 252 с.

70. Бурение скважин шарошечными долотами с шнекопневматической очисткой в закарстованных массивах Текст. / Б. А. Катанов [и др.] // Горный журнал. 1984.-№8.-С. 46-47.

71. Кутузов, Б. Н. Пневмотранспортные и обеспыливающие системы буровых станков на карьерах Текст. / Б. Н. Кутузов, И. Г. Михеев. М.: Недра, 1970.-272 с.

72. Белых, Б. П. Электрические нагрузки и электропотребление на горнорудных предприятиях Текст. / Б. П. Белых, И. С. Свердель, В. К. Олейников. -М.: Недра, 1971.-248 с.

73. Бурение с применением газообразных агентов промывочной жидкости Текст. / А. В. Романов [и др.]. М.: Недра, 1956. - 52 с.

74. Буткин, В. Д. Исследование процесса пневматической очистки скважины при шарошечном бурении Текст. / В. Д. Буткин, Г. Д. Воропаев, М. И. Кулачек // Техника и технология буровзрывных работ: сб. науч. тр. Киев: НИОГР, 1975.-Вып. 3.-154 с.

75. Бурение скважин с очисткой забоя воздухом или газом и с промывкой аэрированной жидкостью Текст. / С. И. Агаев [и др.]. М.: Гостоптехиз-дат, 1961.

76. Лященко, П. В. Гравитационные методы обогащения Текст. / П. В. Лященко. -М.-Л.: Гостоптехиздат, 1940.

77. Магурдумов А.М. Разведочное бурение с продувкой забоя воздухом Текст. М.: Недра, 1970. - 208 с.

78. Добыча, транспортировка и переработка полезных ископаемых Текст.: каталог-справочник «Горная техника». СПб.: Изд-во ООО «Славу-тич», 2006. -215 с.

79. Липин, А. А. Современные погружные ударные машины для бурения скважин Текст.: каталог-справочник «Горная техника» / А. А. Липин, А. С. Та-найко, В. В. Тимонин. СПб.: Изд-во ООО «Славутич», 2006. - С. 116-123.

80. Козловский, Е. А. Автоматизация процесса геологоразведочного бурения Текст. / Е. А. Козловский, Р. X. Гафиятуллин. М.: Недра, 1977. - 215 с.

81. Крюков, Г. М. Сопоставление оценок технико-экономических показателей при ударно-вращательном и шарошечном способах бурения взрывных скважин разными станками Текст. / Г. М. Крюков // Изв. вузов, Горный журнал.-2005.-№ 6.-С. 86-90.

82. Бадалов, Р. А. Кривая изменения механической скорости проходки и ее аналитическое выражение Текст. / Р. А. Бадалов. Изв. вузов. Сер. Нефть и газ.-Баку: 1958. - № 1.-С. 51-55.

83. Карпухин, Е. Д. О рациональном времени работы шарошечного долота на забое Текст. / Е. Д. Карпухин // Взрывное дело: сб. № 66/23. М.: Недра, 1969.-С. 207-220.

84. Кутузов, Б. Н. Исследование работоспособности зубчатых шарошечных долот при бурении скважин на карьере Текст. / Б. Н. Кутузов, Б. Н. Катрулин, С. И. Одинец // Взрывное дело: сб. № 66/23. М.: Недра, 1969. -С. 22-235.

85. Режимы и автоматизация процесса ударно-вращательного бурения Текст. / Р. X. Гафиятуллин, И. М. Кузнецов, О. В. Игнатьев, А. Е. Троп. М.: Недра, 1978.- 152 с.

86. Бревдо, Г. Д. Проектирование режима бурения Текст. / Г. Д. Брев-до.-М.: Недра, 1998.-200 с.

87. Чефранов, К. А. Регулирование процесса бурения Текст. / К. А. Чеф-ранов. М.: Недра, 1972.

88. Технология и техника разведочного бурения Текст. / Ф. А. Шам-шев [и др.]. 2 изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1973. - 496 с.

89. Спивак, А. И. разрушение горных пород при бурении скважин Текст. / А. И. Спивак, А. Н. Попов. М.: Недра, 1986. - 208 с.

90. Линник, Ю. В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений Текст. / Ю. В. Линник. М.: Физматгиз, 1958. - 333 с.

91. Царицын, В. В. Бурение шарошечными долотами Текст. / В. В. Царицын, Н. А. Жидовцев. Киев: Гостехиздат УССР, 1962. - 135 с.

92. Нехорошев, Д. Б. Технико-экономическая эффективность разборных буровых шарошечных долот Текст. / Д. Б. Нехорошев, Д. С. Догадин // Совершенствование технологии производства цветных металлов: сб. науч. тр. -Красноярск, 2005. С. 50-54.

93. Специализированные долота для буровых работ в карьерах Текст. / В. Д. Буткин, А. В. Гилев, В. Т. Чесноков, Д. Б. Нехорошев // Горный журнал. -2004.-№5.-С. 38-42.

94. Пат. 2257457 Р Ф, МПК7 Е21В 10/20, 10/22. Буровое шарошечное долото (Варианты) Текст. / Буткин В. Д., Гилев А. В., Чесноков В. Т., Нехорошев Д. Б. [и др.]. -№2003137271/03; заявл. 24.12.03; опубл. 27.07.05, Бюл. № 21.

95. Butkin, V. Improving Drilling Equipment for Surface Mining Text. / V. Butkin, A. Gilev, V. Chesnokov, D. Nekhoroshev [et fl.] // Russian Mining. -2003.-№6.-P. 40-44.

96. Пат. 2250344 РФ, МПК7 E21B 10/62, 10/12. Буровое долото с переменным породоразрушающим вооружением Текст. / Буткин В. Д., Гилев А. В.,

97. Чесноков В. Т., Нехорошев Д. Б. и др.. 2003131924/03; заявл. 30.10.03; опубл. 20.04.05, Бюл. №> 11.

98. Вопросы модернизации буровой техники и технологии на современном этапе развития угольных разрезов Текст. / В. Д. Буткин, А. В. Гилев, Г. Н. Шаповаленко, Д. Б. Нехорошев // Уголь. 2004. - № 10. - С. 34-38.

99. Пат. 2264521 РФ, МПК7 Е21В 10/12. Буровое долото режуще-вращательного типа Текст. / Буткин В. Д., Гилев А. В., Нехорошев Д. Б. [и др.]. -№ 2004122963/03, заявл. 26.07.04; опубл. 20.11.05, Бюл. № 32.

100. Создание специализированных буровых долот для карьеров Текст. / В. Д. Буткин, А. В. Гилев, В. А. Махинин, Д. Б. Нехорошев // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сб. науч. тр. Иркутск, 2004. -Вып. 4. - С. 200-204.

101. Буткин, В. Д. Выбор типомоделей и рациональная эксплуатация шарошечных долот на карьерах Текст.: учеб. пособие / В. Д. Буткин, Д. Б. Нехорошев; ГУЦМиЗ. Красноярск, 2006. - 90 с.

102. Даутов, Р. Р. Обоснование и выбор рациональных параметров бурения взрывных скважин станками ударно-вращательного действия с погружными пневмоударниками: автореферат дисс. . кандидата техн. наук. М.: Изд-во МГГУ. - 2006. - 24 с.

103. Чигинцев, В. Ф. Математические модели скорости бурения и мощности при вращательном способе проходки взрывных скважин Текст. / В. Ф. Чигинцев, А. А. Жуковский, В. Д. Буткин // Изв. вузов. Горный журнал. 1974. -№ 10.-С. 145-151.