автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка способа управления процессом взаимодействия долота с массивом для повышения точности забуривания взрывных скважин

введение :

1. aha.лиз состояния работ по поышению отности буренш ешзшн и задачи исследований . . .ю

1.1. Состояние вопроса и анализ литературы #

1.2. Существующие средства ориентирования скважин, съемки их отклонения и искривления

1.3. Цель и задачи исследований.«

В] воды.

2. исследовании; закономерностей отклонения и искривления сктжин.

2.1. Объект исследований.

2.I.I. Краткая характеристика горногеологических условий.

2.2. Принятая терминология и обозначения

2.3. Методика съемки нацравления устья и профиля взрывных скЕажин

2Л. Анализ отклонений от проектного нацравления при зябуривании скважин.

2.5. Анализ искривления взрывных скважин.

2.6. Влияние отклонения скважин при забуривании и их искривления на качество отбойки

Выводы.

3. ИССЛЕДОШНИЙ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА С ПОРОДОЙ ПРИ ЗАБУРИШНИИ сктжин . 61 3.1. Методика определения угловых отклонений при забуривании скважин для оценки значимости причин их возникновения.

3.2. Влияние основных факторов на отклонение скважин при забуривании.

3.3. Исследование неровностей стенок выработок на угол встречи бурового инструмента с породой цри забуривании скважин.

3.4. Теоретические осноеы движения долота цри внедрении бурового инструмента в массив при забуривании скважин.

3.5. Влияние жесткости конструктивных элементов и закрепления станка на отклонение до лота, цри забуривании скважин

3.6. Способы забуривании для снижения отклонений долота цри внедрении инструмента в породу.

Выводы

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДОЛОЖ

С МАССИВОМ ПРИ ЗАБУРИШНИИ СКВАЖИН.

4.1. Цель и задачи экспериментов.

4.2. Лабораторная буровая установка и методика проведения исследований

4.3. Планирование экспериментов цри лабораторно-стендовых исследованиях . Ь

4.4. Результаты лабораторно-стендовых исследований

4.5. План эксперимента и исследование взаимодействия долота с массивом горных пород цри забуривании скважин станком HKP-I00M в промышленных условиях

4.6. Исследование формы, устья взрывных скважин на Тырныаузском месторождении.

Влводы.

5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСШТАНИЯ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ, ПОВЫШАЮЩИХ

ТОЧНОСТЬ ЗАБУРИВАНИЯ СКВАЖИН.

5.1. Способы и средства для снижения отклонений при забуривании скважин

5.2. Промышленные испытания способа и средств управления процессом забуривания скважин и приборов контроля

5.3. Расчет экономической эффективности применения способа управления процессом взаимодействия долота с массивом при забуривании скважин

Выводы.

6 точность их размещения во взрываемом массиве и достигнуть более эффективного дробления руд при отбойке. Ццея работы заключается в уменьшении боковых смещений долота при его внедрении в массив при забуривании и его последующем отклонений! на требуемую величину для снижения ошибок в направлении скважин. В результате работ советских ученых (Б.И.Воздвиженского, С.Сулакшина, А.Г.Григорьева, М.П.Гулизаде и др.), а также зарубежных исследователей (А.Лубинского, В.Г.Вудса и др.) в борьбе с искривлением эксплуатационных скважин имеются определенные достижения. Однако снижению отклонения взрывных скважин уделялось недостаточно внимания. Не установлены закономерности движения долота при внедрении бурового инструмента в массив, не разработаны эффективные способы управления процессом забуривания для снижения отклонений взрывных скважин от заданного направления. Для оценки значимости угловых и линейных отклонений выполнена съемка направлений устья скважин и их профиля на Тырныаузском вольфрамо-молибденовом и Шерегешском железорудном месторождениях. Полученная информация обработана методами математической статистики, что дало необходимый материал для назгчных выводов по влиянию отклонения и искривления скважин на параметры БВР и выход негабарита при отбойке. Рассмотрены закономерности контактирования бурового инструмента с массивом при забуривании взрывных скважин. Установлена зависимость угла встречи долота с породой от схемы расположения скважин, формы сечения и неровностей стенок буровых выработок. Исследовано взаимодействие упруго закрепленного породоразрушаюшего инструмента с породой при контактировании под углами 30-

Выводы

1. Установленные закономерности взаимодействия долота с массивом при забуривании взрывных скважин позволили разработать способ управления этим процессом. Для его реализации разработаны установка УПР, модернизированная распорная колонка, приборы контроля TP и ПОВС, измерительная штанга и "Инструкция по направленному бурению скважин станком HKP-I00M с применением УПР или модернизированной распорной колонки". Применение разработанных способа и средств обеспечивает снижение отклонения скважин при забуривании в 4-10 раз.

2. Установка направленного бурения типа УПР, а также модернизированная распорная колонка к станку HKP-I00M обеспечивают регулируемый поворот бурового снаряда при ориентировании скважин и выполнение корректировочных операций после их забуривания.

3. Проекпионный прибор типа TP позволяет ориентировать плоскость веера скважин в пространстве и задавать угол наклона бурового снаряда. Устройство ПОВС обеспечивает инструментальное ориентирование вертикальных скважин.

4. Проекционный прибор типа TP-I и самоцентрирующаяся измерительная штанга позволяют с высокой точностью и при небольших трудозатратах замерять направление пробуренных скважин, что обеспечивает надежный контроль за качеством забуривания.

5. Разработанный способ, средства и "Инструкция." позволяют существенно повысить точность размещения скважин в массиве, в результате чего увеличивается выход руды с I м, уменьшается' расход ВВ и СИ, улучшается качество отбойки и повышается производительность погрузки и доставки отбитой руды. Это позволило на Тырныаузском ВМК и Шерегешском РУ ПО "Сибруда" получить фактический экономический эффект в сумме 80223 рубля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи разработки способа управления процессом взаимодействия долота с массивом при забуривании взрывных скважин, уменьшением его боковых смешений при внедрении в породу и последующего отклонения на требуемую величину, обеспечивающим повышение точности их размещения во взрываемом массиве и более эффективное дробление руд при отбойке. Результаты исследований позволили сделать следующие основные выводы.

1. При забуривании скважин под углами от 30 до 90° к поверхности массива от действия статической и ударной нагрузок буровой инструмент перемешается по криволинейной траектории до положения, при котором угол встречи долота с образующимся скосом породы на устье становится равным нулю.

2. При контактировании породоразрушающего инструмента с породой под углами от 30 до 60° и действии на него осевой нагрузки боковое смешение неврашаюшегося инструмента в 3-10 раз меньше, чем вращающегося. Отклонение долота под статической нагрузкой не зависит от прочности породы.

3. Отклонение скважин при забуривании нелинейно возрастает с уменьшением угла встречи долота с поверхностью массива и увеличением прочности породы; находится в обратнойзависимости от жесткости конструктивных элементов и закрепления станка в выработке. Влияние статической нагрузки на увеличение отклонений в 3-4 раза больше, чем динамической. Величина отклоняющей силы, действующей на долото, не зависит от жесткости конструктивных А элементов и закрепления бурового станка в выработке.

4. Забуривание скважин ударно-вращательным способом с поворотом инструмента вне контакта с породой позволяет уменьшить отклонения долота и отклоняющие силы в 5-23 раза.

5. На основе выполненных исследований разработаны способ управления процессом взаимодействия долота с массивом и "Инструкция по бурению направленных скважин с применением УПР или модернизированной распорной колонки и съемке направления скважин". Забуривание по "Инструкции." позволяет управлять процессом взаимодействия долота с массивом и уменьшить угловые отклонения скважин от проектного направления в 4-10 раз, в резуль^ тате чего повышается точность размещения скважин в отрабатываемых блоках, снижается выход негабарита при отбойке, уменьшается расход ВВ и СИ и увеличивается производительность труда на погрузке и доставке отбитой руды. Внедрение "Инструкции." на руднике "Молибден" Тырныаузского ВМК и Шерегешского ЕУ ПО "Сиб-руда" позволило получить фактический экономический эффект в сумме 80223 руб.

1. Основные направления экономического и социального развития СССР на 1.8I-I985 гг. и на период до 1990 г. - Материалы ХХУ1 съезда КПСС. М.: Политиздат, 1982, с.132-206.

2. Калинин А.Г. Искривление буровых скважин. М., Госгортехиздат, 1963, 270 с.

3. Морозов Ю.Т. Состояние и перспективы разработки техники и технологии направленного бурения. В сб.: Методика и техника разведки. Л.: ОНТИ, ВИТР, 1980, с.5-11.

4. Грибский Н.А. Разветвленно-направленное бурение и перспективы его дальнейшего развития. Информационный сборник геологоразведочной службы Грудного Алтая. Усть-Каменогорск; 1961, с. I2I-I27.

5. Сулакшин С.С. Искривление скважин и способы его измерения. М.: Госгеолтехиздат, I960, 186 с.

6. Грибский Н.А. О некоторых причинах начальных азимутальных отклонений буровых скважин. Разведка недр, 1949, №4, с.25-29.

7. Подколозин Г.В. Исследование и разработка жестких компоновок низа бурильного инструмента для предупреждения искривления скважин. Автореф.дисс.насоиск.уч.степ.канд.геол.-минер.наук. М.: 1970, 19 с.

8. Марков А.О. Экспериментальное исследования влияния технологических факторов на искривление скважин при бурении с невращаю-щейся бурильной колонной в изотропной толще пород. Автореф. дисс.на соиск.уч.степ.канщ.техн.наук. М.: 1967, 17 с.

9. Исмаилов И.Ю. Исследование влияния геологических и технологических факторов на искривление скважин на платформенных нефтяных месторождениях. Автореф.дисс.на соиск.уч.степ. канд.техн.'наук. Уфа: 1970, 17 с.

10. Костин Ю.С. Современные методы направленного бурения скважин. М.: Недра, 1981, 152 с.

11. Остроушко И.А. Бурение колонковых минных скважин. М.: Металлургия, 1956, 310 с.

12. Бронников Д.М., Чистов В.А. Влияние искривления скважин на эффективность отбойки руды. В сб.: Вопросы разработки месторождений полезных ископаемых. Изд.ИГД АН СССР, 1958, с. 140-152.

13. Олейник Ю.М. Искривление скважин при бурении станками БА-100. В сб.: Новое в теории и технологии разработки рудных месторождений. М.: Недра, 1964, с.154-168.

14. Филиппов Н.И., Шнейдер М.Ф. Влияние искривления взрывных скважин на результаты взрыва. Горный журнал, 1964, №6.

15. Коваленко А.И., Скакун Г.П. Влияние отклонений взрывных скважин на качество дробления руды. Горный журнал, 1977, №1,с.70-72.

16. Агеев М.И., Валухин Ю.К., Глазков В.П. Отклонение и искривление взрывных скважин при подземной разработке крепких руд. -Сб.по проблеме "Научные основы создания высокопроизводительных комплексно-механизированных рудников. Труды МГИ. М.: 1975, с.75-80.

17. Рябченко Е.П. Влияние параметров взрывных скважин на качество отбойки крепких руд. В сб.: Совершенствование технологии разработки рудных месторождений подземным способом. М.: Недра, 1964, с.25-37.

18. Валухин Ю.К. Исследование эффективности отбойки крепких руд зарядами ВВ в скважинах различного диаметра. Дисс.на саис. уч.степ.канд.техн.наук. М., МГИ, 1972, 145 с.ф- 235

19. Валухин Ю.К., Агеев М.И., Долинин Н.Б. Оценка влияния отклонений скважин на дробление руды. Горный журнал, 1979, №3, с.30-39.

20. Гребенюк В.А., Мой И.Д. и др. Об учете искривления буровых скважин. Горный журнал, 1973, №8, с.61-63.

21. Коваль Г.Л. Исследование закономерностей искривления пневмо-ударных скважин и разработка средств направленного бурения. Дисс.на соиск.уч.степ.канд.техн.наук. Днепропетровск: ДГИ, 1976, III с.

22. Коваль Г.Л., Дыдзинский В.В., Мартыненко В.В. Способы уменьшения искривления скважин при бурении. Горный журнал, 1974, №6, с.64-67.

23. Коваль Г.Л., Дыдзинский В.В. и др. Бурение направленных скважин на рудниках Криворожского бассейна. Горный журнал, 1975, №11, с.43-47.

24. Шойхет Л.А., Лангебах И.И., Иванов B.C. Прибор "КУБ" для контроля установки нарезных и бурильных машин в пространстве и его шахтные испытания. В сб.: Автоматизация шахт и рудников. Киев: Техника, 1967, с.59-65.

25. Устройство для определения направления скважин. А.с. №667670 (СССР). Герд В.К., Карноухов В.И., Лямочкин А.Д., 1978.

26. Устройство для проверки направления забуриваемой скважины. Гриценко Н.В., Мартыненко В.П., Куевда К.И. и др. А.с.323545 (СССР), 1968. *

27. Техническая инструкция по производству маркшейдерских работ. Л.: Недра, 1973, 358 с.28. tfteihW. CLTLCL cuppcLwtus cUttH^miriUbfy ifte-04Jicrd.c3d.l0n, of- CL ho>Le,hole-, .-Патент "'дЩ 36??.?Я0 '1. P , fctkU. .1972

28. Калинин А.Г. Искривление скважин. М.: Недра, 1974, 304 с.

29. Пэк А.В. Геологическое строение рудного поля и месторождения Тырныауз. М.: изд.АН СССР, 1962, 168 с.

30. Родзянко Н.Г., Нефедов Н.К., Свириденко А.Ф. Редкометальные скарны Тырныауза. М.: Недра, 1973, 215 с.

31. Дубинин Н.Г., Коваленко В.А. и др. Сегодня рекорд завтра норма. Горный журнал, 1975, №6, с.7-10.

32. Гайдин П.Т., Коваленко В.А. и др. Системы непрерывного этаж-но-принудительного обрушения с поточным вибровыпуском руды. Горный журнал, 197I, №1, с.40-42.

33. Проектное задание на реконструкцию и расширение Шерегешского рудника на производительность 6 млн.т. сырой руды в год. Сибирский филиал института "Гипроруда". Новокузнецк: 1962.

34. Валухин Ю.К., Агеев М.И. Методы и средства замеров отклонения и искривления взрывных скважин в подземных условиях. Информационный журнал "Цветная металлургия", 1974, №9, с.20-23.

35. Устройство для съемки направления скважин. Агеев М.И., А.с/~ №939765 (СССР). Б.и. №24, 1982.

36. Устройство для ориентирования буровых штанг. Агеев М.И., Бес- Iчасный Г.К. и др. А.с. №583294 (СССР), Б.и. №45, 1977.

37. Инструкция по эксплуатации инклинометров ИК-2. Киев: Наукова думка, 1972, 16 с.

38. Рйжов П.А. Математическая статистика в горном деле. М.: Высшая школа, 1973, 286 с.

39. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. М., Наука, 1970, 103 с.

40. Соболев И.М. Метод Монте-Карло. М.: Наука, 1972, 64 с.

41. Машуков В.И. Действие взрыва на окружающую среду и способы управления. М.: Недра, 1976, 246 с.i

42. Дубинин Н.Г., Рябченко Е.П. Отбойка руды зарядами скважин различного диаметра. Новосибирск; Наука, СО АН СССР, 1972, 134 с.

43. Агеев М.И. Исследование влияния неровностей стенок выработок на угол встречи при забуривании скважин. В сб.: Физические и химические процессы горного производства. Труды МГИ. М.: ротапринт, 1982.

44. Агеев М.И. Оценка отклонений бурового долота при забуривании скважин в подземных условиях. Известия ВУЗов. Горный журнал. 1980, №4, с.78-84.

45. Барон Л.И. Характеристики трения горных пород. М.: Наука, 1967, 208 с.

46. Алимов О.Д., Манжосов В.К., Еремьянис В.Э. Распространение волн деформаций в ударных системах. Фрунзе: Илим, 1978, 194 с.

47. Сорокин Е.С. К вопросу неупругого сопротивления строительных материалов при колебаниях. М.: Госиздат литературы по строительству и архитектуре, 1954, 76 с.

48. Алимов О.Д., Шапошников И.Д., Лисовский А.Ф. Определение параметров ударного взаимодействия бурового инструмента с горной породой. Труды ФПИ, вып.55 (механика). Фрувзе: 1972,с. 28-35.

49. Рейхмус Д.Ф. Корреляция экспериментальных зависимостей силы перемещения с физическими свойствами горных пород при ударном бурении. В сб.: Механика горных пород. М.: Недра, 1973,с.81-86.

50. Саймон Р. Передача энергии волны напряжений в буровой штанге при ударном бурении породы. Перевод ВНИИГПуглемаш, №144/66 ОНТИ, 1966.

51. Иванов К.И., Варич М.С., Дусев В.И. Техника бурения при разработке месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1974, 408 с.

52. Соколинский В.Б. Машины ударного разрушения (основы комплексного проектирования). М.: Машиностроение, 1982, 184 с.

53. Болотин В.В. 0 понятии устойчивости в строительной механике. В сб.: Проблемы устойчивости в строительной механике. М.: 1965, с.7-15.

54. Агеев М.И. Влияние жесткости крепления бурового станка HKP-I00M на отклонение скважины при забуривании. Известия ВУЗов. Горный журнал. 1979, .¥5, с.51-57.

55. Воробьев Н.Н. Теория рядов. М.: Наука, 1975, 365 с.

56. Справочник машиностроителя. М.: Машиностроение, 1962, т.З, 650 с.

57. Тимошенко С.П. Устойчивость упругих систем. M.-JL: 1946, 531 с.

58. Справочник по буровзрывным работам. М.: Недра, 1976, 630 с.

59. Осциллограф универсальный запоминающий C8-I3, техническое описание и инструкция по эксплуатации. Вильнюс: 1972, 152 с.

60. Ицхоки Д.С. Импульсные устройства. М.: Соврадио,1959, 728 с.

61. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982, 296 с.

62. Желобинский Б.А. Динамическое разрушение горных пород при вдавливании. М.: Недра, 1970, 151 с.

63. Венецкий И.Г., Кильдишев Г.С. Основы математической статистики. М.: Госстатиздат, 1963, 308 с.

64. Хикс И. Основные принципы планирования эксперимента. М.: Мир, 1967, 406 с.

65. Распорная колонка. Агеев М.И., Кутузов Б.Н., Валухин Ю.К. А.с. №518564 (СССР). 1976, Б.и. №23. , (

66. Способ ориентирования веера скважин. Агеев М.И., Валухин Ю.К. А.с. № 744226 /СССР/. I960, Б.и. № 24.

67. Инструкция по бурению направленных скважин станком НКР-ЮОМ с применением УПР или модернизированной распорной колонкии съемке направления скважин. М.: МГИ, 1980, 76 с.

68. Справочник машиностроителя. М. : Машстройиздат, т.6,1964, 540

69. Справочник машиностроителя. М.: Машстройиздат, т.4, ч.I, 1962, 448 с.