автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Разработка сверхвысокочастотного электротермомеханического (СВЧ ЭТМ) бурового органа и установление рациональных параметров режима разрушения горных пород при бурении взрывных скважин

Министерство топлива и эиер1 етики РФ Российская академия наук Институт горного дела им. А.А.Скочинского

На правах рукописи

Степан Максимович ЦЫГАНЕНКО .

УДК 622.24.051.62:622.236.73.001.5

РАЗРАБОТКА СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНОГО . ЭЛЕКТРОТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОГО (СВЧ ЭТМ) БУРОВОГО ОРГАНА И УСТАНОВЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ■ РЕЖИМА РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ БУРЕНИИ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН

Специальность 05.15.11 - "Физические процессы

горного производства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Институте горного дела им. А. А. Скочи ноского.

Научный руководитель -

канд. техн. наук А.П.Обраацов.

Официальные оппоненты: 1

докт. техн. наук С.Е.Чирков, канд. техв. наук В.А.Червяков.

Ведущее предприятие - БИТР Госкомнедр Российской Федерации.

Автореферат разослан _ 1993 г.

Защита диооертации состоится1993 г. вт^5 ч.

______

на «аседавн специализированного совета К.135.05.02 ИГД имени А.А.Скочивского (140004, г.Люберцы Московской обл.).

С диссертацией можно ознакомиться в секретариате ученого совете института.

, Отвмвы в двух экземплярах просим направлять по адреоу: 140004. г. Люберцы Московской обл., ИГД им. А.А.Скочивокого.

Ученый секретарь специализированного совета канд.техн.ваук

А.Н.Комракои

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.Основной объем бурения сквакин на карьерах угольной промышленности, черной и цветной металлургии, а также при добыче горно-химического сырья и стройматериалов производится шарошечными станками. Внедрение иг в 1960-1970 гг. позволило поднять производительность бурения в 1,5-2 раза,однако к настоящему времени резервы повышения скорости бурения оказались практически исчерпанными. Вместе о тем о увеличением глубины добычи полезных ископаемых и ростом объема бурения в скальных породах повышаются требования к надежности бурового оборудования в особенно забойного инструмента, стойкость которого при бурении в крепких породах резко падает. Достаточно указать, что затраты на забойный инструмент за период эксплуатации шарошечного станка (7-8 лет) в 2-5 раз превышают стоимость последнего. Внедрение термического способа бурения, лишенного этого недостатка, показало, однако, что область его применения ограничена узким классом термобуримых пород (кварциты, граниты).

С целью повышения эффективности буровых работ признано необходимым в ближайгаие годы провести работы по созданию новых инструментов, обеспечивающих в несколько раз увеличение их стойкости в скорости бурения при существенной экономии дефицитного твердого сплава. В связи о этим многими организациями проводятся исследования, направленные как на дальнейшее совершенствование мзгаяических породоразрукавдизс инструментов, так и на разработку ковых, основанных на Применении нетрадиционных комбинированных способов разрупения, при которых воздействие на породы производится совместно каким-либо физическим полем, о целью их ослабле-£гзя,з механическим инструментом, завершавдим разрушение породы.

Одниа из перспективных комбинированных споообов разрушения пород пря бурения является способ а применением сильных электромагнитных полей СВЧ а резцового инструмента.

Результаты исследований показывают, что внедрение СВЧ ЭТМ способа бурения скважин на карьерах пря добыче полезных ископаемых а строительных материалов позволит резко повысить эффективность буровых работ.

Применение електромагнитных полей СВЧ для разрушения пород при бурении дает такие преимущества, как возможность направленно вводить »пергию вглубь пород,совмещать без применения иволяторов механические породоразрушаицие средства о излучапцими антеннами, передавать алектромагнитную энергию к забою непосредственно по бурильным трубам и др.Вместе о тем одной ив важнейших вадач при применения электромагнитных полей СВЧ дня разрушения пород является устранение больших потерь энергии иа отражение от разрушаемых пород,достигающих в некоторых случаях 80%, что ревко снижает эффективность электрического воздействия.

Исследования комбинированных влектротермомеханических способов разрушения пород с применением электромагнитных полей СВЧ проводятся как у нас в стране (ИГД им.А.А.Скочинского.ИГТМ У АН, ШТР.СПГИ.СО РАН), так и ва рубежом (США).

Целью работы является разработка высоко »Активного СВЧ ЭТИ бурового органа ж. установление рациональных параметров режима разрушения горных пород при бурении взрывных скважин.

Идея работы заключается в повышен» »Активности процесса бурения путем разупрочнения горных пород сильным электромагнитным полем,создаваемым sa счет применения импульсного воздействия ■ максимальное передачи энергии СВЧ в породный массив в режиме резонанса электромагнитных волн о использованием в качестве ■влучателя проходного объемного резонатора. Метод исследований включал:

анализ ■ обобщение результатов равее выполненных работ во электрофизическому ■ алектротермомехавическому способам разрушения горных пород;

оовдание макета СВЧ ЭТИ бурового органа и стенда дня проведения исследований;

исследования способов передачи ал ектромагнитной энергии СВЧ в горные породы о применением проходного объемного резонатора;

исследования режимов воздействия электромагнитным полем на породи ■ процессе алектротермомеханического бурения; анализ я обработка результатов исследований. Научные положения, разработанные автором и новизна работа: предложен и разработан способ передачи энергии СВЧ в породи в режиме реэонанса электромагнитных волн, обеспечивающий одновременно максимальную передачу энергии ■ увеличение в кратное число раз напряженности электромагнитного поля, что повывает эффективность его воздействия на породы;

установлены рациональные электрические характеристики резонатора бурового органа, как излучателя электромагнитных волн;

предложен и исследован режим импульсного воздействия на породы влектромагнитным полем СВЧ, обеспечивающий за счет применения больших мощностей в импульсе наиболее эффективное разупрочнение пород путем непосредственного действия поля (взаимодействие поля о трещинами и дислокациями, электрострикция и др.).резкой смены температуры забоя за время дейотвия импульса (термов ударов) и разрушения породы по каналам теплового пробоя;

установлена зависимость мощности СВЧ,необходимой для разру-пения пород, от их электрических, механических и тепловых свойств; __

"определены параметры режима бурения скважин СВЧ ЗИЛ спооо-бом.

Практическое значение работы:

разработан способ передачи энергии СВЧ в горные породы в режиме резонанса электромагнитных волн и устройство для его осуществления в виде настраиваемого проходного объемного резонатора;

определен режим рационального воздействия электромагнитным полем на породы при бурении;

уотановлена зависимость мощности СВЧ,необходимой для разрушения пород, от их электрических, тепловых и механических свойств;

определены параметры режима бурения СВЧ ЭТМ опособом в зависимости от уровня подводимой к породам мощности СВЧ;

разработаны конструкции СВЧ ЭТМ бурового органа и СВЧ узлов

нерэдащего тракта. ____

Реализация работы. Разработаны исходные требования для'ТЗ на средства для СВЧ-мэханпческого бурения скваотн,исходя из которых разргзботап и изготовлен экспериментальный СВЧ эта буровой орган о привязкой к станку 2СИ11-200,соотавлево ТЗ на разработку экопе-ршгоптальйого образна бурового «танка, основанного на СВЧ-элакт-рокагплтпоа я. мвхашзчвокоы воздействии.

Апробация работа. Ооновпыа положения работы докладывались на 2-8 Всесоюзной научЕО-твктоской конференции "Термомэхани-чзсжзе катоду разруввипя горных пород*(Днепропетровск, 1972); Всесоюзной научной коБфэрзвцяя вузов о участием НИИ "Физика гор-пых пород а процессов" (Москва,. 1974); Воэсовзной научной конференций вузов СССР о учаотпем НИИ "Когаиексные исследования физических свойств горных пород" (Москва, 1977); 2-й научно-технической конференции "Применение СВЧ-энергетики в народном хо-

3

вяйстве для исследовательских целей в интенсификации, технологических процессов" (Саратов, 1977); 7-й и 8-й Всесоюзных научных конференциях вузов СССР о участием НИИ "Комплексные исследования физических свойств горних пород и процессов" (Москва, 1981, 1984); 4-й Всесоозной научно-технической конференции "Разрушение горных пород при бурении скважин" (Уфа, 1986); Семинаре "Новое в теории,технологии и технике бурения" (ИГД им.А.А.Скочинокого, 1990).

Публикации. По результатам работы опубликовано 15 отатей в получено 8 авторских свидетельств на изобретения.

Объем работы.Работа состоит ия введения, 6 глав, основных выводов и наложена на 246 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок, список использованной литературы ¿8 84 наименований и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В последние годы все больше возрастает объем исследований комбинированных способов разрушения горных пород. Создание комбинированных органов позволяет производительно с относительно небольшой знергоемкостью разрушать крепкие я абразивные породи при проведений горных выработок и бурении скважин. Поэтому работа по создалию комбинированных СВЧ ЭТМ буровых органов является актуальной.

Сущность разрабатываемого СВЧ ЭТМ способа бурения состоит в том, что в породах под воздействием сильного ыектроиагнитного поля СВЧ возникает электродинамические, тепловые а механические явления, приводящие к разупрочнению ила разрушение пород, в результате чего резко облегчаются условия работы механического инструмента.

Основными задачами исследований при проведении работы являлись:

создание устройства в виде проходного объемного резонатора для передачи анергии СВЧ в породы и определение его влектри-ческих характеристик;

определение режима воздействия и механизма равупрочиения пород влектромагнитным полем, на основе которых целесообразно разрабатывать СВЧ ЭТМ буровойорган;

определение зависимости между мектрическими я механическими параметрами режима воздействия; 4

разработка конструкции СВЧ ЭТМ породорззрушающего инструмента и других узлов бурового органа;

установление основных технических характеристик бурового органа и параметров режима бурения.

Исследования электрических характеристик излучателя электромагнитных волн, выполненного в вида настраиваемого проходного резонатора, проводились на низких уровнях мощности с применением волноводншс измерительных схем и генераторов сигналов.

Известно, что при применении обычного волноводного излучателя напряженность поля Е0 на поверхности породы при передаче в нее энергии под углом, близким к нормальному, определяется формулой

Eo-E.«ai'*rt), (I)

где Епа3 - напряженность падащей на породу волны; Гг - коэффициент отражения волны от породы.

Соответственно уровень отраженной от породы мощности Рогр определяется выражением

рпр~ рлПЭ I rz|2 . (2)

где Pnai - мощность, подводимая к породе (падащая).

Уровень отраженной цопдаостп возрастает с увеличением длинн волны и достигает в диапазоне длзн волн Л = 10...20 см 65-80$, что обуславливает большие потерн энергии в окружащем пространстве, Для устранения потерь энергии на отражение в исслвдовав-гэлся буровом органе в качестве излучателя электромагнитных волн б!'л пргшзпэп подузолновыЗ вастраяваегшй проходной объемный резо-патор. Поскольку гквпвалэнтная электрическая схема такого резонатора подобна параллельнему колебательному контуру, оп обладает трапсфоркпруюткз свойствами.

Конструктивно резонатор представляет собоЗ волноводнув каперу, ограппчегшуэ с одной стороны диафрагмой, закрепленной на подзизпез порзпэ, а с другой стороны - открытым торцом, армиро-гппеш рвяюмп, который при бурении закрывается породой. С по-ггопьо подвлкпого порзвя и диафрапгн резонатор иожет быть настроен па какешзальпул передачу энергии з либне по физическим свой-OTVVi породы.

Определено, что напрязеннооть поля Ер , создаваемая резонатором па поверхности породы, усиливается в а раз по сравнении о напрязэнностьо поля падащей волны:

где п = (0,8...0,9) р - коэффициент трансформации резонатора, Р ~ 1 + 1гг I/1 ~ IГ21 ~ коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН).

С увеличением длины волны коэффициент трансформации резонатора, а следовательно, и напряженность поля на поверхности породы возрастают. Для песчаника, например, при длине волны Л = = 12,5 см и коэффициенте отражения|Г2|= 0,7 коэффициент трансформации равен а=.4,5...5.

Установлено, что при увеличении напряженности поля в п раз глубина проникновения его в породы при одной и той ке мощности уменьшается в р раз. За счет этого повышается эффективность воздействия электромагнитного поля на породы. ■

Исследования электрических характеристик резонатора проводились в интервале длин волн от миллиметрового до дециметрового диапазона: Л = 1,5; 3 и 12,5 см.

Учитывая, что на частотах, близких к резонансной, свойства проходного резонатора со стороны входа подобны свойствам резонатора с одним элементом связи и большими потерями, резонатор бурового органа исследовался как двухполюсник с комплексным сопротивлением

(4)

где - активное сопротивление резонатора, соответствупцее суммарным потерям энергии в стенках резонатора и в породе; Хр - реактивное сопротивление нагруженного на породу резонатора.

Анализ результатов исследований характеристик резонатора как излучателя проводился с помощью круговой диаграммы полных сопротивлений и проводимостей в полярной системе координат. Результаты экспериментальных исследований характеристик подтвердили найденные теоретические зависимости параметров резонатора (добротности, коэффициента трансформации и др.) от свойств пород.

Эксрериментальные исследования процесса бурения СВЧ ЭТМ способом проводились на специальных стендах при длинах волн Л= 1,5;

5 и 12,5 см. Воздействие на породы электромагнитным полем осуществлялось как в непрерывном, так и в импульсном режимах. В качестве породоразрушанцего инструмента использованиеь режущие буровые коронки диаметром 26; 59; 93 и 112 мм, армированные пластинками из твердого сплава. С целью отработки конструкции были разработаны различные модификации коронок. Исследования проводились на блоках песчаников крепостью $ = 8...13 (по шкале

М.М.Протодьяконова), гранита, а также бетона марки 300, в котором в качества наполнителя использовалась камская галька, состоящая из пород различной крепости. Параметры режимов воздействия на породы определялись техническими данными стендов и находились в пределах:

частота вращения инструмента, мин"1 ............ 4 - 88

осевое усилие на инструмент, кН ............ 0-10

мощность СВЧ средняя, кВт ............ 0-10

частота электромагнитных колебаний ,ГГц ...........20; ~6; 2,45.

За основной показатель эффективности процесса разрушения пород была принята "скорость бурения и , рассматриваемая как многофакторная зависимость от ряда параметров воздействия:

и«/(Р,Д,1,,Г.я.<? ,р„. К), (5)

где Р - мощность СВЧ, передаваемая в породу; Д - диаметр бурения; I, - время воздействия электромагнитным полем на породу; Р - осевое усилие на инструмент; а - частота вращения бурового органа; (} - количество сжатого воздуха, подаваемого в сквятяну для очистки забоя от разрушенной породи; рк - контактная прочность породы; К - конструктивные особенности долота.

Исследования проводились при поочередном изменении одного пя параметров. На основе результатов экспериментальных исследований определены зависимости скорости бурения от основных паротятров режима бурения (мощности СВЧ, длительности воздействия на породу электромагнитным полем, частоты вращения бурового органа л осевого усилия).

Установлено, что импульсный рекпн воздействия па породы электромагнитным полем является более эффективном по сравнению с непрерывным, так как за счет кратковременности гнтульса, обеспечивается применение больших когдаост?Я с шоояой напряженность!? поля, что позволяет более э-М-октпвгто разупрочпять порода путем непосредственного действия поля (рчалмолоГтстпля поля с тр°г;ппа?.гл в лпелокапиямя, злектрострагасш п др.), резпоЯ скэпи тегяературн вг.Зоя за время действия пкзулБса (тертоу^зрзп) п рэзругашя по-рс~и в результате теалогого пробоя. Посяольку тегаяратура яабсл скг,*ггяпп при бур-згптп не препгаяа Ю0°С за ословпой г:?;;;;;::.-»: разупрочнения пород принят тепловой пробоЯ. Определено, что узельпая плотность гетностп па едпшгпу плгаадя забоя пегорл из условия теплового пробоя пород с учетом их электрических, тхв-' пячоекпх и тепловях свойств определяется завлсгмостыэ (размерность величин по спсте.'та СП)

0~1гг1г)г(1~*)£ррс

где г2 = |Г2| е1<Р' - коэффициент отражения волны от породы; (рг -фазовый угол коэффициента отражения; 1? - коэффициент Пуассона; ёр - предел механической прочности породы на растяжение; -плотность породы; с - теплоемкость породы; р - коэффициент линейного расширения породы; модуль Юнга; / - частота электромагнитных колебаний; t - время воздействия полем на породу; & -относительная диэлектрическая проницаемость породы; £0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума; ц8 - тангенс угла диэлектрических потерь; 20 - волновое сопротивление передалцей линии.

Удельная плотность мощности Ру3 в зависимости от свойств пород и длительности воздействия находится в пределах 0,2... 1,5 кВт/см2.

Мощность СВЧ в импульсе рн , необходимая для бурения скважин диаметромД , равна

2 = (7)

где 5 = <кд ] 4 - площадь забоя скважины.

Минимальное время воздействия полем на породы (импульса) при достаточных для разрушения значениях плотности мощности определяется длительностью процесса отделения частиц породы (разрушения) и составляет 0,1-0,5 с. Максимальное время воздействия ограничено теплопроводностью пород и находится в пределах 3-Б с. Определено, что время паузы между импульсами составляет ^ = (2... 3) .

Частота вращения бурового инструмента зависит от плотности подводимой к породе мощности.СвязьЧастоты вращения о плотностью подводимой мощности и свойствами пород определяется выражением

г(1+Гг?Я (8)

"" (1-|Гг|2 дТрС33 ' ____________..г........

где ¿1= ¿Др - коэффициент затухания электромагнитной энергии в породе; К.^ - глубина проникновения поля в породу при применении резонатора; Би - площадь выходного канала резонатора; дТ -перепад температур породы за время действия импульса; 5| - площадь забоя скважины. ----------------_...- _. _______

Период подачи импульсов Т*= 1Н + = (3.. .4)^, окваж-ность импульсов () = Т/= 3...4, а средняя мощность генератора

При длительности импульсов Ьи= 0,3. ..3 о частота вращения " рабочего органа соответственно составит а= 200...20 мин.-1.

Осевое усилие на инструмент при электротермомеханическом разрушении определяется степенью ослабления прочности пород а снижается минимум в 5 раз по сравнению с усилием, требующимся при чисто механическом способе бурения тем яе инструментом. Исследования показали, что существует определенное значение осевого усилия,ниже которого разрушение пород не происходит, а при усилиях, превышающих это значение, скорость бурения не возрастает. Объясняется это тем, что в первом случае резцы не вдавливаются в породу, так как она недостаточно разупрочнена, а в другом случае резцы, разрушив ослабленный слой, взаимодействуют с неослабленной породой, для разрушения которой требуется большее усилие. При полном разрушении пород под воздействием поля осевое усилие может1снижаться до нуля и роль механического инструмента в этом случае будет состоять в зачистке поверхности забоя от ■ разрушенной породы.

Интенсивная очистка забоя скважины от разрушенной породы обеспечивает более полную передачу энергии электромагнитного поля в разрушаемые породы, что способствует повышению эффективности процесса разрушения и увеличению скорости бурения.

Большое влияние ва эффективность процесса бурения оказывают конструктивные особенности СВЧ Э1М инструмента, способ передачи энергии СВЧ в порэды, качество согласования сопротивлений волно-водного канала инструмента о передающим трактом, распределение энергии по поверхности забоя и по глубине в породе, сочетание электрического й механического воздействия, расположение и чиоло резцов в коронках в др.

Максимальная механическая скорость бурения комбинированным СВЧ буровым органом в крепких породах, отнесенная к одному обороту инструмента достигала 3-5 им, что при частоте вращения, например п = 120 ми в"1, составит v= 22. ..36 м/ч. При применении больших частот вращения " скорость бурения монет достигать хг = = 50 и/ч.

Расчетная удельная онергоегаосгь разрушения пород комбинированны!! способом при бурении I ц скважины диаметром 160 см в крепких породах составляет 1,75-2,8 кВт«ч/м, что» примерно, в 1,62 раза меньше, чем при шарошечном бурении в тех же породах. При этом согласно исследованиям и расчетам отношение электрической

мощности, затрачиваемой на разрушение пород,к механической, равно примерно 3 : I, т.е. основную роль в разрушении породы играет електрическое воздействие.

Определено, что минимальная частота электромагнитных колебаний , требующаяся для разупрочнения пород, при заданной напряженности поля Е3 в времени воздействия определяется зависимостью

л ТрС

/т1л= _г . , . . Г" » (8)

гп е, е, е, £ 1д $

где £л - напряженность электромагнитного поля.

К настоящему времени изготовлен (о привязкой к буровому станку 2 СБ111—200) экспериментальный полномасштабный буровой орган для исследований бурения диаметром 160-200 мм в условиях, близких к натурным.

ЗАКЛЮЧЕНИЙ

В результате проведенных исследований установлены рациональные параметры режима разрушения горных пород СВЧ ЭТИ способом при бурении взрывных скважин, разработана конструкция бурового органа и составлены исходные требования для ГЗ на средства для СВЧ-моханичаского бурения скважин диаметром 160 н 200 мм.

Исследования показали, что внедрение СВЧ ЭТМ способа буренйЯ па карьерах при добычо полезных ископаемых и строительных материалов позволит увеличить в 3-5 раз скорость бурения, умспьвать в 1,5-2 раза затраты на буренве I м сквакины в крепких породах, сократить износ породоразрувавдого инструмента в др.

Областью наиболее целесообразного пршавенгя СВЧ ЭТУ способа' бурения будет бурение сквакии » породах крэаостьа $ В, ъ которых бурение часто «аханачесйош способен 1»ло ьЭДоктпвпо. В то ■ ко вроця осваденЕз бурового отаяка реэцавгш ияструкавтол с буро-ьшв изековаыз стапгша позвала? вроазьоддть бура изо п в ияпшх породах, т.о. области, пршзгавдз СВЧ ЭТИ бурогого стока <5ать довольно сгсроко».

В сел?и с тай, что раэрувзкаё пород прз б^рзета СВЧ 3*Ш способом пропахали? крущл^ схояоа (ко гяубвку 3-5 »я) сг-гаштсс пшшобразовакпа, что погашает «ояогачзскуа частоту буроалх работ. 10

Ооноаные выводы, научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. Использование в СВЧ ЭТИ буровом органа проходного объемного резонатора в качестве излучателя электромагнитных волн обеспечивает максимальную передачу энергии в породы при повышенной напряженности поля, что позволяет более зЭДяктивно воздействовать на породы электромагнитным полем.

2. Воздействие сильного ¡электромагнитного поля на горные породы снижает их прочность, в результате чего достигается 2-5-кратноо увеличение скорости бурения по сравнению с бурением чисто механическим способом и снижается износ инструмента.

3. Основными факторами, определяющими эффективность воздействия электромагнитного поля на породы, являются: свойства пород. удельная плотность передаваемой в них мощности СВЧ, режим электромагнитного воздействия, градиент температур в породах в момент ах разрушения, частота вращения бурового органа, осевое усилие йа инструмент, интенсивность очистки забоя скважины от разрушенной породы, способ передачи энергии в породы и конструктивный особенности породоразрушаюдего органа.

4. Определено, что импульсный режим воздействия электромагнитным полем на породы при бурении является более эффективным по сравнению о непрерывным, так как при одних и тех же средних мощностях, за счет кратковременности импульса, достигается создание больших мощностей, что позволяет производить разупрочнение пород путем непосредственного действия поля на породы (взаимодействие поля с трещинами, дислокациями, электрострикция и др.), резкой смены температуры их поверхности (термоудара) за время импульса и теплового пробоя пород.

5. Получено выражение для определения мощности СВЧ, необходимой для разрушения пород при бурении,в завиоимости от электрических, механических и тепловых свойств пород, а также времени воздействия полем.

6. Найдена зависимость чаототы вращения бурового органа от параметров электрического и механического воздействия. Определено, что частота вращения СВЧ эта бурового органа при мощностях, достаточных для разупрочнения пород и длительностях импульсов: = 0,3-3 о находится в пределах п- 20...200 мин"1, что соответствует скорости бурения примерно 5-50 и/ч.

7. Установлено, что осевое усилие на буровой инструмент зависит от степени снижения прочности пород под воздействием

II

электромагнитного соля в уменьшается минимум в 5 раз по сравнению с усилием, требующимся при механическом бурении.

8. Себестоимость бурения I м сквакины по прямым затратам снижается согласно результатам исследований и расчетам примерно в 2 раза по сравнению о шарошечным бурением и составит 1,752,8 кВт.ч/м.

9. Предложены в отработаны конструкции волноводных узлов, составляющих СВЧ ЭТМ буровой орган: вращающегося волноводного соединения, волноводных бурильных труб, породоразрушавдего органа оо встроенным излучапцин СВЧ устройством в СВЧ ЭТМ буровым долотом.

Ю. Разработаны воходпые требования для технического задания ва средства для СВЧ механического бурения скважин диаметром 160 и 200 мм, составлен? ТЗ на экспериментальный образец бурового станка, . .....

II. Изготовлен полномасштабный експернмевтадьныЯ образец СВЧ 3TU бурового органа с привязкой к буровому стайку 2 СБШ-200 для проведения исследований бурения скважин диаметром 160 и 200 мм в условиях, близких х натурным.

Основные положения работы опубликованы в следующих трудах автора.

1. Ä.o. 232465. Исполнительный орган отанка для бурения скважин в крепких породах. - Я 1161254/22-3; Заявлено 03.06,67; Опубл. 28.11.68 // Изобретения, проштенные образцы, товарвнз вваки. - 1968 (соавтор П.Б.Цввтнов).

2. СВЧ устройство для териоыаханичеокого разрушения горите пород // Тераомеханвчэог.се методы разруиенкя горных пород, ч. 5: Труди II Всесоюзной науч.-техн. ковф. - Днепропетровск, 1972 (ооавтор Л.И.Ваганов).

3. A.c. 390273 СССР. Коронка ддя мектротераомэганического разрувеиия горных пород. - й I720S37/22-3; Заявлено 03.12.71 Опубл. 11.07.73; й 30 // Открытия, изобретения, прошш. образца,-товар.знаки (соавторы Л.И.Бленов, А.П.Образцов).

4. А.о. 334547 СССР. Устройство лая 3Tü раэрувеншз горных пород. - Ja 1720636/22-3; Заявлено №3.12.71; Опубл. 22.03.73; ti 34 // Открытия, промыа. образцы, товар, знаки. - 1973 (соавтора Л.Ы.Блинов, А.П.Образцов}.

5. А.о. 435356 СССР. Электротераомеханическнй породоразруса-пций орган. - £[758649/22-3; Заявлено 14.03.72; Опубл. Сб.07.74; ß 25 U Открытия, изобретения, проиш. образцы, товар, знаки. -1974 (соавторы Л.М.Блинов, А.П.Образцов).

6. Исследование комбинированного способа бурения горных пород Л Физика горных пород и процессов: Тез. докл. Всесогэн. научн. конф. вузов СССР с участием НИИ. -М., 1974 (соавторы Л.М.Блинов, А.П.Уваров).

7. Комбинированные рабочие органы для бурения горных пород со встроенными объемными резонаторами СВЧ // Физика горных пород и процессов: Тез.докл. Всесоюзн. научн. коя$. вузов СССР с участием НИИ. - М., 1974.

8. А.с. 530951 СССР. Электротермомеханический породоразруша-ВДий инструмент. - Л2099927/03;Заявлено 04.11.74;0публ.05.10.76; Бил. » 37 // Открытия, изобретения, промыш. образцы, товар.знака. - 1976 (соавторы Л.М.Блинов, А.П.Образцов).

9. А.о. 576406 СССР. Установка для злектротермомеханического разрушения горных пород. - 1972354/03; Заявлено 30.II.73; Опубл. 15.10.77; # 38 Ц Открытия, изобретения, промыл, образцы, товар, внакв. - 1977 (соавторы Л.Н.Блинов, В.А.Двинских, А.П.Образцов).

10. Экспериментальные СВЧ инструменты для бурения крепких горних пород // Применение СВЧ-энергетики в народном хозяйстве для исследовательских целей и интенсификации технологических процессов: Тез. докл. Второй научн.-техн. конф. - Саратов, 1977 (ооавтор А.П.Образцов).

11. Экспериментальный СВЧ рабочий орган электрофизического проходческого комбайна // Применение СВЧ-энергетики в народном хозяйстве для исследовательских целей и интенсификации технологических процессов: Тез. докл. Второй научн.-техн. конф. - Саратов, 1977 (соавторы Л.М.Блинов, А.П.Обраэцов, Ю.А.Роров).

12. Передача энергии СВЧ в горные породы при злектротермоме-ханичэском разрушении в режиме резонанса электромагнитных волн // Кошшекспне исследования физических свойств горных пород: Теэ. докл. Всесоюзной научн. конф. вузов СССР о участием НИИ. - П., 1977.

13. А.о. 757707 СССР. Устройство для разрушения горных пород. - 2661963/22-03; Заявлено 14.07.78; Опубл. 25.08.80; * II // Открэтия, изобретения, промни, образцы, товар, знаки. - 1980 (соавтора В.А.Двииских, В.Г.Дувинг, В.Г.Клиыенко, А.П.Образцов, Ю.А.Розов). ;

14. О факторах, влияющих на эффективность процесса разрушения горинх пород комбинированным способом, основанном на приме-'нений электромагнитных полей СВЧ и механического воздействия // Комплексов исследования физических свойств пород и процео-

сов, ч. 5: Тез. докл. УН Всесоюзной научи. ковф. вузов СССР с участием НИИ. - М., 1981 (соавтор A.D.Образцов).

15. Трансформирование напряженности электромагнитного поля проходным объемным резонатором комбинированного продоразрушаю-щего устройства // Науч. оообщ. ] Ин-т горн, дела им. А.А.Скочинского. - 1983. - Вып.215.

16. О режиме работы комбинированного бурового СВЧ-инстру-мента У/ Комплексные исследования физических свойств горных пород и процессов, ч. 5: Тез. докл. . УШ Всеюзвой научн. конф. вузов СССР о участием НИИ. - М., 1984 (соавтор А.П.Образцов).

17. Исследования разрушения горных пород злектротермомехани-ческиыи буровыми органами на основе примененэния энергии СВЧ 1J Разрушение горных пород при бурении скважин: Тез. докл. II Всесоюзной научно-техн.конференции. - Уфа, 1986 (соавтор А.П.Образцов).

18. О передаче электромагнитной энергии в горные порода проходным резонатором при комбинированном способе разрушения Л Науч. сообщ., вып. 246 У Ин-т горн, дела им. А.А.Скочинского,-М., 1986. . . .

19. Режим воздействия электромагнитным полем на горные породы при разрушении их комбинированными буровыми СВЧ органами Н Вопросы создания новой техники. Научн. сообщ. J Ин-т горн, дела им. А.А.Скочинского, М., 1987.

20. Параметры режима бурения скважин комбинированным СВЧ рабочим органом ]] Разрушение углей я горных пород: Научн. сообщ.

/ Ин-т горн, дела им.А.А.Скочинского. - М., 1989._____________________

21. Комбинированный СВЧ-механический способ бурения JJ Новое в теории, технологии и технике бурения: Тез. докл. - М., 1991.

22. A.c. I554451. Устройство для адектротермомеханического бурения скважин. № 4409699; Заявлено 8.02.1988 (соавторы Г.О.Бро-* дов, Л.П.Ильина).

Степан Иаксвиовп ЦЦГАНЕНКО

РАЗРАБОТКА СБЕРХБИООКОШТОШОГО ЗЛЕКТРО-ИРНОМЕХАНИЧЕСКОГО (СВЧ ЭТИ) БУРОВОГО ОРГАНА И УСТАНОВЛЕНИЕ РАЦНОНАЛЫЩ ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМА РАЗТШЕЯИЯ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ Е7РЕНИИ ВЗРЫВНЫХ СКВАКИН

Автореферат диссертации па совсхание ученой степени кандидата технически! неук

Подписано к печата 26.Св.93 г. Формат Б2.5ГВ4 1/16. Печать офсетная. Уч.-взд.л. 1,0._Тира» 100 ака. Изд. Я 5984. Заказ

Инсмтзт горного дала вн. А.А.Скочинского, 140004, г.Лсберш Моск. обл.

Типография: 140004, г.Либерии Моск.обл.