автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.06, диссертация на тему:Выбор параметров исполнительных органов станков и технологии бурения взрывных скважин в многолетнемерзлых породах

■ Государственный коьштет РФ по высшему образованию ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХЮНЕСКШ УНИВЕРСИТЕТ

РГ6 «Л

2 9 М ^95 -

' - ' На правах рукописи

ГОРЯЧКШ Владимир Михаилович

УДК 622.233.6.016.25

шбор параметров испшш1жыж органов станков и технологии бурения взрывных сквмкн

в могаяЕТНйлЕРагшх порош

Специальность 05.05.06 - "Горнио машины

Авторе!арат

диссертации на соискание ученой стелена .кандидата технических наук

Иркутск - ГЛо

Работа вылонена в Иркутском государственном техническом

университете

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор • * " В.А.Перетсигчкн

Орптиальннэ оппонента: член корреспондент АТН РФ,

доктор технических нарт, профессор

В.Д.Буткин

кандидат технических наук, профессо] ' , К~.Н.Кострошткнот

Ведущая организация - АК "Алмазы Россни-Саха"

Защита диссертации состоится "2S " ¿¿/ÛMJf Х995 , . в 10 час. на заседании специализированного совета К-063.71.02 'при Иркутском государственном тохнкческш университете. '

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке университет; Автореферат разослан ". [¿¿¿¿Р IS95 г.

* Отзывы на автореферат просил направлять в специализирована!, совет'университета по адресу: 664074, Иркутск-74, ул.Л'- рмонтова,

Ученый секретарь специализированного совета, vw^*^

докт.техн.наук, профессор /<• * Н.Н.Страбша

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность работа» Важное значение в наращивании оконома-ческого потенциала Российской Федерации отводится увеличению объемов добычи золота к алмазов за счет развития и освоения природных богатств в северо-восточных районах страны. Наиболее эффективным является открытый способ разработки месторождений золота и алмазов на основе широкого внедрения прогрессивной технологии и использования высокопроизводительной горно-транспортной техники. Кнтенсифнка-цея отработки месторозденкй при постоянно растущих объёмах вскрышных работ требует постоянного совершенствования исполнительных органов станков шарошечного бурения, которые являются основным видом бурового оборудования. Трудоёмкость буровых работ увеличивается при проходке взрывных скважин в слокноструктурних многолетнемерз-лых породах.

Вмфшшэ порода алмаз орудных и россыпных месторождений Якутии и Северо-Востока страны отличаются весьма специфическими особенностями, которые исключают возможность механического перенесения опыта ыарспечнсго бурения из других регионов и предопределяют сравнительно низкие техгощо-экономическис показатели работы станков. С-тп особенности вытекают из большой неоднородности пород и перемещения их по крепости, наличия пвсчано-илисто-глиниетня отлокений повышенной влажности и многолетней мерзлоты. Неоднородность пород связана с наличием гравийно-галечного материала и ватуноз п обусловливает возникновение резких динамических нагрузок на инструмент. Перемещение пород с различными физико-механическими'свойствами затрудняет выбор бурового инструмента и сникает эффективность его примзне-ния. Наличие песчано-илисто-глинистых отлозений повышенной влатдос-тц и шоголетней мерзлоты обусловливают возникновение частых нарушений режима очистки сквшкин.

Реализация технических возможностей станка при бурении скванян в подобных условиях зависит от правильного выбора параметров и совершенства его исполнительного органа и технологии бурения. Нспвя-нитвльный орган станка включает в себя долото и буровой стаз ¿тГрСь-дувочным агентом - сжатым воздухом. Совершенствование и скатайтесь--ных органов станков является важной задачей повышения оф^скглнгес-ти буроиия скважин в многолетнемерзлнх породах.

Технология бурения скважин представляет собой совокупнее?! процессом и гч^рмщп, совершаемых при бурошт. Он,п отркг.аст рогли-

зацию в конкретных условиях процессов разрушения породы на забое-скваяшы и транспортирования продуктов разрушения при соответствуя щеы сочетании свойств массива, конструктивных параметров исполните льного органа и реаашшх параметров работы» Требования к технология бурения скважин втекают из специфических особенностей мзсто-рсидений. Совершенствование технологии бурения в сложно-структур-гшх ыногаяетнемерзлых породах является ванной задачей повышения эй фектявыости проходки взрывных сквакин.

Процесс бурения состоит из двух езанмосвязашшх и завлеимых операнда - разруиения порода на забое меажины и удаления продуктов разруиения из забоя и скзеяин. Зти операции выполняются долотом п пневмотранспорткой системой станка. Пневмотрачспортная систс ш стыка представляет собой сочетание пополнительного органа с зс боем и стенками скважины. Сла характеризуется параметрами воздушнс го потока, долота и затрубиого пространства, которые являются взш: мозазЕскшш. Бурение будет протекать успешно только при условии достшэшгя соответствия между интенсивностью образования и удалеш: буровой мелочи, т.е. соответствия параметров долота и пкевмотранс-партяоИ системы условиям бурения.

Поставляемые в настоящее время на алмазорудные и россыпные месторсвдения шарошечные долота зачастую не соответствуют условиям бурения, а пневмотранспортная система станка не удовлетворяет требованиям качественной очистки забоя скважины от продуктов разрушения, Это обусловило постановку актуальной научной задачи по совер-пеастиованаю исполнительных органов станков и технологии бурения взрывных скважин в многслетнемерзлых породах.

Исследования по данной теме соответствуют целевоГ.комплексной научно-технической программе развития горнодобывающих отраслей в восточных и северных районах Российской Федерации и выполиялиоь не планпл научно-исследовательских работ Иркутского государственного технического университета. Они были включены в отраслевой план бывшего "Союззолото", программу "Север", в координационный план научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области перодера^зруиающего бурового инструмента ВЛИИБТ. В 1994-95 гг. вошли в план НИР конкурса грантов по фундаментальным исследованиям в области уориых наук 21-Г/94.

11ад;.ю теботы латается совершенствование исполнительных оргаг' станков и разработка новой технологии бурения для повышения £«¿'>1;. милости прохо&гл взрывных скваган в чноголетнеморзлых порода;-:.

Идея работы - приведение параметров бурового инструмента и ¿истеш очистки в соответствие со свойствами пород п продуктов раз-эуиения при условии обеспечения стабилизации температурного решила з призабойной зоне сквамсины.

Основные научтаа положения. вннооише гга защиту

1. При иняенерных расчетах затраты энергии на физические зиь-|>екты и упругие деформации мояно не выделять а считать, что вся энергия при бурении расходуется на образование новых поверхностей и на преодоление сил трения, При этом количество тепла, поглощенного буровой мелочью, соответствует затратам модности на образование новых поверхностей, а количество тепла, поглои.аемого бурсеш» инструментом - затратам мощности на преодоление трения. Эффектом теплообмена мецду долотом и буровой мелочью моано пренебречь.

2. В многолетне;,:ерзлых породах стабилизация рэяаяла очистки призабойной зоны от про,тактов разрушения достигается при нейтрализации образующейся при бурении теплоты охлаадеинш продувочный агс-нтои. Установлено, что применение батарейных и радиаторных ох-яадятолвй обеспечивает при температуре атмосферного воздуха гшг/с 18-г42°С снижение температуры на выходе-из долота до минус 8-?-30°С. При атом скорость бурения увеличивается в 1,5 раза.

3. Сишхение затрат энергия ка трение и нагрев инструмента при бурения шаропбчнккя долотами достигается за счет продувки и прщу-дгггелъчой-; сказки спор шарошек. Принудительная воздушно-масляная смазка опор обеспечивает возмоеяость уменьшения теплота, выделяв-мой в призабойной зоне, до 305? и снижения температуры лап тарошек в среднем на 30°С.

' 4. Переход р соответствующих условиях на менее энергоёмкие способы разрушения породы на забое обеспечивает снилонче каигчест-ва выделяемого в призабойной зоне тепла кис за счет снижения затрат модности на разрушение, ток и за счет увеличения скорости Су-рения. При замене шарошечных долот релсущакн количество выдавде;« ■— го тепла снижается в 2,2-8,8 раза, а комбинированными рейущо-швргн-шечными - в 1,5-2,5 раза. При бурении кногояетнемерзлых ¡юрод способствует стабилизации температурного реэтша л призсбойнсй Г'о-1 ' не снвагкшы.

Обоснованность и достоверности научних подоконий. в^ю.пой тхжрмендший. Научные положения, выводы и рекомендации о^осле&г-пг сочетанием теоретических и лабораторных исследований с праятддаги ми испытаниями натурных образцов испояиптйши-ис оргпноп и охлк.чга'>-

¡них устройств, сопоставимостью результатов расчетов и экспериментов

Достоверность выводов подтверждается сходимостью теоретических расчетов с экспериментальными результата!®!, большим объёмом экспериментальной проверки. Отклонения.расчетных данных от экспериментальных не превышает 8-16,65?. Высокая эффективность разработанных исполнительных органов и охладдающих устройств подхверздает правильность принятых теоретических предпосылок выбора их параметре

Научная новизна работы:

- установлена возможность независимой оценки поглощения энергии при разрушении породи на забое скважвдщ буровой мелочью и до-лотегл без учета теплообмена менду кист;

- доказала возмояность стабилизации температурного решала в прпэабойяой золе за счет теплообмена продувочного агента о атмосферным воздухом;

- установлена качественная и количественная зависимость температурного режима в призабойной зоне от способа разрушения породы на забое сква:шш.

Практическая ценность работы заключается в разработке:

- инженерной методики технологии бурения скваяик в многолетне-мерзлых породах и выбора параметров режущих п реяуще-шарошечных долог;

- устройств для охлаждения продувочного воздуха;

- систем автоматической смазки опор шарошечных дают.

Реализация результатов работы. Разработанная инженерная методика технологии бурения скважин утверждена ЛК "Алмазы России-Саха" и принята для практического использования. Новая технология бурения сквашш внедрена на карьере "Юбилейный".

Созданные конструкции резущих долот с продувкой, комбинированных ре^уще-шарошечннх долот и системы автоматической смазки опор шарошечных долот прошли широкую промышленную проверку на карьерах АК "Алмазы России-Саха" и внедрены на карьерах "Мир" и "Юбилейный".

Фактическая экономическая эффективность от внедрения новой технологии бурения с использованием режущих долот и устройств для охлаждения продувочного воздуха на карьере "Юбилейный" за 1991-1993 гг. составила - 245,6 млк.руб.

/1гроба1щя пабоуы. Основные полокешш и результаты работы док-лгднве-лгеь: на леучно-тохгшчеекггх конференциях ИрИУ, Всесоюзной научно-технической котт.орошгаи по комплексной механизации буровзрыг нкх рас от (г.Красноярск, 1004 г.); Всесоюзном совещании по научно-тг:а;ич''то-.г/ прогрессу г. области буровзрывных работ (гЛолябинск,

С

1986 г. ) ; IX Всесоюзной научной конференции при МГИ по комплексному исследованию физических свойств горных пород и процессов (г.Москва,

1987 г.); региональной конференции по повышению эффективности разработки месторождений полезных ископаемых Восточной Сибири (г.Иркутск, 1988 г.); Всесоюзном семинаре при И1ДС по ресурсосберегающим технологиям при открытой отработке полезных ископаемых Севера (г.Якутск, 1988 г.); Всесоюзной конференции по горнодобывающим комплексам Сибири (г.Улан-Удэ, 1990 г.); Медузународной межвузовской научно-практической конференции при ЮТ по совершенствованию конструкции, технологии изготовления и эксплуатации горного оборудования (г.Москва, 1992 г.); первой Международной научно-технической конференции по перспективам развития горнодобывающей промышленности (г.Мевдуреченск, 1994 г.); второй Международной научно-практической конференции по перспективам развития горнодобывающей промышленности (г.Новокузнецк, 1995 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ,' в тш числе два авторских свидетельства.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографии (145 наименований), 2 приложений. Текстовая часть дасрертацшг излсшена на 268 страницах машинописного текста и содержит 37 рисунков-и 42 таблицы.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору, доктору технических наук Перетолчину В.А. и сотрудникам -кафедры гарных маиин и рудничного транспорта Иркутского государственного технического университета за творческое сотрудничество и всестороннюю помощь в разработке породоразрушающих инструментов,, охлаадащих устройств, проведении экспериментов и внедрении результатов исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса, методические основы к задтад исследований»

Прочностные характеристики мерзлых перед исследованы A.H.Sojîq-нинш и Н.А.Цитовичем. Установлено влияние температуры s вдаапоети породы на сопротивление мерзлых пород-саатию, сдвигу, резаншз» Остановлено, что наиболее сильное влияние на прочность мерзлых пород оказывает температура. Например, при температуре гдшы шшус 1°С . её прочность выше в 7-3 раз по ерпэненшо с прочность» при полоза-тольной тешюратуро.

Изучению тенпоратурнсго режша сквкдак, бурши. в морзлшс с родах с продувкой воз,духе.!, посвягши иоолодолапкп ;

Г.С.Грязаовп, Й.П.Ел:^ова, БгБЛчудряш.Ола, А.Я.К^оадеса, сова, В.С,Лгткп1~.пко. ЛЛЗЛ^аражпш., БЛ'-Седсла, Л.А.РязоЛова, В.К.Ч&оожшв-л, А.Н.Щер^акь. А ДГЯко^яейа ti ,15), Ah^jt-s исследсгк! »«лкратурвого рпккмй спвч&йк с^р'.тгаадлх-йу«: о a-oj, rtrc оснаюк BeuSjrzaBTtum зоыросы га-вергитриого регкоа кеелза и фрг;

го ысогрумеиг«1., о^атоебке^а ъозт^ула. с буровой ¡.«.юч

5; бурогнч; i^v^iootSH. з^трсг^аеиой и?. с^рз:-.

rfey^SHHw IipO'i^iCCOD ЧНЛй'ЛОгреНО^ОрТСрС«^?.::: резруп

KjTii uooiviDi'i-M IMIJ^rysoaai iuILK'apoa:;-;:'.^ Б."Л\у.'.\-

KOWi, и».П./>.'.т.-'..ю5а, АДЧ^аь'тяОиОjja, А/ОЛ^г^ушза,

В в,о^о^еашл;;. рпстатй уч-

т^ва^те); оиразозалия. о'-роюД ¡¿-слощ!, её

тссоккй еостпг, ^дета-гура гфоду^о^огч; .¿издута к дезди "ругл^.-к разгона чао?яд ¡IvpoTjoi; каго--ш z щжасойио;; soiu.. Я КС&5;ЛеЛСН0 iiOJTp^JiJ ЦгШСП'ФТПВСВЯетх оур^ВС-Й cisc^'i"

воздухом пг:олвдоз<шк В, Л»Порет-сл--шшк, Длл рек^пкй зкроеа йуоор; пцргмётрез сйотйгаг стак:-:га и гар^дотрез таре.::?-

кда, vesji'isx и сл^чи^г долот ич^-хаем -соз^оааЦ'Д -гаплиги

зать saqpss етеЕмо^раисяор'ГйпойагШя буровой мдооч?» р?зрыботп?а.р В.А.Ябрвгсигсяйай, дт ргкзйяог ьрниекг;;

дгьно к еурада;: щад с Щ)ОД»те:сЗ гоздухол; в г^су^от^еис^злиг: породах;

sir^.T ко ооодгптло :/с:сроис?ь п кепдедожча» ьт>

ргуовд гхрг бурэайх й nporyiaiof иовзодоик в ра.с5о-?з>: JUIS tieicmeEit, Л,ИЛшк;амо££, й-ЕЛгудоямо^а, $<.Д»&го&кеь'ко, АЛ*Шосл$ги it дй. Окь'яьо не прйведщ^ой оведсап по pao^xy a vh-беру щргпегпов о^тга^дз^чУа уо-гройоть ¿>рк тсиообке:« с ш гагдугегг к оодыё щжод, & гкже даквяс no KouwjvyKtC2h£.% йсикемвкг. Это сг^ца'^лх-ствует с н^оохгдакостя сфозеденж сЕкдаиз нйь по расчогу ii выбору параметре;; о^лаэдетщсс.устр'.

ста npri'f.i)H'ii't4'u:.i;i{i) Сур^нт пзржиых скваяш б чноголетне.мерэл.1К породах»

Ид" ссйдшшггл я сопьр^ыкл'вовшшем устройств для смазка опо^ вяроое^ш: дают рх>о?гт шюа-л-ути 1Ш7, ВНЙЙБГ, С1\Б СГО. При in. шт^'пях аьа'-'доло-тьчк .г: гркшггсров и смазочанх устройств исслсдов: тели стрлиси-.со -зтличть прехощг/ на долото и за счет этого снизить оsrpa'ii: ¡'Г' буропо;; пттструмеат, при этом не рассматривались

вопросы, связанные с выделением тепла в опорах шрешек а те.-шера-турным режимом долота в цаяом. При буренки многслетнемерзлых пород температурный режим долота оказывает существенное вдяяйне на температурный режим призабойной зоны. Без учета этого фактора трудно решть задачу по нормализации температурного режима призаоой-исй зоны и скватаны В" долог.?. Поэтому вопросы, связанные с влиянием смазхаг з сочетании о продувкой опер шарошек на температурный рэзззд долота, требуют дополнительного изучения.

Значительный Ейлаи в тверда работы рекущого бурового инстру-иеота внесли О.Д.Алимсв, В.С.Владаславдев, Б.К.Вогдвияенский, Л.Т.Деорннков, М,Г.Крзштш, В.Г.Шхайдов, И.А. Остроутако, В.А.Ие-ромотип, С.Я.Сологуб, В.С.Федоров, В.В.Царпцен, Л.А.Щрейнер, В.э.Эпштейн и др. А в исследование работы режущего бурового инструмента - В.Д.Вуткин, Я.Н.Долгун, Б.А.Катенов, К»Й.Каршкжая, Ю.М.Колодие, М.С.Сафохин, Н.Н.Страбшснн, М.Г.Сешяейский, (А.С.Те-лоыов, О.ВЛернещшй, В.Н.Шамшин и др. Экспериментатыше исследования работы ре:кущш: долот позволили выработать критерии по выбору их конструктивных параметров, послужили толчком для дальнейшего шс совершенствования. Над созданием конструкций долот работают институты КузГТУ, ИГО", НИИОГР, ИрПУ. Обзор конструкций долог свидетельствует о ток, что работы, 'связанные с созданием резущкх до-лст с иродувкей, а тагже коглбннирсвэяного бурового инструмента не вцгли из стадии экспериментирования. Предложенные конструкции долот нэ нашли применения, не налажено их изготовление. При бурении шоголетнемерзлыл пород не рассматривались вопросы распределения тепла меяду долотом, продуктами разрушения и продувочным воздухом, что является важным фактором нормализации температурного реглма призабойной зоны. Поэтому вопросы, связанные с влиянием различных факторов на тепловой решил призабойной зоны сгаатлпш , требувт специального изучения.

Исходя из состояния вопроса и цеди исследования, в работе поставлены и решены следующие задачи,

1. Оценка влияния теплообменных процессов в прноайойной зоне скваяины на эффективность очистки ео от продуктов разрушения.

2. Разработка и создание конструкций охлодкттс.1 п ггрлводрнгс» параметроз пневмотранспортной системы станка в соохзотстелй с условиями бурения многолотнемерзлых пород.

3. Создание конструкций оуро.^го инструмента, огхпалцогсся малой оноргоомкостыо процесса разрушении породу на заоог скьгл^чы.

4. Разработка технологии бурения взрызнш: скваиак в шогаяет-пемзрзлых породах.

Метод исследований принят комшюксный", сочетаадш теоретические исследования с экспериментальными.в лабораторных и иршзвсщст-вошшх услсвисх. Исоледовачия теплсс&йышх процессов проводились на вертикальном буровом стенде. Исследования работы долот в лабораторных условиях проводились на горизонтальном буровом стенде с регистрацией исследуемых параметров контроаьно-нзмеригелънкш нрл-бороми и самопишущей аппаратуре!.

Лссд?до?рлде, ^родессол р ПР^^РД »юр дда-

летнемерзлых породах в скаааюгс возникают теююобмошше процессы. При работе пцюдоразруиакщого инструмента на ьийое скваяшш хшеет место постоянно действуэдпй источник тепла, кадсрый влияет на температуру буревой мелочи, инструмента и продувочного воздуха. Проачэ-катцпе тсплообмешше процессы отличается большой сложностью и многофакторностью. Принятая рабочая модель теплообмэнных процессов в цризабойной зоне позволяет в определенной степени абстрагироваться и упростить схецу. Критерием справедливости принятой расчетной схемы слукит хорошая сходимость расчетных и фактических показателей - погрешность составляет 3-16/2.

Физический КОД процесса механического разрушения. порода цры бурении сквагянн составляет не более 0,01$, поэтому можно считать, что вся механическая энергия, затрачиваемая на бурение, превращается в тепловую. Количество тепла, выделенное на забое, распределяется медцу элементами прязабойной зоны. В силу того, что горные порода являются хорошими теплоизолятораш и скорость бурения значительно выше скорости распространена тепла, прогрева пород впереди забоя происходить не будет. Кроме того, продувочный воздух „является второстепенным фактором,- изменяющим теплосодержание приза-бойной зоны, так как сн искусственно подается на забой скватаны. Таким образш, моано принять, что тепло образующееся при бурении, распределяется между частицами буровой мелочи О. и породо-рагрушающим инструментом Щ'. а температура проявочного воздуха Езменяется от взаимодействия с ниш, т.е.

а-

й^ъ'+а' (2л)

ЬаиоГгмл модность /У . реализуемая на разрушение пород забоя с/одхшч, сг„'.';;д;а:ается гм мсг.";юстк А/о > затрачиваемой на образов;).-

пне неких псвэрглгост&й, //,-л - на лрэодссхензе си гренв» при работе долота, Л^. - ка упругие дбфсрмащп и Мэ - па физические эффекта. При ьтпгекерных расчетах затрата мощности на упругие деформации и аазйлеекие пфдэкты ыояно не »гдеяяхтъ д считать! что

/V- /'4,о +А/а . (2.3)

Геенне породы являются хорспйкн тенлокзоячтораи, а площадь ксн-?ят:та доло ксродс*. :»рн.г-л!п илотдщг вновь образово;:---

¡гсй ¿1 ссер^юо'^ дргя породи., Бз^юдеЛс-сгие "э ш'стругле«--

■та с породой осуществляются практетес^ мгяонопко и черзз пыяезцд-но~. ядро, По'?-;-^ х-ейлп^дродэт^й часткздн'; бурився "Л

ипотрутлектсч гяся;с ор&кабрз'п», Тогда иагров части! буревой кояачй суде? ггрогсходнть я-сшжо за счат рабптп, оовори'зопой при разрупе-

и'.'ред"! о-'рззогн^н ноънх но5ирткос1'яа; а нагрев бурового инстру^З'Гп - за схех раЗсто, эс-'«£-е*(ГЗГ-е:«ой на преодояенде ое ■¿с^.п-т; долота о хюс-оду п в гпропдк, т.о.

а'^^тр; (2,4)

(2,4) тюдтаарчдла^д ироведоинкт:!: лаборатср^-ЕГ песдодоке-•I:'п- Оср'с.С'ЦС уолоЕ~'"'?о (2,4) меддо сфсо;?ул:фозать две г?о.цачн, рз-'•■.е'Л'р'т.': д^р-бо'-мх-ь гечзСЕСГЕЮ ¿урештя, обесиетаггл-

" 'ГI'?1 -'йзк'ст'ч ир! доосл 1*: ^О'-^стр^опертированкя

I, Яорд-злиз'щая твгаор&турпого редсима дочогть 2о ¡^»«г^згдудя тостературиого рошэ=а буровоЗ мелещ. Для нсрмажгаадЕЗ теьшзр&турпего роннка прдзабойной зош сква-■жшй яедательчо соблюдение условия, ггра котором тешаратура псвер-хлоста часты- буровой мелочи п долота не цревишага бы 0°С. Для этого необходика подала на забой продувочного воздуха, пиешвго отрштатзльную темчеретуру. Значение огрщеггедьиой температуры про-дуводкого воздуха э щ>нзабойной зоне сквахшш дяя нейгралнзидая теггла, образувдогобя на поверхности долота п розужьтато рейот« езд зрекаЯк 'опредвляогоя заваонностм

„ юаа-!V' /с} г / „

/ сг.к>

гдз N подведенная забойная мацноезь, кег; Л> - ко^здгжг, учптывашшй соотношение кояичаства тзпда, ушедшего на нагрел бура« вого инструмента, к .общему кештчеотву топла , Еыдеденноиу на зайо®» *СС/0.*; - плещадь дааота, участвущат а тыло» обмене, \ ^ - плотность пород, кг/и3; Сп - удатъкад тоатсЗ!!-

кость пород, Дй/(кг°С); 1Г - механическая скорость бурения, ц/с; с(1 - коэффициент теплообмена мевду долотом и продувочным воздухом, ВтЛм^С).

Произведенные расчеты показывают, что для охлаждения долота до 0°С необходимо подавать на продувку забоя сквашгаы воздух с очень низкой температурой. В тс$ке зре;.'л опыт бурения скваяин в условиях многолетнетнемерзлых пород свидетельствует о том, что при температуре воздуха минус 10°С осложнений в процессе бурения не наблюдается, т.е. температура продуктов разрущщщя остается близкой к агрегатному состоянию. Проведенные исследования позволили установить, что при практическом отсутствии теплообмена метлу долотом и буровой мелочью нормализация температурного режима продуктов разрушения возможна при положительной температуре долота.

Осложнения, связанные.с растеплением продуктов разрушения, ка правило, возникают после прохождения частицами призабойной зоны скважины. Поэтому рационально рассматривать теплообменные цроцессы происходящие с частицами, за время £"проходдения ими призабойной зоны. Если принять, что температура частиц при агрегатном состоянии пород равна Та1 , то после разрушения частицы буровой мелочи имеют температуру ]~Пг, которая определяется зависимостью

т„= ШО^^-К,^ 25-с„ •/„-Я-9* гГ)~ + 7Ь, . (2.17)

После разрушения породы на забое скваюшы частицы буровой мелочи приобретают указанную температуру и в дальнейшем происходит теплообмен с восходящим потоком воздуха на длине призабойной зоны. Частицы буровой мелочи имеют неправильную форму и их величина характеризуется длиной, толщиной и шириной. При рассмотрении движения частица в воздушном потоке на дойне призабойной зоны вводим понятие эквивалентного диаметра с/ . Под эквивалентным следует понимать диаггетр такой иаровой частицы, тасса которой равна массе натуральной частицы. Яри одинаковой плотности шаровая и натуральная частица будут иметь и одинаковый объём.

Рассматриваем нагревание (охлаждение) частицы шаровой формы в воздушной среде. Дифференциальное уравнение нестационарной теп-лопроводноогн применительно к условиям симметричной задачи имеет

вад 1ВО 4 (80 '/дг 2 дв '/(г ■ дг), (глв)

где £ш(а:, г) ~£с ~ Р03И0СТЬ переменной температуры в

любом посте шара и постоянной температуры окружающей среды; оС'2 - ко&йимепт теплообмена меяиу воздухом и частица!ш шаровой Форш;

время воздействия тепла или холода на частицу; 2 - расстояние от центра шара до произвольной точки.

[(ля нормализации температурного реаама буровой мелочи необходимо, зтобы температура на поверхности частиц била не выше 0°С. Приравнивая температуру на поверхности частиц г= 0°С, после обработка! (2.18), определяем значение температуры воздушной среды, при которой обеспечится это условие. При -¿i vc I

, ' -3dcFe . -v£cF0 -f

-tTnz(-f-6 ) „ (2.23)

ipn Fa>wte Tfft

рде ßi - критерий Био; J»o - критерий Фурье; J^'^ <5/? - подо:штель-тые величины, зависящие от критериев Еио и Фурье и прзнлмаеше по габличшш данным.

В работе произведен расчет необходимой температуры воздуха ухя различных классов крупности буровой мелочи при бурении fnapo-аочныгл 244,5Т-ПВ и режущим ЗРД-244,5 долотами. Расчетные значения температуры воздуха в щжзабойной зоне сопоставлялись с фактичес-{икз значениями, На участке щжзабойной- зоны фактическая температура воздуха составляет - ig +а£ где vrr - температура зоздуха на выходе из долота, которая в зимний период достигает шос 25°С:ü V - прирост, теьзшратуры воздуха з зоне забоя. При гстановавшемся тепловом режиме, когда долото иглеет постоянную по-юяительнузо температуру, Количество тепла, поглощаемое буровым нн~ ¡трументом, будет полностью отдаваться продувочному воздуху.

'огдайк™QG) . Поскольку ü = 1000-У-Л>,

•о Л £ Ср- удельная теплоёмкость воздуха,

[ж/(кг°С); В- - массовый расход воздуха, кг/с. Принимая плотность ¡оздуха 1,127 кг/м3, расход 0,416 м3/с и используя данные расчетов, грирост температуры в зоне забоя составит: для долота 244.5ТПВ -• 3,46°С; для долота ЗРД-244,5 - 2,77°С, Это значит, что в зшнай [ериод фактическая температура в призабойной зоне составляет около :8°С. Сравнивая фактическую температуру воздуха о расчетными зна~ ¡«киями устанавливаем, что частицы буровой мэлочн 1*4 классов рупности для долота 244.5Т-ПВ оттают и будут иметь температуру ыше 0°С. При использовании рекущего долота возможна orraftta часта; лишь 1,2 класса крупности. В частном примере бил рассмотрен лучай наиболее высокой температуры воздуха на выхода из долота, оставляющей +25 °С при томпоратуро наружного воздуха минус 10-15°С.

В более холодное время года температура на ваходе из долота сос- ■ тавляет 8*I0°C, а общая температура воздуха в призабойной зоне шшс 12-г-14°С. При такой температуре и применении сарошечнах долот подвергнутся оттайке частицы 1+3 класостз крупности, а при использовании регущзго дадота оттаща не произойдет. Во избежание оттаивания сашпс мелких частиц буровой мелочи необходимо обеспечить в призабойной зоне расчетную температуру воздуха "¿с -- '-5 = éjr +âé . Для того, чтобы частицы класса <2 0,15 мм не оттаяли как в при-забойной зоне, так и в пределах длины скваяины необходимо соблюдение условия iс я тогда = Для шарошечного долота при плотности воздуха 1,29 кг/м5, расходе 0,410 ы3/с Л ¿ - 3°G. Таким образа,;, для нормализации температурного реаима буровой мелочи при использовании шарошечных долот теоретически необходимо охладить воздух, поступающий на продувку забоя скважины, до температуры минус 3°С.

В регионах с распространением многолетней мерзлоты, когда на холодное время приходится 8-9 месяцев в году, наиболее простым и целесообразным является охлаждение потока воздуха путем теплообмена его с низкотемпературным атмосферным воздухом. Для стабилизации температурного реякма в призабойной зоне разработаны, батарейные и радиаторные охладители, парамэтра которых выбраны с учетом происходящее теплообменник процессов. Температура воздуха на выходе из теплообменника

- í\-K4-FH (-éê.4 - • Ср)~' (2.31)

где ti - температура воздуха на входе в теплообменник; - коэффициент теплопередачи;

P¡f - наружная площадь теплообмена';

ige. - средняя температура воздуха внутри аруб теплообменника; 'tfír/f. - средняя тешература наружного воздуха;

Cf> - удельная теплоёмкость воздуха.

Расчеты показывают, что применение теплообменников позволяет снизить температуру продувочного воздуха до минус 8-15°С при температуре атмосферы MHtiyc 18-35°С. Испытания установок для охлазде--нк прсвод^ны в условиях Депутатского ГОКа, в комбинате "Куларзоло-то", ПО "Спверовостокзслсто", на прииске "СЕетлый" АК "Лензолото", на керьерах "Новинка" и "Юбилейный" Alt "Алмазы России-Саха". Црюшкиис- их c6ocmo4í3«<íT при температуре атмосферного воздуха мину

1'8--12°с сшкгнкэ температуры па выходе из долота до минус 8-30°С. Созданные батарейные и радиаторные теплообменника внедрены на ряде карьеров и приисков. Пршечыше их позволило увеличить скорость бурения в.среднем в 1,5 раза и снизить расход долот в 1,3 раза.

Исследование ррВотн д выбор параметров пспшшительнш: оргзпсз йтднкрд,» Пневмстранспортная сиотвма входят з Есполаительный орган станка и характеризуется аэродиярмическгола параметрам долота,- при-забойвой зоны, затрубного пространства п воздушного истока. Кз аэродинамически характеристик долота выберу подлежат площадь и ширина продувочных окон, размеры лродг/в очного отверстия долота, ферма корпуса и раслолсаеюге резцов. По условиям очистки площадь про~ дувечнкх скок додтиа приниматься такой, чтеоы об е спочгшатось примернее равенство расходов воздуха из условия очистки призабойной зоны я транспортирован:«! по затрубнецу пространству. При неизменной плегцада продувочных окон ширина их должна приниматься макеша-1'ьно возможной. Рациональный диаметр пробочного отверстия долота

определяется из условия равенства производительности компрессора 7Х л критического расхода , щж котором скорость истечения воздуха достигает скорости звука

(3,2)

где - внутренний диаметр ниппеля долота.

Форма корпуса долота и расположение резней долган обеспечивать пря-иоточность движения потока без завихрений н образования мертвых вон.

Параметры призабойной зоны движения буровой мелочи зявиплт от типа и конструкции долота и характеризуются дайной призаб01!ного . пути ¿, , коэффициента С передачи вращательного движения от до- . лота'.частицам, относительной шириной продувочных окон Л ¿> и коэффициентом/^ соотношения площадей затрубного пространства и продувочных окон. Необходимая «серость движения воздуха в призабойной зоне% определяется из условия энергетическото баланса, т.е. из соответствия энергии воздушного потока той энергии, которая необходима для аффективного удаления буровой-мелочи.

Основной характеристикой затрубного пространства является площадь поперечного сечения, которая в многолетнемерзлых породах подлежит регулированию в зависимости от интенсивности намерзания рас-тепленшсс частиц буревой мелочи на стенки скватанц. При намерзании частиц на стонгл происходит сухссние затрубного пространства и нарушение решила очистки сквачзпш от продуктов разрушения. В услови-

hz карьеров увеличение" ширины затрубного пространства достигается за счет перехода на применение долот большего дааметра, чем определено технической характеристикой станка. Опыт зксплуатащз-г станков. 2СНП-200н на карьерах "Новинка" и "Юбилейный" показывает, что увеличение ширины затрубного пространства с 18 до 32 мм за счет перехода на долота диаметром 244,5 мм вместо 215,9 мм позволило увеличить производательпость станков на 20-25%.

К параметрам воздушного- потока, которые определяют эффективность очистки цризабойной зоны и сквашны от буровой мелочи, относятся температура воздуха, скорость движения потока, расход воздуха е давление. Необходимый расход воздуха принимается из сравнены расходов на очистку призабойной зоны и транспортирования буровой мелочи по затруби шу пространству. Для определения рациональных параметров составлена специальная комплексная программа на ЭШ "Параметры е показатели работы шшвмотракспортной системы станка".

Повисеть долговечность гзароиечных долот в условии: многсяет-немерзлых пород н улучшить технико-экономические показатели бурения модно за счет принудительной сказки опор шарошек. Разработанные системы автоматической смазки ша 7АС (рисЛ) обеспечЕваат . возможность снижения потребляемой мощности на IM, температуры долота на 30°С и уменьшение удзллной Тшиюты, выделяемой в цризабойной зоне, на 30$. Грл ¿том стойкости шарошечных доло-т повышается в 1,8-2 раза, о механическая скорость бурения - на 14$. На алмаз о-руднмх карьерах Якутии долотами со смазкой опор шарошек пробурено более 15 тыс.м сквагив и достигнуто увеличение производительности станков на 5-7$.

Низкая эффективность шарошечного бурения скважин в шогблет-немерзлых породах обусловило настоятельную -необходимость изыскания новых, менее энергоёмких способов разрушения породы на забое сквшашы. Как установлено,; основной причиной снижения производительности станков являетря нарушение релима очисти: скважины. Оно происходит вследствие растепления продуктов разрушения, налипания юс на буровой став и намерзания на стенки скважины. При снижении ' энергоёмкости процесса разрушения уменьшается вероятность раотеп-лення частиц буровой мелочи. Ооновным направлением онижения энергоёмкости процесса разрушения породы на забое, скваяини = ния эффективности бурения в многолетнемерзлыл породах являетоя переход на применение в соответствующих условиях режущих долот о продувкой. Разработанные конструкции режущих долот типа РД диамет-

Pite. I. Устройство автоматической смазки парошечных долот УЛС-3

Рис. 2. Режущий и режуще-шарошечный буровой инструмент:

а) режущее долото ЗРД-244,5; б) ре-худее долото 1РД-269.9; з) комбинированное оежуще-шарошечное долото ЯЦД_244,5ТЗ

реал 215,9, 244,'5 и 269,9 (рис.2 а,б) кашля широкое применение as росешпшх и алмазорудных йесторачцекиях Якутии: :•: Сззоро-Вост-ока,

Сравнительные исследования работы режущих и изроаечнда: дод<? па россьшных местсрохсценЕяг: проведены в широкое диапазоне язшзес ыия свойств tíypíJMüx пород, Сик свидет&яьесвувт о высокой дф$ектш кости применения режущие долот. При переходе на резфщце долота. «с ханяческая скорость бурения возрастает в 1,6-2 раза, а удельное количество вцдежемого и а забое тепла сшгаотся з 2,2-3,8 разу. До титула сокрав^вдаса случ-ш иарувзжж ре^да ячшялб скиа-^и от буровод мелоч*;. Расход долот сейфодавтел б 5-10 рай.

Яроведеняыс кспнуллия к исслсдоиагпш работ;-; pesuouin: доас? в условиях аяшзегрудаже карьеров ¡¡идт^эрлдазг ъисотсув раиотесиоооС'-ыость созданных коиетр/кцкЗ ревущее долот в сищотельстлуют о ¡ь-сокой o&Jqktsbhoctu их щежзшэздя.. Прк шт-ашшх ре&ушас дсаог механическая скоросгл буро-шл ъозроола £ 1,0-3,4 рази, н iicjM-ivr-i во квделавмей на забоь теплены сы^лилйоь в S..3 раза (рза.З а,С), Па карьере, "Г-Зьлейкый'' за иорнпд Т982-ЯЗ гг. обработало на ьо^рь-П'З 32 ревущих долота к пробурено 22 окоаюл., Я[>о::зво.м:г-э-гь-

ность станков уБ-уилидасъ в 2.0 раза, „i р&йхед долот oussr^oa в 40 pa'i, В X93I-S3 гг. as. карьере 'T&üie&iíi*.'1 тмлхсъ ¿(^лодоз^нь ио шбору раидоналшьх параметров ре^угдн: дояох дал буренка по рудншу телу, прэдскшаеиасйз' кш^ортанжк. Прн ьа-деке m;¡po;i.3v;¿.i.< дсяо® Ш-244,5Т-ПВ на реяущае долота ЗРД-г24<!,5 механическая скорое бурвавя ¿ьозрсся» w т.71-9,3 уаза. а удельное когапьска-ео ндаляо-мого иедйь «шашюсь в 1,8 раза» Выход фракций размерен! белее ¿3 ьы увеличился б 23,7 раза (рис.4), а повреждаемость кристаллов алмазов снизилась на.30$.

При сложном стром-шн уступов шогонэтиемерзлкх*псрс« знаадге льно шикается эффективность бурения оквагин. Если сравнительно меткие, 1-лнкосодержаЕЩв порода чередуются с крешши просдоакаий, i!o возможность применения: ревущгс долот исключается»' Применение вдрошэчнше д&яоу- обусловгышаеэ? воэмшш океане частых нарушений ре« гда очистке сквагага, поскольку при бурэшш мерзлых глиносодорзащых нород возникает растепление продуктов разрушения со веема ентзкш щэдн отсюда последствиями, Стремление повисеть эффективность буро нал окваяин в подобных условиях привело к идее создания ксмблнирс хшпаас режуще-шарошечных дсяот, позволяющих чередовать разрушение породы режущим и шарошечным рабочйми органами в зависимости от свойотв буру:ш пород. о

а.

in-

V qt ät

7V f i

— i i i i

/ \ I (

/ \ 1 ! i

1 1!1-'v<—3" \ V—

У " I i_LT"

я а л <g sc es тз а ц*ч i !

am

s-уяа

ш <Tas

zcr,

-- —: — i Г —l—'iV

.s

nfl! n-f^C''

V V

! I

ie го зо tu so ео ю ci Р,кя

CO 10

i* 10

e.s

—r-

x-npu nt i,ae~f A-VFU/ln^SC'* .1_'

Vi

p—r

го м 1.0 so со /¡к*

Рис, 3. Зависимость доходическоц скорости бурения (.а,в) и .удельного количества тепла, Di,щелястого в призабойной зоне (б,г) от ногруаки на дояото при бурении оквсдин по многолетнемерэль'М глиносодеряшцим порода.':?

W

со

га

r^ ! — — ~~ ~~

/ / ! / i

/ / 1 i

/ J 1 1.. > ■"-•X/' ---ÄU2R.1 n-ti4,Sra, f 1 ■ /

V \ '¡"^f^-K

I

а а

in -i

t'4

0-1

0-W

о-п с-т-ят-и

tW *7-iO

fi/имер фрлкций, ям

t!0-H

Риг. 4. Сравнит ел ышП гранулометрический состав

fiyprmo" МПЛОЧИ При бурбНКЧ 110 КИМбСфЛИТАМ, f - б

• На основании проведенных теоретических, лабораа-орша: ж проаз-водственннх исследований разработаны конструкции ко^наг^оваянах ре^уще-Еарошечкшс долог тика РПЩ да бурения скважа* диаметром ISO, 215,9 к 245,5 ш (р»о.2,ь).. Пралшшенгше исследования и вспытанЕЯ кшбЕшграванкш: долог проводились на предприятиях Твнькшского п Депутатского ГОКов, комбинате "Куларзолото", алмазоруднах карьерах. Якутия "Мир", "Интернациональный", "Новинка"", "ПШ съезда JffflCC", "Айкал", "Юбилейный". Основной об*ём иосдадоьаний проведен на карьере трубка "'Лир" при бурешш скваз&й по Е^ещающш породам к кимберлитам* Вмещающие породы имели включения гл1й-;зс2>ыа песчаников с прослойками мергелей, алевролитов и глины, При црамеяешаг комбинированных редута,ечдароаечных долог скорость бурения роагюола на 48$, а количество выделяемой теплоты уменьшилось в 1,7 раза [гъо.З в,г).

Всего на россыпных и алмаз орудных карьерах отработано 21? долог НЕД к шли пробурено 97 тыс.м скважин, Достигнутые показателе

- снижение расхода долот в 1,8-2,4 раза;

- увеличение механической скорости бурения в 1,5-1,75 раза;

- снижение удельного количества'выделяемого в призабойнои зоне тепла в 1,5-2,5 раза;

- рост производительности труда на 20-30$.

Проведенные исследования работа и выбора параметров исполнительных органов' станков определяют принципу новой технологии бурения скванин в шоголетнемерзлух породах, в основе которой лежит идея стабилизации температурного режима в пркзабойной зоне ckbssck-ш за счет снижения энергоешости процесса разрушения и поглощения ' выделяемой при разрушении теплоты охлазденйым продувочным воздухом. Новая технология бурыцщ скважин в многолетнемерзлнх породах прет усматривает: *

- снижение температуры продувочного воздуха за счет применения разработанных конструкций охладителей;

- снижение энергоёмкости процесса бурения скважин' шарошечными долотами за счет применения разработанных конструкций систем автоматической смазки шарошечных долот;

- регулирование ширины затрубного пространства за счет использования долот различных диаметров;

- применение реяущих долог о продувкой в глиносодсршцих породах повышенной влажности;

- применение комбинированных рекуце-шарошечнш: долот при слоа-¡¡0:д строошш уступов| q

- Е-ароиъЧгЕЫл стрлкег. с яатроннж ийгааяязисга- нодачи на

с raiíi'-H о хгтеьтяо.-г^дочлз^с^о:! лсде."гашд:д;;лн/ого а-лпа.

Но. с-!лгс!?,?щт>. дрсзудшк®- т-^-хгл'гео;^;: д ^хсйс-ршлента^д-нх ач'доу^д.Ч . н у'гзордде_;а Дл Ресспк-О^а''

^о^одк?» ¿jpcíuw етоддян н м:огатз7Ьй*:ерзл!;х ясоддат, KOÜO-рзл 221гдрыег "i оачудиййс TipiKOHC-Jísa ;;а карьерах.

»«.родах 'лдаз^о u m^'voiv^-rrií.; ppípcurcfi^'iSí s с;<зди?л« у.7i¡. ycTi-rOBOK -¿схщ'-:?, oiioj;- líapüíiSaiibz до-

дтадг длхт ддр;д;(й с пдсдд^-о;!.. ^с-дД-лхироп^^лЬгг додигТ.

-^"^¡i'CHii? ус длд дродузо'^ого воздуха ебес-

у п сгтснакк; рааход? дадо-л- ь 1,3?« спад. ГсдозоЗ ояспо:^-

ох -дс^-ьлсьс'л ;4 расчете йа едия сгалсл оос-

..ir-, I iV-r-ií.pVÍ. Si р.Дд'; ПДГ'ЬОрОН 5 иДТ/У'

С.c-vrcJSí ;v3.ir-4-.7Hf¡oí.;to?' cíí.?^1-:^ аарокдхгнл дсжп: ттро:аиз акрогдг; лj.:cr.i-.'л''-vx с^сле'^ает урсда?ы:нз сно 7Г-" гтгичго- на 6,5;? л a^í-íto расхода дсдот з

2..Г p¿.лддслгд /7-:с;го:,~?з;-"сяо.;1 s оасч^'ге на одш

13,3 йкн.руб.

íccí:gjpyrcfniv ргйд-д-л ¿wmv о дрддрчссй ьцедрсаа ím s • Седеро-Зесл-ска. 1Ьж.;екнт(Жно к карьеру "Шя-

гд.-рбх-дд ¿¡ц ре^тдяо .долота с-дйсаязия уза?Г'Дч:е:-тс» кксзгдуату-:¡.7:0;.ru0r; OÍ^IÍKCH З ¿,,38 роза o::¿iKStiJi3 расхода

дол!"«' д Ю Tü'-üb1;-! ^^сгадзокая «•^•вггьа'йооз'ь ка одел од&ксгс ооо"г^дл.ч ?"G,3 'sj-u.pyo. Е..ос>.гл эйфокпгиоетъ доотяпддя яр;? dype-этгй ргс^у-щж .7.0Lí0i¿r.m по летом. Яри этогл про:йвод;1додьноогь

г.?аакав йодроола з I,tú раза, а раохсд дслот издз^хлс.ч в 10,2 ра^ае Гсдс&ая зкснс^ггеокая о^-дггддлюст^ пп ст.'дюд дос-гдгла H2,G

разргбо^аикыэ кокстрркдн р-з

дсдод гесзноллхот. г!о:йгсдть o§j.okr>saoctí> бурстгдя скзааш гтра олто'^гсм стт.сепл:{ уступов. На карьере.*: УЛ "A-jíssh Росогк-Саха" отраЗс-таю 62 ко:',^гнпровачш.::-: дслота типа РЩД а нал пробурено 38 тые.м Яри зге:.: проязводагельиость стапксз возросла па 24,8;1, а расход долот .снизился з 2,1 раза. Годовой оконсглзческий зф^ект на одан станок составил 40,8 млн.руб.

Разргбода-гнал плленорная иетодтса 6ypemi.i сквшуш в rsicraiei—

нембрзлых породах утверждена АК "Алмазы России-Саха" и принята для практического использования. Суммарная фактическая экономия от внедрения новой технологии бурения составила 325,4 млн.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача по выберу параметров исполнительных органов станков и технологии бурения скважин в многолетнемерзлых породах, имеющая важное значение в повышении эффективности бурения взрывных скважин на карьерах.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы.

1. Исследовано влияние различных факторов на количество тепла, выделяемого в цризабойной зоне скважины, Определены пути уменьшения тепловыделения в призабойной зоне и разработана инженерная методика бурения скважин в многолетнемерзлых породах, которая используется на карьерах,АК "Алмазы России-Саха" и применяется в учебном процес-

лр ИрТТУ.

2. Лабораторными исследованиями доказано, что вся энергия при бурении расходуется на образование новых поверхностей и на преодоление сил трения. При этом количество тепла, поглощаемого буровым инструментом, соответствует затратам мощности на преодоление сил трения, а количество тепла, поглощаемого .буровой мелочью, - затратам мощности на образование новых поверхностей.

3. Установлено, что повышение температуры продуктов разрушения в прнзабойной зоне происходит за счет энергии, затрачиваемой на образование новых поверхностей и теплообмена с продувочным воздухом. Причем вероятность оттаивания частиц резко снижается "с увеличением их крупности. Расчеты показывают, что для.нормализации температурного" режима буровой мелочи, необходимо охладить продувочный воздух до температуры минус 3°С.

4. Установлено, что на нормализацию температурного режима при-забойной зоны решающее влияние оказывает температура продуктов разрушения. Расчеты показывают, что охладить долото до температуры, близкой к нулю, практически невозможно. Однако при практическом отсутствии теплообмена можду долотом и буровой мелочью и при использовании охладителей, мо.тло обеспечить температуру продуктов разрушения, близкую к агрегатному состоянию. Нейтрализация образующейся топлоти при бурении обоспочивг0гся охлаяиопшш воздухом, проходящим через теплообменник батарейного пли радиаторного тшюп. Приминонио

теплобменииков позволяет снизить температуру яэ выходе из дсшота до минус 8-30°С при температуре атмосферного.воздуха минус 18-42°С,

5. Доказано, что при механическом разрушении пород на забое скважины происходит оттайка продуктов разрушения. Численное значение конечной температуры продуктов разрушения зависит от подведенной забойной мощности, скорости бурения, физических л теплофиаичес-kiix свойств пород, Причем тип долота оказывает существенное влияние на конечную температуру продуктов разрушения. Taie, при замена шарошечных долот реяущими, количество выделяемого тепла снижается в 2,2-8,8 раза, а кшбинаровшгаюяп реаущечаарошечными - в 1,5-2,5 раза,

6. Доказано, что снижение затрат энергии на трение и нагрев инструмента при бурении шарозечннш долотами достигается за счет продувки и принудительной смазки опор шарошечных долот. Применение автоуа'пгческой принудительной смазки обеспечивает уменьшение затрат мощности на М% и тепловыделения в призабойной зоне на 30$. При этом температура лап шарошек может быть снижена на 30°С.

7. С учетом теории тенлообменкнх процессов разработаны конструкции теплообменников батарейного и радиаторного типов. Применение теплообменников при проходке взрывных екзаяин в многолетнемерз-лых породах, обеспечивает увеличение механической скорости бурения в 1,5 раза, повышение производительности станков шарошечного бурения на 20-35$ и сокращенна расхода долот в 1,3 раза. Изготовление теплообменников возможно в условиях мехцехов карьеров и освоено Мярнинскш РССУ по чертежам ИрПУ.

8. Разработаны конструкции систем автоматической сказки иаро-иочннх долот. Применение их обеспечивает увеличение эксплуатационной производительности станков шарошечного бурения на 5-7/Ô и сок-рачение расхода долот в 2,1 раза. Изготовление устройств возможно в условиях мехцехов карьеров по чертежам ИрГГУ.

9. Повышение эффективности бурения скваяии в мкогодетнемерз-лых породах крепостью до 7 с включениями глиносодержащих прослойков достигается за счет применения созданных конструкций ро'зущих дол от с продувкой. Переход на режущие долота обеспечивает понкше-нио производительности станков в 2,3 раза и .сокращение расхода долот в 5-15 раз. Долота внедрены на ряде карьеров. Выпуск долот освоен Черсмховским рудоремонтным заводом совместно с ИрПУ.

10. Для бурения скважин в переслаивающихся многолетнемерзлых породах крепостью 2-7 ô пропласткагли пород крепостью 10-12 разработаны комбштрозалние режуще-шарошечные долота диаметром 215,9 и 244,5 мм, которно прошли unipoicyra промышленную проверку.

На карьерах АК "Алмазы России-Саха" отработано 62 долота тша РЩД к пробурено 38 тыс.м скваиш, а в условиях ПО "Сев ер ов о ст скз ад от о" - 55 долот' к пробурено 59 тыс.м скваяин. Применение долот тша РЩД обеспечивает увеличение производительности станков в 1,5-1,78 раза к сокращение расхода долот в 1,8-2,4 раза. Последний вариант комбинированного долота ИЩ-244.5ТЗ разработан совместно с Поваровс-кшл опутнкм заводом СКВ СГО.

II. Проведенные исследования работы и выбора параметров исполнительных органов станков определяют принципы новой технологии бурения скважин в многодетнемерзлых породах, в основе 'которой лежит идея стабилизация температурного режима в призабойнсй зоне за счет снижения энергоёмкости процесса разрушения и поглощения выделяемой при разрушении теплоты охлажденным продувочным воздухом. Новая технология бурении внедрена на карьерах АК "Алмазы России-Саха". Фактическая экономия от внедрения новой технологии бурения составила 325,4 млн.руб.

Основное содержание диссертшшз..отражено в сле.яую;щд:_работр>;

1. Техника, технология з опыт бурения сквакпн на карьерах. Гл.4,5,6 /Под ред. В.А.Перетсотзша. - М.: Недра, 1993.

2. Реяущке долота для станков шарошечного бурения /й.й.Страбнкин, В.А.Перетоячнн, В.М.Горячкин ж др.//Эксрресс-ннфррмац£я. Отечественный опыт, выпуск 6, серия 7. - М.: ЕНШЭСМ, 1966.

3. Горячюш В. 1,1. Исследойаиие долговечности и износа реяуще-шарошеч-нш: долот. - В кн.: Совершенствование техники и технологии разработки месторождений полезных ископаемых Восточной Сябнри.-

- Иркутск, 1980.

4. Горячкин В.М. К вопросу выбора рациональных параметров режущего органа комбинированного долота. - В кн.: Повышение эффективности разработки местсроадении полезных кончаемых Восточной Сибири. Сб.научн.трудов. ИЛИ.- Иокутск, 1976.

5. Повышение эффективности бурения езеззаяин на алмаз орудных карьерах Якутии /В.А.Перетодчин, Н.Н.Страбшсш, В.М.Горячкин и др. /Механизация горных работ. Сб.научн.трудов, г- Кемерово, 1990.

6. Пути повышения эффективности применения буровой техники в условиях Севера /В.А.Перстолчин, Я.Н.Долгун, В.М.Горячкин, А.Е.Баянов //Ресурсосберегающие технологии при открытой отработке полоз-

кых ископаемых Севера. Сб.'научи.трудов ¿ЕГДС. - Якутск, 1990.

7. Страбыкин H.H., Гсрячкин В.М. Еабор параметров теплообменника дня нормализации температурного- реяима в скважине при бурения с продувкой. //Известия вузов. Горный дурная, Ш 10, 1991.

8. Проблема повышения эффективности бурения скватан на карьерах Сибири /В.А.Перетолчин, Н.Н.Страбчкин, В.М.Горячкпн л др. //Перспективы развития горнодобывающей промышленности, Сб.докладов мездунар.научно-техн.конференции. - Новокузнецк, I9S4.

9. Горячкпн В.М., Страбыкин H.H., Каледин Ю.М. Новая технология бурения сквагин в многсшетнэмерзлых породах. - В гя.: Повышение эффективности горного производства Восточной Сибири л соврсглен-ннх условиях» Материалы матрегиональной научно-техннческой конференции. - Иркутск, 1994.

10. Гсрячкин В.М., Перетолчин В.А. Пути повышения эффективности бурения •сква'знн в шоголетнемерзлых породах. - В кн.: Техника я технология разработки месторождений полезных ископаемых. Меязузовскги сб.научн.трудов СибГГМА. - Новокузнецк, 1995.

11. Страбыкин H.H., Чудогашев Е.В., Гсрячкин В.М. Стабилизация температурного раника скЕакш при бурении на карьерах Севера. //Известия вузов. Горный журнач, № 3,4, 1995.

12. Опыт создания н применения исполнительных органов буровых станков для карьеров /В.А,Перетолчин, Н.Н.Страб&лн, В.М.Гсрячкин

и др. - В кн.: Перспективы развития горнодобывающей промышленности. Материалы П международной научно-практической конференций. - Новокузнецк, 1995.

13. A.c. '474597 (СССР). Лубрикатор для смазка опер шаршеч1шх долот. /В.А.Иеретолчин, А.Е.Беляев, В.М.Горячкпн и др. //Опубл. в Б.И., 1975, Л 30.

14. A.c. I472621 (СССР). Буровое долото./В.А.Перетолчин, Ю.П.Шеметсв, В.М.Гсрячкин и др. //Опубл. з Б.И., 1989, В 14.

Подписано в печать 12,05,95. Формат 60x84 1/46 Бумага типографская. Печать офсетная, Усл. печ. л,1,5. Уч.-иэд. л. . Тираж 100 эК3. Заказ С-46«

ЛР № 020263 от 30. 10. 9!. Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, уд, Лермонтова, 83