Влияние типа коронок и формы ударника на

Матвеева Л.И.
СКГМИ (ГТУ)
Влияние типа коронок и формы ударника на производительность
бурового оборудования.
Для долотчатой коронки типа КДП с углом заострения в 110 градусов
между объемом деформации породы за один удар V при диаметре коронки d и
глубине ее погружения за один удар h существует геометрическая зависимость:
(1)
V  dh 2tg 55 o  1.43dh 2
Объем шарового сегмента коронки штыревого типа при радиусе
поверхности шара R и глубине погружения коронки за один удар h1
определяется как:

1
V  h 2 3 R  h
1 3 1
1

(2)
Пренебрегая значением h1 в (2) по сравнению с величиной 3R имеем:
V1  Rh12
(3)
Пусть для штыревой коронки с N активными элементами:
R  d
(4)
При одинаковых энергиях единичных ударов на коронки сравниваемых
типов можно предположить, что V=V1. Кроме того, глубину погружения
долотчатой коронки h по Коняшину Ю.Г. [1] для перфораторов можно считать
равной:
h
50 A
d2 f
(5)
то есть
 50 A 
V  1.43d 
 d 2 f 


2
(6)
1
Поэтому для штыревой коронки с N активными элементами:
50 A
h 
1
d2 f
Так, при
1.43
N
(7)
d  40 мм и четырех штырях диаметром 15 м
  7.5 40 =0.1875,
а для трехштыревой коронки такого же диаметра со штырями диаметром 20 мм
  10 40  0.25 .
Значение
1.43
в (7) для коронок одинаково и составляет 0.78, что
N
позволяет утверждать об условном снижении производительности бурения
штыревыми коронками на 22% по отношению к долотчатым при равенстве
энергий удара, одинаковых диаметрах бурения и равной крепости горных
пород.
Вместе с этим, геометрические расчеты показывают, что миделево
сечение контакта штырей с породой оказывается на 28% выше, чем
соответствующая площадь контакта долотчатой коронки, которая равна
2 h 2 tg 55 o .
Сложный характер взаимодействия коронок с забоем объясняется тем,
что не вся энергия коронки идет на разрушение породы. Значительная ее часть
тратится на упругое деформирование, переизмельчение уже отбитых от
массива фрагментов, сейсмическую деятельность и т.д.
Поэтому большую роль играет рационализация скорости вращения
инструмента. Особенно это очевидно для многолезвийного инструмента. Для
заданных условий эксплуатации (тип станка, мощность и частота удара,
крепость пород) наилучший результат при заданной скорости вращения
инструмента достигается при использовании только одной из возможных
коронок (долотчатая, трехперая, крестовая, Х-образная, многоштыревая).
Успехи в области перфораторостроения, связанные с развитием теории
передачи ударных импульсов и установлением влияния формы ударника на
2
временной характер передачи энергии в разрушаемую породу позволяют
выполнить анализ влияния формы ударников и длины буримой скважины на
производительность оборудования (табл.1).
Таблица 1
Сравнительная оценка степени снижения скорости бурения
Форма
Длина штанг, м
ударников
Удлин
1
3
5
10
15
1,0
0,93
0,88
0,8
0,69
0,88
0,69
0,57
0,37
0,26
енные
Корот
кие
Явное предпочтение следует отдавать перфораторам с удлиненной
формой ударников.
Особенно наглядно видна разница эксплуатационных показателей
колонковых перфораторов ПК75А и телескопных перфораторов ПТ48 по
расходу воздуха на бурение 1000 м скважин диаметром 65 мм (табл.2).
Таблица 2
Расход воздуха на бурение 1000 м скважин, м3
Тип
перфоратора
ПК75А
ПТ48А
Глубина
бурения, м
–
5
10
15
При крепости пород, f
9
11
13
17000
27000
34000
31000
38000
44000
46000
56000
67000
65000
80000
93000
7
11000
24000
36000
50000
Данные табл.2. позволяют определить дополнительные затраты, которые
несет рудник используя, относительно легкий переносной телескопный
перфоратор ПТ48А и относительную выгоду которую можно получить если в
забое можно разместить установки типов КБУ или СБУ. Альтернативным
оборудованием
могут
быть
станки
с
погружными
малогабаритными
пневмоударниками.
3
Литература
1.Иванов К.И., Латышев В.А., Андреев В.Д. Техника бурения при
разработке месторождений полезных ископаемых. - Недра, 1987.
4