2.1.Факторы и критерии оценки работоспособности и эффективности бурового инструмента

2.ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА

2.1. Факторы и критерии оценки работоспособности и эффективности бурового инструмента

Буровой инструмент является самым высоконагруженным и ответственным элементом (рабочим органом) буровой машины. Его выбор – сложная инженерная задача вследствие множества влияющих на егоработу факторов, схематическипредставленныхнарис. 4.

Со стороны забоя скважины основными факторами, влияющими на эффективность работы бурового инструмента, считаются свойства массива горных пород, а со стороны бурового станка – режимные па-

раметры ( Pос, Q , ).

Буровое долото является непосредственным передатчиком мощности ( Pос N ) от бурового станка в процессе разрушения горной

породы (создание скорости бурения Vб) и в то же время происходит износ долота, ограничивающий его стойкость lд. Одновременно идет

процесс эвакуации разрушенной породы из забоя скважины на поверхность энергией сжатого воздуха.

При этом, с одной стороны, параметры пневмосистемы (расход сжатого воздуха Q и его давление) влияют на скорость и энергоем-

кость бурения, работоспособность долота (охлаждение вооружения). С другой стороны, эффективность очистки скважины, скорость удаления шлама, исключение повторного перемалывания разрушенной породы) существенно зависят от конструктивных параметров долота, его аэродинамической характеристики Fаэ (конфигурации корпуса, диа-

метра и ориентации пневмоканалов в долоте, площади сечения пространства между корпусом, вооружением и стенками скважины и др.).

Конструкция и тип долота Kд (шарошечное, режущее и др.), его

ресурс Ψ и стоимость Сд должны соответствовать условиям бурения, крепости f , контактной прочности Pк, абразивности a , плотности ρп

буримых пород, степени обводненности массива и характеру изменчивости свойств горных пород.

15

2. Выбор рациональных конструкций бурового инструмента

Рис. 4. Комплекс факторов, влияющих на эффективность работы бурового долота: f – крепость горной породы; Рк – контактная прочность породы; a – аб-

разивность породы; ρп – плотность буримых пород; δо – обводненность горного массива; var – характер изменения свойств горных пород; Cд – стоимость долота; Fаэ – аэродинамическая характеристика долота; Ψ – ресурс стойкости долота; Кд – конструктивный тип (особенности) долота (ШД, ДЗДШ, РД и т. д.);

dд – диаметр долота; Рос – осевая нагрузка; ω – скорость вращения; Q – рас-

ход сжатого воздуха; Vпод – скорость подачи; Nв – мощность вращателя; Е – удельная энергоемкость разрушения породы (Nв/Vб); Vб – скорость бурения; lд – износостойкость (проходка на долото); lскв – глубина скважины

16

2.1. Факторы и критерии оценки работоспособности и эффективности бурового инструмента

Рис. 5. Структура факторов, определяющих процесс работы и эффективность бурового станка: lд – стойкость долота; А – стоимость машино-смены; Сст – стоимость станка; tв – затраты времени на вспомогательные операции; H – параметры надежности станка; Рос – осевая нагрузка; ω – скорость вращения; Q – расход сжатого возду-

ха; Е – энергоемкость процесса бурения (с учетом энергозатрат на эвакуацию бурового шлама из скважины); S – удельные затраты на бурение 1 м скважины; Пс – сменная производительность станка; lскв – глубина скважины; W – сопротивление по подошве уступа (сетка скважин); η – коэффициент эффективности работы станка в течение

смены; Тсм – продолжительность смены; dд – диаметр применяемых долот; Vб – скорость бурения

17

2. Выбор рациональных конструкций бурового инструмента

Важнейшим параметром, влияющим на комплекс входных и выходных параметров всей технологической системы бурения скважины, является диаметр долота. С одной стороны, он относится к числу главных параметров бурового станка, определяет его массогабаритные и энергетические характеристики и стоимость. С другой стороны, диаметр бурения влияет не только на прочность, стойкость, стоимость, энергоемкость, скорость бурения, уровень возможных осевых нагрузок, но и на конструктивное построение и область применения буровых долот.

К выходным параметрам забойного процесса работы долота

(рис. 4), по которым оценивают его работоспособность (эффективность), относятся скорость бурения Vб и стойкость lд. Они взаимо-

связаны и являются входными параметрами подсистемы «буровой станок» (БС), структура которой приведена на рис. 5. Сравнивая структурные схемы, представленные на рис. 4 и 5, необходимо отметить, что факторы, влияющие на работу станка, носят качественно иной характер, чем в подсистеме «буровой инструмент – горная порода», и их можно подразделить на организационные – Tсм, ; техно-

логические – lскв, dскв; стоимостные – А, Сд; конструктивнотехнические – tв, h и режимные – Pос, Q , ω. Физико-механические

свойства горных пород массива влияют на работу бурового станка опосредованно (через буровой инструмент), определяя уровень стойкости бурения Vб и проходку на долото lд.

В подсистеме БС происходит преобразование входных параметров Vб и lд в более общие технико-экономические показатели – про-

изводительность бурового станка Пс и удельные затраты на бурение 1 м скважины S , которые (в пределах карьера) принимаются в качестве основных критериев оценки эффективности всей технологической системы бурения взрывных скважин на экскаваторных блоках.

На величину показателей Пс и S влияет в той или иной степени множество факторов, показанных на структурных схемах (рис. 4, 5), полностью учесть которые аналитическими формулами в настоящее время не представляется возможным.

В самом общем виде указанные критерии эффективности для известных постоянных условий можно выразить приближенными формулами, приведенными в п. 3.2.

18