Погружной пневмоударник для открытых горных работ для бурения скважин на высоком давлении сжатого воздуха Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.233.53

ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК ДЛЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН НА ВЫСОКОМ ДАВЛЕНИИ СЖАТОГО ВОЗДУХА

Владимир Владимирович Тимонин

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, заведующий лабораторией бурения и технологических импульсных машин, тел. (383)217-27-54, e-mail: [email protected], [email protected]

Андрей Сергеевич Кондратенко

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории бурения и технологических импульсных машин, тел. (383)220-10-11, e-mail:[email protected]

Рассмотрена новая схема воздухораспределения для погружных пневматических ударных машин для бурения скважин на открытых горных работах на буровых станках высокого давления сжатого воздуха. Представлены результаты экспериментальных исследований машины.

Ключевые слова: погружной пневмоударник, высокое давление сжатого воздуха, скважина, бурение, энергия удара.

DOWNHOLE HIGH PRESSURE AIR HAMMERS FOR OPEN PIT MINING

Vladimir V. Timonin

Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D. Eng, Head of Drilling and Pulse-Forming Machines Laboratory, tel. (383)217-27-54, e-mail: [email protected], [email protected]

Andrey S. Kondratenko

Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D. Eng, Researcher, HeadofDrilling and Pulse-Forming Machines Laboratory, tel. (383)220-10-11, e-mail: [email protected]

Under discussion is a new layout of air distribution system for air percussion machines meant for hole drilling in open pit mining using high compressed air pressure drill rigs. The data of experimental research of the machines are presented.

Key words: down hole air hammer, high compressed air pressure, hole, drilling, blow energy.

История развития самоходных буровых станков для бурения скважин на открытых горных работах начинается с 50-х годов прошлого столетия. В 1968 году Институтом горного дела СО АН СССР совместно с Магнитогорским заводом горного оборудования и институтом НИПИГОРМАШ разработаны буровые станки «Урал-61» и «Урал-64», рис. 1 [1]. Станки предназначались для бурения вертикальных и наклонных скважин диаметром 155 мм, в породах крепостью 10-20 ед. по шкале проф. М.М. Протодьяконова на открытых горных работах.

Рис. 1. Самоходная буровая установка «Урал-64» ударно-вращательного действия с погружным пневматическим молотком и автоматическим механизмом вращения и подачи става

В основу конструкции положены принципы ударно-вращательного бурения пневматическим молотком, погруженным в скважину, и механизмом непрерывной автоматической подачи, позволяющим бурить скважину на полную глубину без разборки става штанг. Машина представляла собой самоходную установку на гусеничном ходу, на которой закреплена стрела с механизмом вращения и автоматической подачи, а также став буровых штанг с молотком и коронкой. На платформе была смонтирована кабина бурильщика и вспомогательное оборудование.

Это был несомненно прорыв в области буровой техники. После, в силу ряда экономических и политических событий рынок самоходной буровой техники наполнился импортными экземплярами. Наиболее известными и распространенными на отечественном рынке является буровое оборудование шведской фирмы АНавСорсо, рис. 2.

Рис. 2. Самоходная буровая установка AtlasCopco ROC L7

С недавних пор отечественная промышленность делает попытки догнать зарубежных производителей в этой области. Большим шагом к этому явилось

создание бурового станка «Буран-1», рис. 3 заводом тяжелого машиностроения «Амурский металлист», г. Благовещенск.

Буровой станок ударно-вращательного бурения «Буран-1» по своей производительности соответствует лучшим мировым аналогам.Однако высокая скорость бурения обеспечивается применением импортных буровых коронок и пневмоударников DHD.

Рис. 3. Самоходная буровая установка «Буран-1»

В соответствии с этим в ИГД СО РАН проведен поиск технических решений, позволяющих создать конкурентоспособные, отвечающие требованиям современного производства пневмоударники и разработана принципиальная схема погружного пневмоударника[2, 3]. Изготовлен экспериментальный образец погружного пневмоударника, работающего на высоком (2,5 МПа) давлении сжатого воздуха.

На рис. 4 приведена конструкция этого пневмоударника, способного в будущем заменить на российских горных предприятиях зарубежные машины.

Рис. 4. Конструкция пневмоударника П110ВД:

1 - переходник, 2 - корпус, 3 - букса, 4 - буровое долото, 5 - ударник, 6 - трубка внутренняя, 7 - трубка наружная, 8 - гильза, 9 - клапан обратный

В лаборатории бурения и технологических импульсных машин ИГД СО РАН на экспериментальном стенде были проведены испытания пневмоударни-ка, установившие его работоспособность, и зарегистрированы диаграммы давлений (рис. 5) в его рабочих камерах при рабочем давлении энергоносителя -0,7 МПа. Полученные диаграммы позволили оценить правильность основных подходов в разработке пневмоударника. Применяя методику, основанную на использовании теоремы Б.В. Суднишникова, построены силовая (рис. 6) характеристика, рассчитаны основные энергетические и кинематические параметры, построены графики (рис. 7) скорости и перемещения ударника по времени рабочего цикла [4].

(3

С §

•Г з а:

Я) §

Рис. 5. Диаграммы давлений в рабочих камерах пневмоударника П110ВД

В таблице представлены энергетические параметры пневмоударника П110ВД при различном давлении энергоносителя.

Таблица

Энергетические параметры пневмоударника П110ВД

Энергетические параметры Давление сжатого воздуха, МПа

0,7 1,0* 1,5* 2,0* 2,5*

Расход сжатого воздуха, м3/мин 4,0 5,3 8,1 10,8 13,5

Энергия единичного удара, Дж 112 160 240 320 400

Частота ударов, уд/мин 1200 1434 1757 2030 2270

Мощность, кВт 2,2 3,8 6,9 10,6 14,8

* - рассчитанные значения

Давление в перепускной камере. МПа

Рис. 6. Диаграмма результирующей силы, действующей на ударник за время цикла

Рис. 7. Графики скорости и перемещения ударника за время цикла

Таким образом, полученные результаты подтверждают создание нового энергонасыщенногопогружного пневмоударника для ударно-вращательного бурения скважин в массиве прочных горных пород. Выпуск этого оборудования на предприятиях РФ и широкое применение в практике буровых работ усилит конкурентные позиции отечественной техники и создаст перспективы для развития прорывных технологий в горнодобывающей отрасли.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Новые технологические процессы, машины, устройства и приборы для горной, металлургической и строительной промышленности. Проспект научно-исследовательских работ, предложенных для использования в народном хозяйстве // Новосибирск. - 1968.

2. Пат. 2360092 Российская федерация, МПК Е21В 4/14 (2006.01). Погружной пневмо-ударник [Текст]/ Липин А.А., Белоусов А.В., Тимонин В.В.; заявитель и патентообладатель ИГД СО РАН. - Опубл. 27.06.2009. - Бюл. № 18.

3. Пат. 85185 Российская федерация, МПК Е21В 4/14 (2006.1). Погружной пневмо-ударник. / Липин А.А., Белоусов А.В., Тимонин В.В. - Опубл. 27.07.2009. - Бюл. № 21.

4. Смоляницкий Б.Н., Данилов Б.Б., Червов В.В. и др. Повышение эффективности и долговечности импульсных машин для сооружения протяженных скважин в породных массивах. - Новосибирск: Изд-во СО РАН. - 2013.

© В. В. Тимонин, А. С. Кондратенко, 2015