CC BY
21
ИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО. ТЕХНИКА В ЦЕЛОМ ENGINEERING. TECHNIQUE IN THE WHOLE
УДК 622. 233. 05
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ БУРОВЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ
Гилёв А.В., Бовин К.А., Куулар О.О. Сибирский федеральный университет, г. Красноярск
SPECIALIZED DRILLING TOOLS FOR OPEN PIT MINING
GilevA.V., Bovin K.A., Kuular O.O. Siberian Federal University, Krasnoyarsk
Представлено выражение, описывающее экономию удельных затрат при использовании разборных шарошечных долот, а также зависимость стойкости шарошечных долот от коэффициента крепости пород. Приведена экономико-математическая модель системы «Горная порода - буровой станок - буровой инструмент», учитывающая особенности применения разборных шарошечных долот.
Ключевые слова: шарошечное долото, крепость горных пород, стойкость шарошечного долота.
Formula of specific cost savings with using collapsible roller bits is presented. Dependence of the roller bits resistance from the coefficient of the hardness of rocks is given. The economic mathematical model of the system "Rock-drilling machine - drilling tool" counsidering the features of application collapsible roller bits is represented.
Key words: roller bit, rockhadness, endurance roller bit.
В настоящее время на горных работах повсеместно применяется трехшарошечный буровой инструмент одноразового использования, и при отказе даже одного из элементов долото отправляют в металлолом при неиспользованных затратах на довольно сложную корпусную часть [1 - 3].
Стоимость корпусной части, изготавливаемой из высококачественных легированных сталей по многооперационной технологии, составляет 30 - 50 % от стоимости всего долота. Ресурс корпусной части долота, как показали промышленные испытания разборных ШД типа ДЗДШ, оценивается проходкой 20 - 40 км скважин в зависимости от абразивности и твердости пород.
Коэффициент, учитывающий увеличение ресурса разборного шарошечного долота (РШД), в экономическом отношении можно представить следующим выражением:
где Ку - коэффициент увеличения экономического ресурса РШД по сравнению с неразборным ШД; п - число сменных вооружений (шарошек с опорами), которое
может быть использовано на одном корпусе; Ki = C/Cd - соотношение стоимости неразборного долота Cd и его корпусной части Ск.
Экономия удельных затрат AS при использовании РШД составляет, руб/м:
AS
=сй>4) »
где ^ - стойкость сменного вооружения РШД, м.
В результате обработки большого объема опытных данных (1433 отработанных долота в породах с f = 3-20) В.Д. Буткиным, А.С. Телешовым и Б.Ф. Брюховым установлена зависимость стойкости ШД от коэффициента крепости пород f, которая удовлетворительно описывается уравнением:
ld = R/f2 (2)
где R - интегральный коэффициент, обобщенно характеризующий уровень качества шарошечных долот.
Корреляционные отношения зависимости (2) составили цп/ = 0,82 и
ц fn = 0,7 . Это свидетельствует о том, что стойкость ШД на 70-80 % зависит от
крепости (свойств) пород и только на 20-30 % от прочих факторов.
Из (1) и (2) следует
AS = CK^f2(l-±)/R
Каждый типоразмер долота имеет свой коэффициент качества R, среднее значение которого может быть определено по опытным данным карьера, пользуясь формулой (2). Эффективность РШД возрастает в квадратичной зависимости от f и оказывается весьма значимой. Например, в условиях Мазульского известнякового карьера переход на РШД на базе серийного долота 111250,8 ТКЗ-ПГВ в породах крепостью f=8-10 характеризуется экономией AS«15,3 руб/м (табл. 1). При этом годовая экономия по карьеру (10 станков СБШ-250 МНА) может составить около 10 млн. руб.
Экономико-математическая модель системы «Горная порода - буровой инструмент - буровой станок», учитывающая особенности применения разборных шарошечных долот, имеет следующий вид:
S (l) = tB■r + Y /( Vo-V l) + С, (1 + KJ n - K ) /1 (3)
Для сравнительной оценки разборных и неразборных буровых инструментов с различными показателями скорости бурения и стойкости вооружения, с учетом выражения (3), использована следующая зависимость:
A S = А
f П - П
P н
П ■ П
н р
С С С
+ __2PL - Гл (4)
l l l
н прэ к
где ДS - разница в удельных затратах на 1 м бурения (при экономии с положительным знаком, при удорожании - с отрицательным), руб/м; Пн и Пр - сменная производительность станка соответственно при бурении неразборным и разборным
у
долотом, м/см; Сн и /я - соответственно стоимость (руб) и стойкость (м) неразборного долота; Спрэи / - соответственно стоимость и стойкость породоразрушающих
элементов разборного долота; Ск и 1к - соответственно стоимость и стойкость корпуса разборного долота.
В табл. 1 приведены результаты расчетов применительно к бурению скважин долотами различных типов диаметром 244,5 и 250 мм станками СБШ-250 МНА-32 на Мазульском известняковом руднике. Скорость бурения и стойкость долот приняты по результатам испытаний, проведенных под руководством и при непосредственном участии автора работы. Величина А=6000 руб. Стоимость корпусов Ск принята от 40 % (для разборных ШД) до 50 % ( для ДЗДШ) от стоимости долот. Величина 1к = 20-40 км.
Таблица 1
Экономическая эффективность бурения серийными, зарубежными и специализированными (разборными) шарошечными долотами. Горная порода -известняк, крепость \ = 8 - 10
Тип С , V, П, 1_, м Удельные затраты на бурение, руб/м Разница удельных затрат на 1м, Д£ , руб/м
долота тыс. руб м/ч м/см Серия, ШД РШД ДЗДШ со РШД ДЗДШ
111250,8 ТК3-ПВ 34 29 134 816 86,4 71,1 - -45,8 +15 +15,8
111244,5Т-ПГВ 16 19 100 613 89,9 80,1 - -42,3 +9,8 +19,3
Тегга-5, Тегга-6 133 29 134 1530 132,2 - - - - -
ДЗДШ-244,5 12/6 45 199 150 (ь л) - - 70,6 - - -
Примечание: РШ Д - разборные долота; ЗД - зарубежные долота типа Тегга-5 и Тегга-
6.
Данные табл. 1 показывают, что в рассматриваемых условиях (! = 8-10) использование дорогих ШД зарубежного производства не дает эффекта, в то время как применение разборных ШД (на базе отечественных моделей) обеспечивает значительное снижение затрат на буровые работы. Зарубежные долота повышенной стойкости, очевидно, эффективны в породах высокой крепости (! = 15-20) и абразивности, а также в глубоком бурении на нефть и газ. Воздействие на породу породоразрушающих элементов бурового инструмента носит комбинированный характер в связи с рядом его особенностей конструктивных устройств и технологических процессов бурения скважин.
К особенностям конструктивных устройств бурового инструмента можно отнести, кроме прочих, вид установки породоразрушающих элементов в корпусе:
стационарный (режущие долота, коронки, электрические сверла и др.) и подвижный (шарошечные долота, дисковые долота фрезерного типа, а также рассматриваемый в данной работе специализированный буровой инструмент [4]).
По способу воздействия на породу породоразрушающих элементов специализированный буровой инструмент с определенной долей условности можно разделить на три основных типа (рис. 2): режуще-сдвигающего (долота ДРВ, ДДР, ДДС, ДПВ), режуще-скалывающе-раздавливающего (долота ДД-СР, ДРС, ДШВ) и ударно- скалывающего (ДШР, ДШ-РС, ДШС).
Способ воздействия на породу породоразрушающих элементов во многом определяет тип исполнения специализированного бурового инструмента, его технические характеристики и тип буровых станков (табл. 2), что, в свою очередь, влияет на область применения и режимы бурения скважин.
Рациональные области применения специализированного бурового инструмента, в основном представлены на основе расчетных рациональных параметров режима бурения и данных экспериментальных испытаний, проведенных авторами работы в процессе бурения скважин опытными образцами (табл. 3), а также с учетом характеристик горных пород [1].
Рис. 2. Классификация специализированного бурового инструмента по способу воздействия режущих элементов на породу. ДРВ - долото режуще-вращательного действия; ДДР - дисковое долото фрезерного типа (с регулируемым диаметром); ДДС - дисковое долото фрезерного типа (с упорным сектором); ДД-СР -дисковое долото скалывающе-раздавливающего типа; ДРС - долото режуще-скалывающего типа; ДШР - шарошечное долото разборного типа; ДШ-РС - долото с опорным устройством разборного типа; ДШВ - долото со сменными вертикальными опорами; ДПВ - долото с переменным породоразрушающим вооружением; ДШС-долото со сферическими шарошками.
Таблица 2
Типы специализированного бурового инструмента и его технические характеристики __
№ Тип долота Модель Тип Модификация Схема Воору- Возмож- Характер Способ Тип
п/ (проектный исполне- опор жение ный разрушени очистки станк
п диаметр) ния диаметр , мм я горных пород скважин ы а
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 Режуще-вращательное долото ДРВ (ДРВ-160-Ш) (ДРВ-244,5-III) СРВ-Ш ДРВ-Т,РВ-С,ДРВ-М ООО Вз ВП ФЗ 160-320 РС П, ш, шп СБШ, СБР, БТС
Дисковое долото ДДР-11 ДДР-Т Ск ВЗ 160-320 РС П СБШ,
2 фрезерного типа (с регулируемым диаметром) (ДДР-160-11) (ДДР-244,5-II) СРВ-И ДДР-С ДДР-М Ск Ск ВП ФЗ 160-320 160-320 ШП СБР, БТС
Дисковое долото ДДС-11 - Ск ВЗ 160-320 РС П СБШ,
3 фрезерного типа (ДДС-160-П) СРВ-И Ск ШП СБР,
(с упорным стопором) (ДДС-244,5- II) БТС
Буровое ДД-ср-ш ДД-СР-Т-Ш Ск ВЗ 242,5- РСР П СБШ,
дисковое долото (ДД-СР- СРВ-Ш ДД-СР-С-Ш Ск ФЗ 250,5 БТС
4 скалывающе раздавливающег о типа. 244,5-Ш) ДД-СР-М-Ш
Буровое долото ДРС-IV - Ск ВЗ 215-320 РСР П СБШ,
5 режущескалыва ющего типа СРВ-М Ск БТС
6 Буровое долото шарошечное ДШР-111 (ДШ-Р-244,5-111) СРВ-Ш ДШ-Р-П К ВЗ ФЗ 216-320 УС П СБШ
Буровое долото ДШ-РС-111 СРВ-Ш ДШ-РС-И Ск ВЗ 216-320 УС П СБШ
7 с опорным устройством разборного типа (ДШ-РС-244,5-111) ФЗ
Буровое долото ДШВ-111 СРВ-Ш ДШВ-П К-Ск ВЗ 216-320 РСР П СБШ
8 со сменными (ДШВ-244,5- ДШВ-IV
вертикальными опорами III)
Буровое долото ДПВ-1У СРВ- IV ДПВ-Ш Ск ВЗ 160-320 РС П СБШ,
с переменным (ДПВ-244,5- ВП ШП СБР,
9 породоразрушаю щим вооружением IV) БТС
1 0 Буровое долото со сферическими ДШС- III (ДШС- СРВ-Ш ДШС-П К В3 244.5320 УС П СБШ
шарошками. 250.8-Ш)
Примечание:СРВ - сменные рабочие элементы с различным вооружением; Т - для пород твердых; С - для пород средней крепости; М - для пород мягкой крепости; Ск - опоры скольжения; К - опоры качения; ВЗ - вставные зубья; ФЗ -фрезерованные зубья; ВП - вставные пластины; СБШ - станок буровой шарошечный; СБР - станок буровой режущего типа; l, ll, Ill, IV - число рабочих элементов и опор; П -пневматическая очистка; ШП - шнекопневматическая очистка; БТС - буровой станок комбинированного бурения; РС - режуще-сдвигающий характер разрушения горных пород; РСР- режуще-скалывающе-раздавливающий характер разрушения горных пород; УС - ударно-скалывающий характер разрушения горных пород.
Таблица 3
Рациональные параметры режима бурения специализированным буровым
инструментом
Тип долота Диаметр долота, мм Осевое усиление на долото, кН Частота вращения. с-1 Расход сжатого воздуха, м3/с
1 2 3 4 5
ДРВ 160 100 2,5-2,0 -
244,5 140 2,5-2,0 0,42-0,53
ДД-Р 160 244,5 80 120 2,0-0,8 2,5-2,0 0,42-0,53
ДДС 160 +80 2,0-0,8 -
244,5 120 2,5-2,0 0,42-0,53
ДД-СР 160 244,5 100 140 2,0-0,8 2,5-2,0 0,25 0,42-0,53
ДРС 250,8 140 2,0-1,0 0,5-0,6
ДШР 250,8 140 2,0-1,0 0,5-0,6
ДШ-РС 250,8 140 2,0-1,0 0,5-0,6
ДШВ 250,8 160 2,0-1,0 0,5-0,6
ДПВ 216 160 2,0-1,0 0,5-0,6
250,8 180 2,0-1,0 0,5-0,6
ДШС 244.5-320 160 180 2,0-1,0 0,5-0,6
Примечание: ДРВ - долото режуще-вращательное действия; ДДР - дисковое долото фрезерного типа (с регулируемым диаметром); ДДС - дисковое долото фрезерного типа (с упорным сектором); ДД-СР - дисковое долото скалывающе-раздавливающего типа; ДРС - долото режуще-скалывающего типа; ДШР -шарошечное долото разборного типа; ДШ-РС - долото с опорным устройством разборного типа; ДШВ - долото со сменными вертикальными опорами; ДПВ - долото с переменным породоразрушающим вооружением. ДШС- долото со сферическими шарошками.
Отличительными технологическими особенностями каждого вида специализированного бурового инструмента являются характер взаимодействия с горной породой, режимы бурения скважин в осложненных условиях и возможность применения разных способов очистки скважины от бурового шлама.
Обобщающим признаком предложенных буровых инструментов является разборность, которая обеспечивает равный ресурс узлов и деталей, ремонт и восстановление долот, выполнение их конструктивных преобразований с применением метода взаимозаменяемости породоразрушающих элементов, которые обладают вооружением, являющимся наиболее экономичным в горно-геологических условиях бурения взрывных скважин.
Разборные буровые долота с точки зрения технологии их создания и эксплуатации могут принести существенный экономический эффект, вследствие упрощения их изготовления и многократного применения элементов и деталей, а по удельным показателям - составить конкуренцию дорогостоящим зарубежным буровым инструментам.
Библиографический список
1. Буткин В.Д. Проектирование буровых инструментов для откртых горных, хемляных и строительных работ/ В.Д. Буткин, А.В. Гилёв, С.В. Доронин, В.Т. Чесноков и др. // Монография - М.: МАКС Пресс, 2005. - 240 с.
2. Гилёв А.В. Специализированные долота для буровых работ на карьерах/ В.Д. Буткин, Д.Б. Нехорошев и др. // Горный журнал. - 2004. - № 5. - С. 38 - 42.
3. Буткин В.Д. Опыт и развитие технологии силового бурения резанием на карьерах/ / В.Д. Буткин, А.В. Гилёв, В.Т. Чесноков и др. // Монография - М.: МАКС Пресс, 2005. - 304 с.
4. Гилёв А.В. Буровой инструмент для карьеров / Учеб.пособие. - Красноярск: ГАЦМиЗ. - 1998. - 128 с.
Bibliograficheskij spisok
1. Butkin V.D. Proektirovanie burovykh instrumentov dlya otkrtykh gornykh, khemlyanykh i stroitelnykh rabot/ V.D. Butkin, A.V. Gilv, S.V. Doronin, V.T. Chesnokov i dr. // Monografiya - M.: MAKS Press, 2005. - 240 s.
2. Gilv A.V. Spetsializirovannye dolota dlya burovykh rabot na karerakh/ V.D. Butkin, D.B. Nekhoroshev i dr. // Gornyj zhurnal. - 2004. - 5. - S. 38 - 42.
3. Butkin V.D. Opyt i razvitie tekhnologii silovogo bureniya rezaniem na karerakh // V.D. Butkin, A.V. Gilv, V.T. Chesnokov i dr. // Monografiya - M.: MAKS Press, 2005. - 304 s.
4. Gilv A.V. Burovoj instrument dlya karerov / Ucheb.posobie. - Krasnoyarsk: GATSMIZ. -1998. - 128 s.
Гилёв Анатолий Владимирович - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры Горных машин и комплексов Сибирского федерального университета, г. Красноярск, e-mail: anatoliy.gilev@gmail.com
Бовин Константин Анатольевич - аспирант кафедры Горных машин и комплексов Сибирского федерального университета, г. Красноярск, e-mail: koct.91@mail.ru.
Куулар Олча Орлановна - аспирант кафедры Горных машин и комплексов Сибирского федерального университета, г. Красноярск, e-mail: mongysh1@rambler.ru
Gilev Anatoliy - doctor of technical sciences, Professor of the Department of mining machines and complexes of Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia, e-mail: anatoliy.gilev@gmail.com
Bovin Konstantin - post-graduate student of the Department of Mining Machines and Complexes of Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia, e-mail: koct.91@mail.ru.
Kuular Olcha - post-graduate student of the Department of Mining Machines and Complexes of Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia, e-mail: mongysh1@rambler.ru
УДК 625.08
ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ ГОРНЫХ МАШИН НА ТЕРРИТОРИИ РЕСПУБЛИКИ ТЫВА
СЛ. Евтюков
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург О.Л. Чооду
Тувинский государственный университет, г. Кызыл
THE MAIN CAUSES OF FAILURE OF MINING MACHINES ON THE TERRITORY OF THE REPUBLIC OF TYVA
S. A. Evtyukov
Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Saint-Petersburg
O. A. Choodu Tuvan State University, Kyzyl
В статье обосновывается необходимость создания нового направления в формировании парков машин и оборудования для различных отраслей народного хозяйства страны в зависимости от условий местности. Предлагаются пути создания высокоэффективных парков с интеграционной адаптивностью к новым достижениям в науке и технике.
Ключевые слова: парк машин, техническая эксплуатация, рельеф, адаптация, наука.
The article explains the need for a new direction in the formation of the parks of machinery and equipment for various sectors of the economy of the country, depending on local conditions. The ways of creation of highly parks integration adaptability to new developments in science and technology.
Key words: fleet, technical maintenance, relief, adaptation, science.
Учитывая сложность и жесткость рельефа и климата республики (см. рис. 1) обращаем особое внимание на нормативные документы в частности на МДС 128.2007. Нормативный документ «Рекомендации по организации технического обслуживания и ремонта строительных машин МДС 12-8.2007», разработанный ЦНИИОМТП, содержит типовые нормы периодичности, продолжительности и трудоемкости технического обслуживания и ремонта этих машин. Техническое
