Лекция 2 Раздел I. СПОСОБЫ БУРЕНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН СПОСОБЫ БУРЕНИЯ ШПУРОВ И СКВАЖИН Разрушение горных пород взрывом, 2010 1
Классификация и общая характеристика способов бурения шпуров и скважин Шпур – искусственное цилиндрическое углубление в горной породе (бетоне и др. ) диаметром до 75 мм и глубиной до 5 м. Скважина – искусственное цилиндрическое углубление диаметром более 75 мм при глубине до 5 м и любого диаметра при глубине более 5 м. Бурением называется процесс последовательного разрушения горной породы буровым инструментом на забое шпура или скважины и удаления продуктов разрушения на поверхность (водой, воздухом или шнеком). Разрушение горных пород взрывом, 2010 2
Основным способом бурения взрывных шпуров и скважин является механическое бурение, которое подразделяется на следующие способы: 1) вращательное бурение (ручные и колонковые сверла, буровые станки шнекового бурения); 2) ударное бурение (станки ударно-канатного бурения) – собственно ударное бурение; переносные, колонковые и телескопные перфораторы – ударно-поворотное бурение; погружные перфораторы – ударно-вращательное бурение; 3) вращательно-ударное бурение. Разрушение горных пород взрывом, 2010 3
Механизм разрушения пород при различных способах бурения Вращательный способ бурения Рос Процесс разрушения породы лезвием резца при вращательном способе бурения состоит в последовательном сколе породы в виде элементов стружки за счет воздействия определенного объема разрушенной породы (главного объема давления), находящейся передней гранью лезвия резца. Мкр Механизм разрушения породы при вращательном бурении Разрушение горных пород взрывом, 2010 4
а Vб б I II Vб III Pос nкр n Зависимость скорости бурения Vб: а - от величины осевого усилия Рос ; б - от частоты вращения n С увеличением осевого усилия скорость бурения увеличивается до некоторого предела, при котором ее дальнейший рост замедляется из-за недостаточно эффективного удаления продуктов разрушения с забоя. Наилучшие условия для бурения имеются на участке II , где скорость бурения увеличивается пропорционально осевому усилию Рос. При малых значениях Рос (участок I) разрушение носит характер истирания и неэффективно для бурения. При чрезмерно больших Рос (участок III) резко возрастает абразивный износ и число поломок лезвий. С увеличением частоты вращения скорость бурения сначала пропорционально увеличивается, а затем темп роста снижается и возникают сильные вибрации инструмента. Разрушение горных пород взрывом, 2010 5
Pос n 1 Зависимость рациональных параметров бурения от крепости горных пород: 1 – от осевого усилия; 2 – от частоты вращения. 2 f С увеличением коэффициента крепости горных пород рациональные значения осевого усилия возрастают, а частоты вращения уменьшаются. Во всех случаях целесообразно принимать максимально возможные осевые усилия (по техническим характеристикам сверл), а частоту вращения необходимо выбирать, исходя из допустимого уровня вибраций при бурении. Разрушение горных пород взрывом, 2010 6
Ударный способ бурения Механизм разрушения горной породы при ударно-поворотном бурении: 1 – зона измельчения; 2 – разрушенный слой; 3 – зона скола; 4 – зона растрескивания Разрушение горных пород взрывом, 2010 7
Одним из наиболее распространенных видов ударного бурения является ударно-поворотное бурение, реализуемое в бурильных машинах, называемых перфораторами. Vб Зависимость скорости ударно-поворотного бурения от величины осевого усилия I II III Pос Участок I кривой характеризуется недостаточным усилием подачи и низкой скоростью бурения. Участок II кривой характеризуется оптимальным усилием подачи, обеспечивающим максимальную скорость бурения, минимальный отскок машины и лучшую передачу энергии в системе «поршень – бур – порода» . Лезвие коронки находится в контакте с поверхностью забоя шпура при каждом ударе. Участок III кривой характеризуется чрезмерной величиной усилия подачи, при которой поворот бура становится затруднительным. Разрушение горных пород взрывом, 2010 8
Вращательно-ударный способ бурения Для бурения шпуров в породах средней (f = 6 -8) и выше средней крепости применяют бурильные машины, реализующие вращательно -ударный способ бурения. а Pуд б Pос в Mкр Pос Pуд Mкр Схемы усилий при ударном (а), вращательном (б) и вращательно-ударном (в) бурении Разрушение горных пород взрывом, 2010 9
Эффект разрушения при вращательно-ударном бурении получается значительно большим, чем при простом сложении объемов разрушения от ударного и вращательного бурения. Под действием ударной нагрузки лезвие коронки внедряется в породу и образует зону разрушения, распространяющуюся на расположенную рядом зону, которая скалывается в сторону вращения лезвия. Большая глубина внедрения достигается за счет повышенного осевого усилия и крутящего момента, которые создаются отдельными механизмами подающего и вращающего узлов бурильной машины. Непрерывный контакт лезвий коронок с породой обеспечивает лучшее использование энергии удара. Разрушение горных пород взрывом, 2010 10
Диапазон осевых усилий подачи подразделяется на три характерные зоны, приведенные на рисунке. Aоб h Mкр I II III 3 2 Зависимость удельной объемной работы разрушения Аоб (1), глубины разрушения h (2) и крутящего момента Мкр (3) от величины осевого усилия подачи Рос 1 Pос Участок I кривой характеризуется осевым усилием подачи до 1 к. Н для пород средней крепости и 2, 5 к. Н для крепких пород. Процесс в этой зоне аналогичен процессу ударно-поворотного бурения. Участок II кривой характеризуется диапазоном усилий 1, 0 -7, 5 к. Н для пород средней крепости и 2, 5 -12, 5 к. Н для крепких пород. В этой зоне разрушение породы происходит за счет ударных нагрузок и вращательного движения породоразрушающего инструмента. Участок III охватывает диапазон осевых усилий подачи, превышающих оптимальные. В этой зоне разрушение породы при бурении происходит за счет вращательного движения инструмента при меньшем влиянии на процесс ударных нагрузок. Разрушение горных пород взрывом, 2010 11
Скачать презентацию Лекция 2 Раздел I СПОСОБЫ БУРЕНИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ
Лекция 2_РГПВ.ppt