книги из ГПНТБ / Блохин В.С. Буровой инструмент для машин ударного действия

В. С;. БЛОХИН

і

Я.'

БУРОВОЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ МАШИН УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ

ИЗДАТЕ ЛЬСТВО «Н Е Д Р А»

М о с к в а 1974

УДК 622.24.051.4

y i / - У З /Ь

Блохин В. С. Буровой инструмент для машин ударного действия. М., «Недра», 1974, 200 с.

В книге описывается буровой инструмент, предназначенный для пневмоударного способа бурения взрывных скважин по крепким горным породам в горнорудной промшшіѳпностп, а также для проходки неглубоких скважин. Рассмотрены кон­ струкции буровых коронок и условия их эксплуатации. Впервые разработана методика расчета инструмента для пневмоударного способа бурения.

Книга предназначена для пиженерио-техшіческпх к науч­ ных работников горнорудной промышленности и геологической службы, связанных с эксплуатацией, расчетом и проектирова­ нием буровых коронок.

Таблиц 29, иллюстраций 65, сппсок литературы — 46 пазв.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Разработка месторождений с применением взрывных скважин ■для отбойки получает все более широкое распространение в горно­ рудной промышленности нашей страны. Свыше 30% железных руд и 50% руд цветных металлов в настоящее время добывается подземным способом.

Одной из наиболее важных задач, стоящих перед горной про­ мышленностью, является дальнейшее развитие и совершенство­ вание буровой техники и технологии бурения шпуров и скважин. При современном уровне развития горной техники буровзрывной способ отбойки крепких горных пород от массива и в после­ дующие годы по существу будет являться основным.

За последние годы разработан ряд новых способов бурения скважин, созданы новые станки вращательного, вращательно­ ударного, ударно-вращательного, шарошечного, алмазного, терми­ ческого, электрического, электрогидравлического и других видов бурения. Однако в настоящее время на открытых и подземных разработках для бурения глубоких взрывных скважин диамет­ ром от 85 до 205 мм в крепких и весьма крепких горных породах наибольшее распространение получили бурильные агрегаты ударно-вращательного действия. Рабочий орган агрегатов — по­ гружной пневматический молоток, или, как часто называют, пневмоударник, а рабочий инструмент — различного типа буро­ вые долота * (коронки). В пневматических ударных машинах, предназначенных для бурения скважин, боек (ударник) не соеди­ нен с инструментом, он свободно перемещается под давлением сжатого воздуха и при соприкосновении с инструментом наносит

* Для пневмобурового инструмента общепризнанным является термин «коронка», менее распространенным «долото». Несмотря на то, что последнееназвание более точное, в данной книге, с учетом пожеланий производствен­ ников и заводов изготовителей, рекомендуется термин «коронка» как устояв­ шийся и широко распространенный.В случае признания термина «долото», воз­ никает необходимость выделения следующих типов долот: для пиевмоударпого бурения, виброударного, ударно-канатного, шарошечного, шнекового, тер­ момеханического и другпх, а коронок — только для перфораторного п алмаз­ ного бурения.

удары по его хвостовику. Поэтому такие машины иногда просто называют молотками.

Ударно-вращательное бурение скважин является основным па рудниках Кривбасса, КМАруда, Урала, Кузбасса, Кавказа, Но­ рильска, Алтая и Казахстана, кроме того находит применение и на карьерах. Повсеместное использование свидетельствует о его довольно высокой эффективности по сравнению с другими спосо­ бами бурения скважип в крепких породах.

Пневмоударное бурение обладает рядом достоинств, к числу которых следует отнести сравнительно низкую стоимость бурепия 1 м взрывных скважин, простоту конструкций, транспортабель­ ность, безопасность, надежность в эксплуатации, малые размеры и др. Пневматические молотки во многих случаях являются неза­ менимыми, it область их применения продолжает непрерывно расширяться.

Специфические условия работы коронок, многообразие и непо­ стоянство различных факторов, свойственных процессу бурения скважпн, при котором буровой инструмент находится внутри скважин, затрудняют научно обоснованный выбор рациональной формы коронок, необходимых материалов для их изготовления и армирования, оптимальных режимов бурепия и затрудняют изуче­ ние НЗН0С0СТ0ЙК0СТИ II прочности коронок.

Теоретические исследования напряженного состояния буровых коронок, имеющих сложную форму и сложный характер нагру­ жения, сопряжены с большими математическими трудностями.

Всвязи с этим, исследования буровых коронок, опубликованные

вотечественных работах и зарубежных, носили характер произ­ водственных испытаний различных типов инструмента с оценкой эффективности их с точки зрения стойкости и скорости бурепия. До последнего времени (работы Ш. С. Мазитова, Н. И. Пригоров-

ского, Е. В. Александрова, В. Д. Андреева, И. С. Бабенкова, К. И. Иванова, Ю. В. Флавицкого, Б. В. Соколипского, С. Ферхарста, М. Таката, Г. Фишера и Н. Шемицу) изучение напряже­ ний и деформаций в буровом инструменте ограничивалось только замерами их в перфораторных коронках и в штангах перфоратор­ ного бурения для определения величин ударных усилий. Кроме того, некоторые из исследователей [3, 21, 27] рассматривали прохождение волн деформаций и по пневмобуровому инструменту.

До настоящего времени отсутствовали данные по распределе­ нию напряжений в наиболее нагруженных частях буровых коро­ нок при нагружениях, отражающих реальные условия взаимодей­ ствия инструмента с породой. Подобные исследования на натур­ ных конструкциях при бурении затруднены ввиду несоблюдения повторяемости условий экспериментов, невозможности непосред­ ственного наблюдения за процессом нагружения. Изучение вышед­ ших из строя коронок не дает достаточного количества данных о напряженном состоянии, предшествующем разрушепшо. Более надежные результаты могут быть получены при аналитических и

4

Г Л А В А 1

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УДАРНО-ВРАЩАТЕЛЬНОГО СПОСОБА

БУРЕНИЯ ВЗРЫВНЫХ СКВАЖИН

§1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОБУРОВЫХ МАШИНАХ И ИНСТРУМЕНТЕ

При современном уровне развития буровзрывной техники в основном применяются машины ударно-вращательного действия для бурения взрывных скважин в горных породах средней кре­ пости, крепких п очень крепких как в подземных условиях, так и на карьерах. Этот вид бурения является доминирующим при проходке скважип глубиной 30—70 ми диаметром от 85 до 165 мм, кроме того, он широко распространен и при буренпп скважин диаметром меньше 80 мм.

Бурение скважин ударно-вращательным способом осущест­ вляется буровыми агрегатами, включающими станок вращатель­ ного действия, расположенный на раме у устья скважины, и пневмоударпнк с коронкой (рис. 1). В процессе бурения пневмоудар­ ник и коронка находятся на забое скважины. Пневмоударник подается в скважину на штангах. Ввиду того, что ударно-враща­ тельное бурение не требует больших осевых усилий подачи и большого крутящего момента, податчпк, вращатель и погружной бурильный молоток, входящие в состав агрегата, имеют малые размеры и небольшой вес. Действие осевого усилия подачи при бурении скважины сводится только к обеспечиванию контакта инструмента с забоем скважины в момент приложения к хвосто­ вику коронки ударного импульса, а крутящего момента — для поворота инструмента с целью равномерной проработки забоя скважины.

Разрушение пород при бурении скважины происходит за счет внедрения породоразрушающих элементов коронки, воспринима­ ющих периодические динамические нагрузки от ударника ма­ шины. После прекращения действия очередного удара, в про­ цессе бурения скважин в крепких горных породах, коронка отры-

6

вается от забоя, частично разгружается и поворачивается. При повторном нагружении лезвия коронки внедряются на новом

7

8

За последние 20 лет выполнено большое количество научноисследовательских и проектно-конструкторских работ, напра­ вленных на совершенствование буровых коронок (увеличение их износостойкости, прочности и скорости бурения). Наиболее значи­ тельные из них работы, выполненные Б. В. Суднишниковым, Н. Н. Есиным, Л. И. Семеновым, В. Д. Петуховым, А. К. Сидо­ ренко, С. П. Юшко, А. С. Курдюковым, А. А. Моржаретто, А. М. Чувилиным, Ю. Ф. Авдониным, В. Т. Зыкиным и др.

Развитие ударно-вращательного способа бурения скважин в крепких и весьма крепких горных породах привело к поискам

исозданию самых разнообразных форм буровых коронок (табл. 2).

Внастоящее время насчитывается около 160 конструкций и их модификаций только в нашей стране и известно примерно 100 разновидностей, изготовленных за рубежом. Большое разнооб­ разие опытных буровых коронок доказывает отсутствие научно обоснованных методов разработки и проектирования инструмента для буровых машин ударного действия, наличие ограниченного количества методически правильно разработанныхи достаточно обо­ снованных экспериментальных исследований. Создание конструк­ ций бурового инструмента, как правило, осуществлялось на основа­ нии инженерного опыта (аналогии) и эмпирических зависимостей.

Вклассификации использованы данные по созданным и испы­ танным конструкциям коронок для погружных пневмоударников. Она позволяет познакомиться с различными конструкциями коро­ нок и проследить путь развития инженерной мысли, направлен­ ной на разработку стойкого и эффективного бурового инструмента.

Внастоящее время пиевмобуровой инструмент подразделяется на пять типоразмеров: коронки для бурения скважин диаметром 85, 105, 125, 155 (160) и 205 мм. По форме головной части коронки

ичислу лезвий на ней выделяются следующие типы:

1)долотчатые — однолезвийиые, многолезвийные с опережа­ ющим лезвием или без опережающего лезвия;

2)трехлопастные с опережающим лезвием или без опережа­ ющего лезвия;

3)четырехлопастные с опережающим лезвием или без опере­ жающего лезвия;

4)многолезвийные с опережающей головкой, опережающим лезвием или без опережения;

5)штыревые — непрерывного действия.

Боковые лезвия коронок предназначены для обработки сква­ жины по номинальному диаметру. У первых трех типов коронок они, как правило, расположены в одной плоскости, а у коронок четвертого типа — в нескольких плоскостях. Опережающие го­ ловки и лезвия выдаются вперед коронки и находятся по сере­ дине головной части ее.

По конструктивному исполнению головная часть коронок может быть изготовлена разъемной и неразъемной. Соединение может быть выполнено с помощью винтовой нарезки или конуса.

Э