2. Назначение, технические характеристики и конструкция погружных пневмоударников
Погружной пневмоударник является машиной, генерирующей ударный импульс и передающей его на забой скважины непосредственно через буровую коронку.
Конструкция пневмоударника П1-75 приведена на рис. 6, а технические характеристики – в табл. 4.
Рис. 6. Пневмоударник П1-75:
1 – задняя головка, 2 – цилиндр, 3 – поршень, 4 - буровая коронка, 5 - передняя головка, 6 – шпонка, 7 – задняя полость цилиндра, 8 - продувочное отверстие, 9 – каналы выпуска сжатого воздуха, 10 – выхлопное отверстие, 11 – проточка.
Таблица 4
Технические характеристики пневмоударников
Параметры |
М-29Т |
ПП-105-2,4 (М 48) |
ПП-105-2,2 (П1-75) |
ПП-155-4,1 |
П-105-2,6 |
П-125-3,8 |
П-160-6,5 |
П-200 |
П-160В |
П-125В |
Диаметр долота, мм |
85 |
105 |
105 |
155 |
105 |
125 |
160 |
200 |
160 |
125 |
Наружный диаметр пневмоударника, мм |
68 |
92 |
92 |
140 |
96 |
112 |
140 |
175 |
145 |
112 |
Длина пневмоударника (без долота), мм |
408 |
475 |
455 |
487 |
657 |
652 |
740 |
900 |
790 |
819 |
Внутренний диаметр цилиндра, мм |
54 |
74 |
75 |
100 |
82 |
90 |
120 |
148 |
122 |
92 |
Масса ударника, кг |
1,75 |
2,8 |
3,2 |
5,5 |
3,0 |
5,6 |
11,3 |
19,3 |
11,3 |
17,5 |
Ход ударника, мм |
76 |
72 |
55 |
70 |
- |
100 |
|
- |
115 |
105 |
Число ударов, с"1 |
25 |
28 |
32,5 |
30 |
27 |
21 |
21 |
10 |
31 |
31 |
Энергия удара, Дж |
54 |
93,2 |
73,5 |
140 |
96 |
190 |
280 |
420 |
340 |
770 |
Ударная мощность, кВт |
1,73 |
2,4 |
2.2 |
4,3 |
2,6 |
3,8 |
6 |
7,9 |
24 |
24 |
Номинальное давление (рабочее) сжатого воздуха, МПа |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
1,7 |
1,7 |
Расход сжатого воздуха, м /мин |
4,5 |
6,8 |
5,5 |
9,7 |
5,5 |
7,0 |
12 |
18 |
24 |
24 |
масса пневмоударника, кг |
10 |
16,8 |
15,5 |
40 |
22,6 |
30 |
57 |
ПО |
52 |
39 |
3. Расчет режимных параметров станков ударно-вращательного бурения
Начальная механическая скорость бурения (мм/с):
Vн=80·A·n/(d2·f)
где А - энергия удара, Дж; n - частота ударов, с-1; d — диаметр долота, мм; а - коэффициент крепости пород.
Механическая скорость бурения на определенной глубине (мм/с):
V= Vн·Н - β·L
где β - коэффициент падения скорости бурения при увеличении глубины скважины; L - глубина скважины, м.
Средняя скорость бурения скважины до глубины L (мм/с):
Vср=Vн - β V·L/2
Время бурения скважины (мин):
tскв = L / (Vн – β·L/2)
Среднее время бурения 1 м скважины (мин):
tср = tскв/L
Теоретическая производительность станка (м/ч):
Q = 60 (Vн – β·L/2)
Техническая производительность станка (м/ч):
,
где
кг=
- коэффициент готовности станка; Т –
наработка на отказ, мин.; Тв
– время восстановления отказа, мин; В
– стойкость долота на одну заточку, м;
tн
– время навинчивания одной штанги, мин;
tр
– время на развинчивание одной штанги,
мин; l
– длина штанги, м; Тз
– время на замену долота, мин; Тн
– время наведения буровой штанги на
скважину, мин; Тзб
– время на забуривание скважины, мин.
Эксплуатационная производительность станка (м/см):
,
где Тсм – длительность смены, мин; Тпз – время на подготовительно-заключительные операции, мин; Топ – время организационных простоев, мин; Тп – время на перемещение станка во время смены, мин; m – число скважин в забое, шт.
Исходные данные для выполнения индивидуальных заданий приведены в табл. 5.
Таблица 5
Варианты заданий для расчета параметров
№ |
А, Дж
|
nу, с-1 |
d. мм |
f |
β,м-1 |
L, m |
B, m |
tн,мин |
tр,мин |
Tз.,мин |
Тн,мин |
Тзб, мин |
Тсм, мин |
Тпз,мин |
Топ,мин |
Тп,мин |
т, шт |
Кг |
Q тыс.т/год |
1 |
54 |
25 |
85 |
10 |
0,0004 |
20 |
12 |
0.5 |
1 |
4 |
4 |
1 |
360 |
20 |
30 |
20 |
12 |
0,9 |
1740 |
2 |
93 |
28 |
105 |
12 |
0.0004 |
15 |
10 |
0,4 |
1.5 |
5 |
3 |
0,9 |
360 |
15 |
30 |
15 |
15 |
0.8 |
1950 |
3 |
73 |
32 |
105 |
14 |
0.0004 |
10 |
11 |
0,6 |
1,2 |
3 |
4 |
0.8 |
480 |
25 |
30 |
18 |
17 |
0.7 |
2000 |
4 |
140 |
30 |
155 |
16 |
0.0004 |
22 |
13 |
0,7 |
1,3 |
4 |
5 |
1.1 |
360 |
20 |
30 |
19 |
19 |
0.9 |
890 |
5 |
96 |
27 |
105 |
18 |
0.0004 |
25 |
14 |
0,8 |
1,1 |
2 |
3 |
1.2 |
480 |
22 |
30 |
21 |
20 |
0.85 |
760 |
6 |
190 |
21 |
125 |
16 |
0.0004 |
30 |
15 |
0,5 |
1 |
3,5 |
5 |
I |
480 |
20 |
30 |
20 |
30 |
0.8 |
1450 |
7 |
280 |
21 |
160 |
15 |
0.0004 |
35 |
17 |
0.7 |
1,5 |
3 |
4 |
1,2 |
480 |
19 |
30 |
21 |
40 |
0,7 |
1500 |
8 |
420 |
10 |
200 |
14 |
0.0004 |
40 |
13 |
0.9 |
1.3 |
4 |
2 |
1 |
480 |
18 |
30 |
22 |
50 |
0,9 |
1200 |
9 |
340 |
31 |
160 |
13 |
0.0004 |
32 |
12 |
0.8 |
1.5 |
4,5 |
3 |
1.3 |
360 |
17 |
30 |
23 |
20 |
0.9 |
900 |
10 |
770 |
31 |
125 |
12 |
0,0004 |
25 |
11 |
0.6 |
1.6 |
5 |
4 |
1.5 |
480 |
15 |
30 |
25 |
35 |
0,8 |
800 |
11 |
54 |
22 |
85 |
10 |
0,0004 |
20 |
12 |
0,5 |
1 |
4 |
4 |
1 |
360 |
20 |
30 |
20 |
40 |
0,9 |
1750 |
12 |
93 |
29 |
105 |
12 |
0.0004 |
30 |
12 |
0,6 |
1,2 |
3 |
6 |
1.5 |
480 |
20 |
30 |
21 |
41 |
0,7 |
1900 |
13 |
73 |
30 |
105 |
13 |
0.0004 |
10 |
13 |
0.7 |
1.32 |
2 |
5 |
1 |
360 |
К) |
30 |
22 |
33 |
0,6 |
2150 |
14 |
130 |
27 |
155 |
15 |
0.0004 |
50 |
13 |
0,7 |
1,5 |
1 |
|
2 |
480 |
10 |
30 |
23 |
35 |
0.8 |
2100 |
15 |
95 |
21 |
105 |
14 |
0.0004 |
40 |
15 |
0.8 |
1,6 |
4 |
4 |
0.5 |
480 |
15 |
30 |
25 |
37 |
0.9 |
1350 |
16 |
180 |
21 |
125 |
17 |
0,0004 |
15 |
14 |
0.9 |
1 |
3 |
~> |
1.5 |
360 |
15 |
30 |
20 |
50 |
0,7 |
1200 |
17 |
250 |
20 |
160 |
16 |
0,0004 |
25 |
13 |
1 |
0.9 |
2 |
6 |
1 |
480 |
25 |
30 |
19 |
51 |
0.6 |
1150 |
18 |
410 |
10 |
200 |
15 |
0.0004 |
40 |
12 |
0.5 |
1,2 |
1 |
5 |
1.3 |
480 |
25 |
30 |
15 |
53 |
0,7 |
950 |
19 |
330 |
30 |
160 |
14 |
0,0004 |
35 |
10 |
0,3 |
1.5 |
5 |
4 |
1,4 |
360 |
15 |
30 |
16 |
55 |
0.8 |
900 |
20 |
750 |
30 |
125 |
13 |
0,0004 |
50 |
9 |
0,2 |
1,3 |
6 |
3 |
1,5 |
360 |
15 |
30 |
18 |
60 |
0.9 |
1500 |
21 |
54 |
25 |
85 |
10 |
0.0004 |
40 |
12 |
0,5 |
1 |
3 |
4 |
1 |
360 |
20 |
30 |
20 |
12 |
0.9 |
1800 |
22 |
90 |
28 |
105 |
12 |
0.0004 |
30 |
10 |
0.5 |
1,5 |
4 |
3 |
0.9 |
360 |
19 |
30 |
19 |
10 |
0,8 |
1700 |
23 |
70 |
32 |
105 |
20 |
0.0004 |
20 |
14 |
0.4 |
1,1 |
5 |
4 |
1 |
480 |
18 |
30 |
18 |
12 |
0.8 |
2100 |
24 |
130 |
30 |
155 |
18 |
0.0004 |
60 |
15 |
0.6 |
1.2 |
^6 |
5 |
0.8 |
360 |
17 |
30 |
17 |
13 |
0.9 |
1900 |
25 |
90 |
27 |
105 |
16 |
0.0004 |
50 |
10 |
0.7 |
1.4 |
7 |
4 |
1 |
480 |
15 |
30 |
20 |
10 |
0.9 |
1350 |
26 |
185 |
21 |
125 |
14 |
0.0004 |
30 |
13 |
0,8 |
1,7 |
6 |
3 |
0.7 |
480 |
21 |
30 |
21 |
11 |
0,9 |
950 |
27 |
270 |
20 |
160 |
12 |
0,0004 |
10 |
11 |
0.3 |
1.8 |
5 |
4 |
0.5 |
480 |
23 |
30 |
19 |
9 |
0.85 |
800 |
28 |
410 |
10 |
200 |
16 |
0.0004 |
15 |
16 |
0,4 |
1.3 |
4 |
5 |
0.4 |
480 |
22 |
30 |
18 |
10 |
0.7 |
1110 |
29 |
330 |
15 |
160 |
10 |
0.0004 |
20 |
14 |
0.5 |
1,1 |
3 |
6 |
0.3 |
360 |
20 |
30 |
17 |
1 1 |
0,9 |
1250 |
30 |
700 |
20 |
125 |
16 |
0,0004 |
25 |
12 |
0.2 |
1 |
2 |
3 |
0.7 |
360 |
19 |
30 |
15 |
14 |
0,8 |
1350 |
31 |
350 |
26 |
105 |
17 |
0.0004 |
45 |
14 |
0.3 |
1,8 |
4 |
6 |
0,5 |
480 |
16 |
30 |
18 |
9 |
0,85 |
800 |
32 |
400 |
30 |
125 |
16 |
0,0004 |
30 |
15 |
0.25 |
1,7 |
5 |
4 |
0,6 |
360 |
17 |
30 |
19 |
10 |
0.9 |
500 |
33 |
240 |
25 |
105 |
12 |
0.0004 |
20 |
9 |
0,4 |
1,6 |
3 |
5 |
0,8 |
480 |
15 |
30 |
16 |
12 |
0.8 |
1950 |
34 |
190 |
26 |
105 |
10 |
0,0004 |
15 |
10 |
0.3 |
1,3 |
6 |
3 |
1 |
360 |
19 |
30 |
17 |
13 |
0.8 |
2000 |
35 |
150 |
32 |
85 |
12 |
0,0004 |
16 |
12 |
0.4 |
1.2 |
7 |
6 |
1,5 |
480 |
20 |
30 |
15 |
11 |
0.7 |
2300 |
На основании выполненных расчетов построить графики:
-
зависимость механической скорости
бурения
от глубины скважины L;
- зависимость технической производительности Qтех от стойкости долота на одну заточку В.
Для получения нескольких параметров зависимой величины переменную величину делят на пять частей, с увеличением от минимального до максимального значения, подставляя поочередно эти значения в формулу.
Далее, по полученным значениям переменной величины строится график зависимости.
Среднее значение начальной скорости бурения и стойкости бурового долота на одну заточку приведены в таблице 6.
Средние значения расходных показателей при бурении скважин диаметром 105 мм станками с погружными пневмоударниками приведены в таблице 7.
Таблица 6
Коэффициент крепости породы по классификации проф. М.М. Протодьяконова, f |
8 - 10 |
10 - 12 |
12 - 14 |
14 - 16 |
Начальная скорость бурения , мм/с |
2 |
1,63 |
1,33 |
1,08 |
Стойкость долота на одну заточку В, м |
12 |
8 |
6 |
4 |
Выход
руды с одного метра скважины,
|
24 |
21 |
17 |
14 |
,
т/м
Таблица 7
Коэффициент крепости породы по классификации проф. М.М. Протодьяконова, f |
6 - 8 |
8 - 10 |
10 - 12 |
12 - 14 |
14 - 16 |
16 - 18 |
Расход долот на 1000 м скважины |
8 |
14 |
25 |
40 |
53 |
71 |
Расход сжатого воздуха, м3/мин |
200 |
230 |
250 |
250 |
280 |
310 |
Расход воды, л/мин |
510 |
570 |
620 |
660 |
700 |
740 |
Число станков, необходимых для проведения буровых работ на предприятии:
где = 1,2 1,3 - коэффициент запаса, учитывающий число станков находящихся в ремонте; - сменный объем буровых работ на предприятии, , м/смену
где – производительность рудника, т/год; - выход горной массы с 1 м , т/м; - число рабочих смен в году; - сменная эксплуатационная производительность, м/смену; ,
Расчёт необходимого количества станков выполнить по данным таблицы 6. Число рабочих дней в году, смен в сутки, продолжительность смены и другие недостающие данные принять самостоятельно.
При бурении пород станками ударно-вращательного действия следует руководствоваться рациональными значениями частоты вращения (для крепких пород – 0,4-0,8 с-1, для слабых пород – 1,2-1,5 с-1), усилия подачи (для крепких пород - 7,5-15 Н/мм диаметра долота, для абразивных пород средней крепости – 20-30 Н/мм диаметра долота, для слабоабразивных пород – 50-70 Н/мм диаметра долота), отношения диаметра долота к диаметру корпуса пневмоударника (1,15-1,25), давления сжатого воздуха (с увеличением давления сжатого воздуха скорость бурения возрастает).
Существенным средством повышения производительности бурения пневмоударниками является применение регуляторов осевого усилия. Они позволяют увеличить механическую скорость бурения на 15-20 % и одновременно снизить расход долот.