книги из ГПНТБ / Ударно-канатное бурение И. П. Зорин, А. М. Стороженко. 1960- 12 Мб

2&1а— двойная величина прироста длины каната за счет сжа­ тия амортизатора, так как канат огибает мачтовый блок с двух сторон, см-,

механизма и бурового снаряда. Последний свободно падает до тех пор, пока не выбрал запас сво­ бодно провисающего каната. Затем он натягивает канат, сжимает амортизатор и наносит удар. Но палец кривошипа в этот момент не достиг верхней мертвой точки, т. е. находится от нее на рас­ стоянии, равном углу Р; поэтому оттяж­ ной блок ударной балки продолжает пе­ ремещаться вверх (рис. 42, а) до тех пор, пока палец кривошипа не пройдет точку т.

через мачту, канат и долбежный механизм. Такие удары при­ водят к сотрясению станка, а иногда и к поломке отдельных деталей или механизмов.

Несогласованность в работе механизмов при завышенной высоте навески долота наглядно видна из графика (рис. 43, а),

который получен в результате обработки кимограмм. За счет упругих сил каната и амортизатора буровой снаряд за корот­ кое время развил скорость до 1,25 м/сек. (участок Ос). Затем последовало сначала уменьшение приращения скорости (уча­ сток cd), а потом заметное уменьшение самой скорости (уча­ сток de). После этого наступила вторая фаза увеличения скорости (участок ef). Далее скорость уменьшилась до нуля (участок fg) и началось свободное падение с положительным

Рис. 42. Случаи несогласованной и согласованной работы долбеж­ ного механизма и бурового снаряда

ускорением. В некоторый момент времени (точка k) снаряд резко замедлил движение вследствие торможения era балан­ сиром (участок kl).

Характерным в этом случае является неравномерность изме­ нения скорости подъема бурового снаряда, торможение его перед ударом и увеличение длительности рабочего цикла (вре­ мени подъема и падения) на 9%. При продолжительности рабо­

Увеличенная высота навески долота приводит к несоответст­ вию между числом'ударов и высотой падения снаряда, к рыв­ кам и сотрясению станка. Все это значительно ухудшает усло­

100

Рис. 43. Скорость подъема и падения бурового снаряда при

высоте навески долота:

а — завышенной: в — заниженной; в — оптимальной

101

Таблица 25

Примерный расход кинетической энергии бурового снаряда

к уменьшению полезной работы на 18 4- 47%, т. е. почти в три раза, что заметно снижает скорость бурения.

При высоте навески долота меньше оптимальной (й0 + /г< /к) наблюдается следующая картина (см. рис. 42,6).

Долото свободно достигло забоя скважины и нанесло удар, а палец кривошипа в этот момент находится в точке п, т. е. еще не достиг мертвой точки т, находясь от нее на расстоянии, равном углу р. Буровой снаряд должен перемещаться вниз, од­ нако, израсходовав весь запас кинетической энергии на внедре­ ние, он остановился. Свободный от нагрузки канат образует петли и полукольца, позволяя буровому снаряду отклоняться от вертикальной оси. При такой работе станка буровой снаряд наносит внецентренные удары, которые приводят к поломкам резьбового конуса долота или к другим авариям. Разгружен­ ный амортизатор поднимает мачтовый блок в верхнее крайнее

Покоящийся на забое скважины буровой снаряд при быст­ ром подъеме вызовет удар по конструкции станка, так как дол­ бежная шестерня всегда имеет постоянное число оборотов. Та­ кие удары можно проследить на графике, полученном М. К- Псаревым при работе бурового станка без высоты навес­ ки долота (рис. 43,6). Из графика следует, что после удара буровой снаряд был отброшен с некоторой скоростью упругими

102

силами породы (участок Ос), но, так как он не был подхвачен подъемным механизмом, скорость его уменьшилась почти до нуля (участок cd). После этого снаряд рывком был подхвачен

(участок ef). Далее мотор развил полное число оборотов, ско­ рость подъема снаряда повысилась (участок fg), а затем равномерно снизилась до нуля (участок gh). При падении снаряда скорость повышалась и достигла своего максимума (точка k).

Отличительной особенностью графика является отсутствие резкого торможения бурового снаряда перед ударом и нерав­ номерная скорость в начале подъема.

При высоте навески долота меньше оптимального значения продолжительность рабочего цикла увеличивается на 19%, следовательно, время пребывания долота на забое также уве­ личивается. С точки зрения эффекта разрушения длительное пребывание долота на забое скважины является желательным фактором. Но вместе с тем оно вызывает ослабление и раскры­ тие резьбового соединения, а 'затем и поломку конуса долота. Слабо натянутый канат также лишает машиниста станка воз­ можности контролировать процесс бурения.

Таким образом, согласованная работа долбежного меха­ низма и бурового снаряда может быть достигнута только при соблюдении равенства (59). В этом случае падающий снаряд выбирает весь запас свободно провисающего каната и произво­ дит удар в тот момент, когда палец кривошипа находится в верхней мертвой точке т (рис. 42, в). В это время амортизатор сжат, а канат натянут. Палец кривошипа проходит верхнюю мертвую точку т и оттяжной блок ударной балки начинает пере­ мещаться вниз, поднимая буровой снаряд (этому способствует разжимающийся амортизатор).

При оптимальной высоте навески долота наблюдается плав­ ный подъем бурового снаряда (рис. 43, в), а время пребывания долота на забое скважины и колебания рабочей площадки яв­ ляются оптимальными.

Перенеся в правую часть выражения (59) h (величину углубления долота за один удар), получим формулу для опре­ деления высоты навески долота, необходимой для согласован­

103

ka и ku— динамические коэффициенты соответственно при сжа­ тии амортизатора и растяжении каната при ударе.

рабочего каната и глубина скважин при взрывных работах на карьерах колеблются в небольших пределах.

Экспериментами установлено, что с увеличением веса буро­ вого снаряда увеличивается и высота навески долота.

Диаметр рабочего каната оказывает также заметное влия­ ние на значение высоты навески долота. Результаты замеров, произведенных при одном и том же весе бурового снаряда, по­ казали, что при диаметре каната 19 мм высота навески долота составляет на крепких породах 8—9 см, а при диаметре 26 мм— только 6—7 см.

Длина рабочей части каната зависит от глубины скважины. Опыты, произведенные при изменении глубины скважины от 3 до 15 м, показали, что высота навески долота в этом интервале глубины практически остается постоянной.

Материалом для амортизаторов обычно служит техническая резина, которая со временем изнашивается и теряет упругие свойства. Это обстоятельство вызывает также изменение зна­ чений высоты навески долота. При новой резине высота навес­ ки долота несколько увеличивается, а при изношенной — умень­

104

полностью не изнашивается; после этого ее заменяют. Так как состояние амортизатора в течение довольно продолжительного времени изменяется незначительно, можно считать, что замет­ ного влияния на высоту навески долота оно не оказывает.

С изменением материала амортизатора, т. е. его жесткости, изменяется и высота навески долота: с увеличением жесткости высота навески уменьшается, а с уменьшением жесткости — уве­ личивается.

Модуль упругости каната также оказывает определенное влияние на значение высоты навески долота, однако степень этого влияния до сих пор не установлена ни расчетным, ни опытным путем.

Формула (62) не учитывает значения еще одного фактора при определении высоты навески долота, а именно — величины подачи каната с инструментального барабана за один удар. Тем аременем она значительно влияет на высоту навески долота и регулируется степенью натяжения тормозной ленты относи­ тельно тормозного барабана. Очевидно, что при излишней по­ даче каната с рабочего барабана высота навески долота будет меньше оптимальной величины, а при недостаточной подаче — больше. Так как подача каната с рабочего барабана происходит после выбуривания большей части объема скважины на опре­ деленную глубину, то предполагаем, что канат подается с ба­ рабана своевременно и не влияет на высоту навески долота.

Рассмотренные выше факторы можно принять для сущест­ вующих моделей станков постоянными и считать, что они прак­ тически не влияют на высоту навески долота. Тогда она будет определяться крепостью и характером буримых пород. Неустой­ чивые породы при проходке в них скважин обрушаются, в ре­ зультате чего расстояние между забоем скважины и лезвием навешенного долота, т. е. высота навески долота, уменьшается. Влияние этого явления, однако, не является значительным.

Главным фактором, обусловливающим изменение высоты навески долота, является крепость буримых пород. В зависи­ мости от нее изменяется углубление долота за один удар, а следовательно, и высота его навески.

Влияние крепости пород на высоту навески долота экспе­ риментально изучалось на ряде карьеров Урала. Рациональные значения высоты навески долота определялись по наибольшей скорости бурения, а также замерами с помощью кимографа при бурении скважин в породах различной крепости.

Результаты исследований, проведенных на Магнитогорском руднике, представлены на рис. 44. Анализируя кривые рис. 44, можно сделать следующие основные выводы: 1) для каждой категории буримости пород (по шкале МЖР) имеется опти­ мальное значение высоты навески долота, при которой дости­ гается наибольшая скорость бурения; 2) оптимальные значения высоты навески долота увеличиваются с увеличением крепости

105

(категории) пород; 3) значения высоты навески долота для станков БУ-2 с весом бурового снаряда '1200 кг при диаметре рабочего каната 26 мм изменяются от 0 для первой категории до 7—8 см для девятой; 4) с увеличением крепости (категории) пород скорость их бурения уменьшается от 28 см/мин для вто­

/ 11 III IV v VI vn vm IX

Категория буримости пород по шкале МЖР

Рис. 44. Изменение оптимальных значений высоты навески долота в зависимости от кате­ гории буримости пород по шкале МЖР

шкале Уралруды) в условиях рудника им. ОГПУ Бакальского рудоуправления оптимальная высота навески долота установ­ лена 3 см, а для кварцитов девятой категории —6.

Опытами доказано, что рациональная высота навески долота имеет верхний предел, ограниченный либо максимальным уг­ лублением долота за один удар (в мягких породах), либо ве­ личиной общего прироста длины каната при ударе (от сжатия амортизатора и собственного удлинения). Максимальное углуб­ ление долота на мягких породах составляет 7—8 см (см. рас­ четы ниже). Общий прирост длины каната можно определить по величине осадки амортизатора.

Специальные наблюдения М. К. Псарева [1] показывают, что осадка амортизатора при статической нагрузке и весе бурового снаряда 1000 кг составляет 1,5 см (рис. 45, ось О2), а при ди­ намической нагрузке — 3—4 см. Установлено, что величина осадки амортизатора зависит от высоты навески долота: с уве­ личением последней осадка амортизатора также увеличивается. На рис. 45 уровень О] соответствует свободному положению амор­ тизатора, а-Ог — его положению при статической нагрузке. При

106

«оптимальной высоте навески долота (3—4 см) осадка аморти­

вески долота 7 см (для условий Коунрадского рудника она является нерациональной) осадка амортизатора составляет 3— 3,5 см, а прирост длины каната 6—7 см. В обоих случаях при­ рост длины каната — следст­ вие сжатия амортизатора.

Если сюда прибавить еще при­

Магнитогорского рудника (при диаметре каната 26 мм). Из выражения (62) можно установить рациональные значе­ ния высоты навески долота для любого веса бурового снаряда, различных по диаметру канатов и различной глубины сква­ жины (при условии, если установлено значение динамического

коэффициента).

С учетом только крепости буримых пород получена анали­

где /—коэффициент крепости пород по шкале проф. М. М. Протодьяконова.

Для более приближенных расчетов можно использовать сле­

долота важно знать углубление долота за один удар. Его опре­ деляют следующим образом.

107

При внедрении долота в породу на глубину h за один удар будет выбурен объем породы

ходимо сделать т ударов. Разделив объем скважины, выбури­ ваемый при углублении ее на величину h, на объем, выбуриваемый за один удар, найдем необ­ ходимое число ударов т для от­

работки всей площади забоя:

т.Г)

т =------------- (67)

4Atgy

В. И. Егоровым [13] предло­ жена следующая формула для

Коэфсрициент f крепости по­ определения числа т:

мается равным 1.2). Приравнивая выражения (67) и (68), получим искомую

формулу для определения г; гбины внедрения долота за один удар:

(1, 2) и угла приострения лезвия долота (120°), окончательно получим

Значения глубины внедрения долота за один удар, найден­ ные по формуле (70), представлены на рис. 46, из которого сле­ дует, что искомая величина уменьшается, с увеличением крепо­ сти пород от 7,5 см при f=l до 0,5 см при /=18 (для станков БУ-2 при G=1200 кг).

108